[发明专利]一种基于逆模型PID的主动悬架控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于逆模型PID的主动悬架控制系统及方法，系统包括车身垂向振动加速度传感器、悬架控制器、电流控制器、执行器；车身垂向振动加速度传感器实时采集车身的垂向振动信号，悬架控制器根据整车模型和设计的逆模型求得PID控制的三个参数，并根据车身垂向振动加速度信号，计算出悬架主动控制所需要的主动力，并发出控制指令；电流控制器根据悬架控制器的控制指令实时控制执行器所需要的电流，执行器在电流控制的作用下将所需的主动力实时施加在悬架上，使主动悬架始终工作在最佳状态。本发明可方便地获得PID控制的三个参数，很好地解决了PID控制效果好但针对复杂被控系统难以设计出最优参数的问题，取得了比较理想的控制效果。

技术领域

本发明涉及车辆悬架技术领域，具体为一种基于逆模型PID的主动悬架控制系统及方法。

背景技术

悬架一般由弹性元件、减振器和导向元件组成，是车辆上的重要组成部件之一，是车身和车桥或车轮之间一切传力连接装置的总称。

车辆在行驶过程中，由起伏不平的路面造成的各种冲击载荷传递到车身，造成车身的振动、俯仰和侧倾，悬架的作用是弹性地连接车桥和车架，迅速衰减路面对车身的冲击、吸收车体的振动、增强轮胎对地面的抓地性能，进而保证货物完整性和提高车辆的乘坐舒适性、行驶平顺性和操纵稳定性。

传统的悬架系统的刚度和阻尼系数，是按经验设计或优化设计方法选择的，一经选定后，在车辆行驶过程中就无法进行调节，这种悬架称为被动悬架。被动悬架的动力输出元件是弹性元件和阻尼元件，它们不能主动输出作用力，只有受到外部激励时才被动的产生作动力作用在车身和车轮上，从而达到缓冲和衰减振动的目的。为了克服被动悬架的不足，使悬架始终处于最优减振状态，需要在传统悬架系统中采用有源可控制的元件组成闭环控制系统。

但是现有的主动悬架控制系统对路面激励的抑制能力有限，其鲁棒性能也受到限制。PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，作为最早实用化的控制器已有近百年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。然而PID控制器在其应用到较复杂的模型例如本文的悬臂梁多模态状态方程模型，其三个控制参数的确定成为控制器设计的难点；目前并没有一种一般性的方法来确定其控制参数，这也成为了PID控制器在应用时的一个难点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够进一步改善主动悬架的性能，且能比较方便地设计出最优的PID参数，进而对主动悬架进行闭环控制的基于逆模型PID的主动悬架控制系统及方法。技术方案如下：

一种基于逆模型PID的主动悬架控制系统，包括车身垂向振动加速度传感器、悬架控制器、电流控制器、执行器；

车身垂向振动加速度传感器固定于车身上，实时采集车身的垂向振动信号，根据建立的整车简化模型获得其频率响应曲线，并确定其逆模型的传递函数。确定逆模型的传递函数具体为：

设整车简化模型的转递函数方程为：

G₃(s)＝M₁(s)×M₂(s)×…×M_n(s)

其中，M₁(s),M₂(s),…M_n(s)分别为一阶、二阶和n阶模态所对应的传递函数，对于每个模态，其一般形式的传递函数表示为：

其中，n表示模态阶数；ξ_nz,ξ_pz表示各阶模态下的阻尼系数；ω_nz,ω_np表示频率，k_n对应模态的表示增益；s表示复数。

由模型逆的特点得到对应各阶模态下的逆模型