[发明专利]一种考虑时滞干扰的车辆主动悬架系统的自适应控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑时滞干扰的车辆主动悬架系统的自适应控制方法，包括：建立存在输入时滞的非线性主动悬架系统模型，根据牛顿第二定律得到主动悬架的动力学方程；设计抗时滞干扰的自适应反推控制器；分析时滞对系统影响，计算被控悬架系统的临界时滞，并得到自适应反推控制器的可控时滞范围；选取合适的增益k₁，k₂和与反馈系数l₁,l₂,l_s和l_c，便可使得非线性系统在一定时滞范围的影响下，保证所有约束限制在合理的范围之内，满足控制指标；本发明解决了现有车辆非线性悬架模型简单，控制目标单一等问题，还解决了车辆行驶情况下，控制器时滞干扰，簧载质量不确定性及模型动态稳定性的问题。

技术领域

本发明属于悬架系统抗干扰和自适应控制技术领域，尤其涉及一种考虑时滞干扰的车辆主动悬架系统的自适应控制方法。

背景技术

悬架系统是车辆底部构造的重要部分，其主要功能是隔离、吸收和消散道路不平所引起的振动，进而有效的改善车辆的舒适性、稳定性和安全性。主动悬架可根据车辆每一时刻运动状态和路面激励产生瞬时不同的主动控制力，而主动悬架控制器的开发关键问题涉及到行驶质量和道路操纵稳定性之间的权衡，这是许多研究学者的重点。针对这个重点问题，研究者们将诸多控制策略应用其中。例如，H_∞控制，神经网络控制，模糊控制，鲁棒控制以及滑模变结构控制等。

虽然上述工作对车辆性能的提高已经取得了较大的进展，但是仍然存在一些问题值得注意，特别是，车辆行驶中整车系统存在时间滞后和不确定性的情况。在主动悬架系统设计中，时间延迟经常出现在整个控制系统中，是因为控制器要执行一些与复杂控制律相关的计算。时滞的存在可能会导致控制器性能下降甚至不稳定，设计一种抗时滞干扰的控制器，可提高车辆悬架系统的综合性能。另外，在对真实主动悬架系统建模时，不同车身载荷产生的模型不确定性是普遍存在的，这可能会给控制方案的设计及实施带来一定的困难，为此考虑悬架系统模型的不确定性具有一定的实际工程意义。

自适应反推控制作为一类不确定非线性系统的有效控制方法，具有抗输入饱和、抗干扰、控制精度高等优点，被很多学者所广泛研究和报道，该控制方法针对控制对象变化和外界环境干扰进行有效的自适应调节，其属于一种实时调节的控制策略，广泛应用于闭环系统，其根据控制函数给出相应的自适应调节律，该自适应调节律可在线估计模型中的不确定参数，调节不确定参数带来的影响，实现最终控制目标；同时结合Lyapunov理论以保证整个系统的稳定性。

该方法成形于1995年，并且许多学者在此之后对其进行深入研究。如董文瀚等详细的介绍了自适应反推控制方法的应用；管成等在控制器开发中，结合滤波器原理开发一种可有效提高车辆平顺性的自适应反推控制器；汪桂香等针对悬架系统提出一种基于反推技术的自适应鲁棒控制方法，使得悬架性能提高明显。但是目前的研究方法多以结构简单的1/4车模型为基础，且被控系统的初始值可选取的范围较小，控制方法具有一定的保守性，同时鲜有处理控制器存在时间滞后的情况，这样的控制器设计方法过于理想化，为此，本发明考虑系统模型存在的非线性和不确定性，提出一种可抗时滞干扰的自适应反推的控制方法，具有一定的实用性和实效性。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明目的在于提出了一种可抗时滞干扰，系统不确定性和外界激励干扰的车辆主动悬架系统自适应反推控制方法，首先，建立含时滞的非线性车辆主动悬架系统模型；其次，设计相应的自适应控制律以实现对含时滞的悬架系统模型不确定参数的在线估计，以调节不确定参数带来的影响，同时设计了可容忍时滞干扰的主动控制力，实现控制器的抗时滞干扰能力；接着，分析了时滞对系统影响，计算被控悬架系统的临界时滞，进而得到自适应反推控制器的可控时滞范围；最终开发出一种可自适应调节的综合反推控制器来抑制非线性悬架系统模型不确定性、控制器因时滞干扰和路面冲击带来的负面影响。

本发明具体是通过以下技术方案来实现的：