[发明专利]一种无源悬架控制器的优化设计方法

说明书

本发明涉及一种无源悬架控制器的优化方法，建立了悬架系统及控制器的状态空间模型，定义相应的综合性能指标，包含乘车舒适度、悬架挠度和轮胎挠度。然后，结合双三次正实函数对于五元件无源串并联网络的综合结果，进行控制器参数的优化设计，并将优化结果进行网络实现。本发明可始终保证最优控制器的网络实现不超过五个无源机械元件，相比于双二次正实函数情形，可降低物理实现的复杂性，并提高系统的性能。

技术领域

本发明涉及控制器优化技术领域，尤其是指一种无源悬架控制器的优化设计方法。

背景技术

悬架是对车辆系统性能有很大影响的一个重要的部件。与主动悬架系统相比，无源悬架具有成本低、可靠性高等优点。传统的无源悬架由阻尼和弹簧组成，它们只能在物理上实现特定类别的无源系统。一种被称为惯容的两端无源机械元件的发明，完善了无源机械网络和电气网络之间的类比，解决了无源机械系统的物理实现问题，并提升了传统无源悬架的系统性能。因此，利用无源网络综合理论，任何双端无源机械(电气)系统都可以使用有限数量的阻尼(电阻)、弹簧(电感)和惯容(电容)进行实现。

无源悬架系统的优化设计通常采用固定结构法、网络综合法和结构导抗法。基于固定结构方法的悬架系统优化设计是列出几个由惯容、弹簧和阻尼组成的固定无源网络。通过在正元件值的约束下优化期望的系统性能，确定最优网络和相应的元件值。为了涵盖更一般的情况，需要研究优化设计的网络综合方法，其中设计部分是一类固定阶次的正实阻抗或导纳函数。在得到与最优性能相对应的参数后，通过无源网络综合，将正实函数进一步实现为无源阻尼器-弹簧-惯容网络。任何两端无源网络的阻抗(导纳)必须为正实函数，任何正实阻抗(导纳)都可以通过无源元件的互连实现。因此，为了获得阻抗(导纳)的无源实现，要求设计阻抗(导纳)为正实函数。在车辆悬架控制器优化设计过程中，除了提高系统性能外，还需要考虑实现的复杂性。Bott-Duffin综合可以给出任何正实函数的实现，这是无源网络综合中的一种重要方法，但实现通常非最简。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中悬架控制器系统性能低，实现复杂的缺陷，提供一种无源悬架控制器的优化设计方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无源悬架控制器的优化方法，包括如下步骤：

建立悬架系统和控制器的状态空间模型以及路面输入模型；

根据建立的各模型得到悬架系统的闭环系统模型；

确定目标函数，并建立目标函数与闭环系统模型之间的关系；

确定约束条件包括：悬架网络的正实阻抗函数为双三次正实阻抗函数，以及实现元件不多于五个元件的并串联网络的充分必要条件；

根据约束条件以及目标函数与闭环系统模型之间的关系，利用优化函数对目标函数进行迭代优化，得到优化结论；

根据优化得到的双三次正实阻抗函数实现为对应个数元件的串并联网络，得到双三次控制器。

在本发明的一个实施例中，悬架系统的状态空间模型通过悬架系统的动力学方程变形得到，为：

在本发明的一个实施例中，控制器的状态空间模型通过传递矩阵变换得到，为

u＝C_kx_k+D_ky。

在本发明的一个实施例中，根据路面白噪声及前后轮之间的时延，得出悬架系统的路面输入模型：

在本发明的一个实施例中，目标函数与闭环系统模型的关系为：

其中，||H_w→z||₂为闭环系统模型的二范数表达。