半主动悬架的滑模变结构控制
摘要:针对带有电流变液智能阻尼器的半主动汽车悬架模型,运用滑模变结构方法设计了半主动悬架滑模控制器。根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模面系数,用指数趋近率改善滑模运动段的动态品质并进一步确定了半主动悬架的实时控制阻尼力。对多种激励信号下隔振质量的响应及半主动悬架系统在系统参数摄动下的鲁棒特性进行了仿真分析。结果表明:变结构控制下半主动悬架系统的隔振效果要远好于最优被动系统,而且对外界扰动有一定的适应性,对系统参数摄动也具有很强的鲁棒性。
引 言
半主动隔振系统在控制品质上接近于全主动隔振系统[1-4],且控制较为简单,能耗小。传统的机械阀控式半主动阻尼器通过一定的控制逻辑,调节阻尼器进、出油阀来改变阻尼力,但大多数不能实现阻尼力的快速连续调节,控制频率一般为10~30 Hz,因此不适于实时控制,且结构复杂。电流变液(ERF)为均匀分散在非极性绝缘油中的可极化介电微粒形成的悬浮液,在外加电场作用下微粒可迅速极化,其表观黏度瞬间改变且可逆。以电流变液为工作介质的阻尼器可以实现阻尼力快速无级调节,因此适合于实时控制,能耗非常低且结构简单,引起了众多研究者极大的兴趣。电流变液智能阻尼器利用电流变液可随外加电压变化而产生的快速可逆转变的特性提高了控制的实时性和准确性,使半主动隔振系统的控制效果得到明显的改善。
针对电流变液阻尼器存在的非线性特性,同时考虑到半主动悬架系统模型参数的变化和外界扰动,本文中笔者将滑模变结构方法用于基于电流变液阻尼器的半主动悬架控制[5-6],研究系统在多种激励信号下的响应及半主动悬架系统在系统参数摄动下的鲁棒特性,并对控制效果进行仿真评价。
1 基于电流变液阻尼器的半主动悬架系统模型
4 结语
(1)运用滑模变结构方法设计了基于电流变液阻尼器的半主动悬架滑模控制器。从仿真结果看,变结构控制下半主动悬架系统的隔振效果要远好于最优被动系统。仿真分析还证实了变结构控制下半主动悬架系统对外界扰动有一定的适应性,而且对系统参数摄动也具有很强的鲁棒性。
(2)根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模面系数,用指数趋近率可以改善滑模运动段的动态品质。
(3)用饱和函数代替开关的继电特性,能够在一定程度上削弱抖振,改善滑模控制器的控制效果。
(4)引入了电流变液阻尼器饱和非线性环节,用半主动控制条件限定电流变液阻尼器可控阻尼力可以耗散隔振对象的振动能量。
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