制模型,如下:
[0083]
[0084] 其中,
為狀態(tài)觀測器觀測誤差,
為X ( t )的觀測值,
為懸架系統(tǒng)上一次事件觸發(fā)時刻輸出值與當前系統(tǒng)輸出值的差,L為觀測器 增益矩陣,K為控制器增益矩陣,C為適合維數(shù)常矩陣。
[0085] (4)根據(jù)整車懸架控制系統(tǒng)閉環(huán)控制模型,采用李雅普諾夫穩(wěn)定性分析法建立系 統(tǒng)穩(wěn)定的線性矩陣不等式;
[0086] (5)建立懸架系統(tǒng)的約束條件;
[0087] (6)根據(jù)給定擾動抑制比γ,計算能同時滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的線性矩陣不等式以及懸 架系統(tǒng)約束條件的系統(tǒng)參數(shù),包括第i個觸發(fā)器的觸發(fā)閾值參數(shù)&、第i個觸發(fā)器的權重矩 陣?:、觀測器增益矩陣L和控制器增益矩陣K。
[0088] 步驟(4)具體包括以下子步驟:
[0089] (401)根據(jù)正定矩陣
,建立李雅普諾夫函數(shù)為:
[0090]
[0091] 其中
;
[0092] (402)對李雅普諾夫函數(shù)求導,求得使得李雅普諾夫函數(shù)導數(shù)小于0的矩陣不等式 為:
[0093]
[0094] 其中,, 1=1
,
[0095] (403)令XrPiBKJrPA,對式(5)進行線性化,得到系統(tǒng)穩(wěn)定的線性矩陣不等式:
[0096]
.4
[0097] 其中,。 f 二i
[0098] 針對汽車懸架系統(tǒng)設計控制器還必須考慮實際情況下懸架系統(tǒng)的機械限制、執(zhí)行 器飽和和車輛行駛安全等約束條件。由于汽車系統(tǒng)中懸架行程有限,懸架行程必須保證在 最大行程范圍內,具體約束條件為:
,其中A yi為第i個主動懸架的機械行 程,
為第i個主動懸架的最大機械行程,i = l,2,3,4,為了便于后續(xù)分析,需要把這一 條件轉化為矩陣不等式的形式,那么就需要用到等價變換、矩陣不等式放大規(guī)則和舒爾補 定理等數(shù)學技巧,通過一系列等價變換和矩陣不等式放大,上述約束條件可以用其充分條 件的形式表示為_ ^
' 。
[0099] 其中,
;勺最大特征值,利用舒爾補 定理,上式可轉換為矩陣不等式形式,即得到懸架行程約束條件:
[0100]
[0101]針對執(zhí)行器飽和這一約束條件,我們需要規(guī)定控制器輸出控制力的大小要在執(zhí)行 器最大執(zhí)行力范圍內,即
是控制器對第i個主動懸架輸出最大控制 力。為了保證汽車行駛安全,必須保證在汽車行駛過程中車輪要時刻與地面接觸,數(shù)學描述 為
i,其中i = l,2,3,4,Ni為汽車中機械裝置對第i個主動懸架向下作用力,Ni 由下列線性方程組求得:
[0102]
[0103] 同樣采用等價變換、矩陣不等式放大規(guī)則和舒爾補定理,對約束條件進行變換,得 到其充分條件的矩陣表示方式,BP:
[0104] 控制器執(zhí)行輸出力約束條件:
[0105]
[0106] 汽車行駛安全約束條件:
[0107] fibd<Ni (9)
[0108] 其中,Ayi,max為第i個主動懸架的最大機械行程,Μ為常數(shù),fi,max為控制器對第i個 主動懸架輸出最大控制力,fibad為第i個主動懸架向上作用力的上限閾值,Ni為汽車中機械 裝置對第i個主動懸架向下作用力。
[0109] 所述的步驟(6)包括如下子步驟:
[0110] (601)任意選擇第i個觸發(fā)器的觸發(fā)閾值參數(shù)Sie(〇,l)和第i個觸發(fā)器的權重矩 陣 Φ?>0;
[0111] ^(^彡將丫"^卩隊帶入式⑷八若不等式存在可行解乂^^^嚇:^則觀測器增益矩 陣為:LiPfW,控制器增益矩陣為:并繼續(xù)執(zhí)行步驟(503),否則返回步驟 (604);
[0112] (603)將控制器增益矩陣K、正定矩陣PjPP2分別帶入式(7)、式(8)和式(9),若同時 滿足懸架系統(tǒng)的約束條件,則保存當前設計參數(shù)δηΦη?和K,否則執(zhí)行步驟(604);
[0113] (604)賦值δρδ^Δ^ΦρΦΑΔ〗,并返回步驟(602),其中ΔΑ閾值參數(shù)迭代 步長,△ 2為權重矩陣迭代步長。
[0114] 步驟(6)計算出系統(tǒng)參數(shù)后,判定該系統(tǒng)是否會發(fā)生之諾現(xiàn)象,若是需重新設計系 統(tǒng)參數(shù),否則該系統(tǒng)有效,具體判定方式如下:
[0115] 判定公式:
[0116]
[0117]是否存在正解,若是則該系統(tǒng)不會發(fā)生之諾現(xiàn)象,否則會發(fā)生芝諾現(xiàn)象,其中,hi 為第i個觸發(fā)器最小事件時間間隔,
6{1,2,3,4}八表示去除集合{1,2,3,4}中等于1的元素形成的新的集合,夠是狀態(tài)變量
的范數(shù)上界,也為路面擾動ω的上界,
為矩陣
Μ的最大特征值,, ,
,瓦為Λ沖對角元素為1的列組成的矩陣,即將矩陣Λ沖 對角位元素為1的元素所在列抽出并組成忑,瓦為矩陣(Ι-ΛΟ中對角元素為1的列組成的 矩陣,
「
[0118] 步驟(2)中滿足事件觸發(fā)條件成立時,事件發(fā)生,汽車懸架系統(tǒng)在事件發(fā)生時刻輸 出信息按如下方式更新:
[0119]
[0120] 其中
表示第i個主動懸架的第1^次事件發(fā)生時刻,
為
吋刻懸架系統(tǒng)輸出 信息更新值,
為
時刻懸架系統(tǒng)的當前輸出信息,
為時刻的上一事件發(fā)生時
刻懸架系統(tǒng)輸出信息更新值。
[0121 ]以長安汽車作為研究對象,其參數(shù)如表1所示,根據(jù)表1中的參數(shù)和整車懸架控制 系統(tǒng)狀態(tài)空間模型(1),得到模型的各參數(shù)矩陣A、B和Βω。
[0122] 表1長安汽車具體參數(shù)
[0123]
[0124] 路面擾動因實際情況可分為兩大類,一是用于提示車輛減速的路面包塊,或者是 其他高的凸起物,另一類是路面上隨時可能出現(xiàn)的隨機擾動,為了驗證本發(fā)明設計策略的 普遍性,本實例分別針對兩種類型的擾動進行了實驗:
[0125] (1)對于路面包塊擾動:該擾動可以數(shù)學描述為:
[0126]
[0127] 其中h2 = 0.02m是包塊凸起的最大高度,通過matlab仿真實驗平臺求解系統(tǒng)穩(wěn)定 的線性矩陣不等式(6),并求得到觀測器增益矩陣L和控制器增益矩陣矩陣K分別為:
[0128]
[0129]
[0130] 把求得的觀測器增益矩陣L和控制器增益矩陣矩陣K代入到系統(tǒng)模型和控制器模 型中,得到基于事件觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸機制的控制效果圖,如圖3~10所示。圖3、圖4、圖5依次給 出了汽車在遇到包塊擾動時垂直振動、側面滾轉和前后俯仰運動的抑制效果圖,并且與被 動控制策略的控制效果作了對比。圖6描述了汽車在遇到包塊擾動時控制器輸出控制力的 幅值曲線圖,可以看出最大輸出控制力幅值沒有超過執(zhí)行器最大執(zhí)行力范圍。圖7~圖10依 次給出了四個觸發(fā)器根據(jù)設定的事件觸發(fā)條件分別觸發(fā)四個主動懸架更新輸出信息的事 件觸發(fā)時序圖,可以看出只有在系統(tǒng)受到擾動需要控制時才會有控制信息傳遞,汽車平穩(wěn) 行駛時,則依靠汽車懸架系統(tǒng)自身的阻尼特性進行減震。這樣就有效降低了信息傳輸率,節(jié) 約控制成本。
[0131] (2)對于路面隨機擾動:當擾動大小影響到乘坐舒適性時,則會觸發(fā)控制回路工 作,執(zhí)行控制任務,當汽車在持續(xù)的一段時間內受到隨機擾動時,可以把這種類型的擾動用 一系列相互獨立的隨機變量
表示,其中,Go表示路面的粗糙系數(shù),no表示 參考空間頻率。查閱有關文獻,得知當no = 0.1時,
。同樣通過mat lab仿真實 驗平臺得到合適的觀測器增益矩陣L和控制器增益矩陣K