【正文】 是他們?cè)谖耶厴I(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵(lì)，給了我很多解決問(wèn)題的思路，在此表示衷心的感激。四年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要?jiǎng)澤暇涮?hào)，心中是無(wú)盡的難舍與眷戀。沒(méi)有他們的幫助，我將無(wú)法順利完成這次設(shè)計(jì)。本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計(jì)（論文）；同意學(xué)校在不以營(yíng)利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部?jī)?nèi)容，允許他人依法合理使用。學(xué)位論文作者（本人簽名）： 年 月 日學(xué)位論文出版授權(quán)書本人及導(dǎo)師完全同意《中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)出版章程》、《中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)出版章程》(以下簡(jiǎn)稱“章程”)，愿意將本人的學(xué)位論文提交“中國(guó)學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社”在《中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》、《中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》中全文發(fā)表和以電子、網(wǎng)絡(luò)形式公開(kāi)出版，并同意編入CNKI《中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù)》，在《中國(guó)博碩士學(xué)位論文評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)》中使用和在互聯(lián)網(wǎng)上傳播，同意按“章程”規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。致 謝論文即將完成之際，首先要感謝我的導(dǎo)師劉偉。 研究不足及展望（1）LQG理論本身有其不足之處，沒(méi)有考慮模型不確定性，由此而產(chǎn)生的問(wèn)題是LQG控制系統(tǒng)的魯棒性差，尤其是對(duì)模型不確定性的魯棒性。建立了整車七自由度主動(dòng)懸架的simulink仿真模型，設(shè)計(jì)最優(yōu)控制的增益反饋矩陣K并分析了輸出的各部分指標(biāo)參數(shù)的時(shí)域響應(yīng)曲線。再者，選取輸出向量時(shí)，忽略了對(duì)車身加速度、懸架動(dòng)撓度和懸架動(dòng)載荷等有重要影響的俯仰角和側(cè)傾角，使得增益反饋的影響因素不夠精確。S為Riccati方程的解。在汽車的懸架系統(tǒng)中，可用的懸架行程是有限的，本文選用的模型的可用懸架區(qū)間是177。本文取：r=0則可求得：利用MATLAB的控制工具箱，調(diào)用最優(yōu)線性二次控制器設(shè)計(jì)函數(shù)：[K S E]=LQR(A,B,Q,R,N)式中:K為最優(yōu)控制反饋增益矩陣。在第二章已經(jīng)了解有兩種產(chǎn)生隨機(jī)路面不平度時(shí)間輪廓的方法，即由一高斯白噪聲通過(guò)積分器產(chǎn)生或由一高斯白噪聲通過(guò)濾波器產(chǎn)生。因此，取： 為加權(quán)矩陣，為對(duì)應(yīng)各物理量的加權(quán)系數(shù)，加權(quán)系數(shù)的選擇決定了設(shè)計(jì)者對(duì)懸架性能的特殊要求，如果選擇較大的話，那么就意味著懸架系統(tǒng)以改善行駛平順性為主要目標(biāo)；若對(duì)選擇較大的數(shù)值，則是為了提高操作穩(wěn)定性的考慮?？捎^性所表示的是輸出y(t)反映狀態(tài)矢量x(t)的能力，與控制作用沒(méi)有直接關(guān)系。、可觀性分析在現(xiàn)代控制理論中，可控性和可觀性是兩個(gè)重要的概念，是由Kalman在1960年提出來(lái)的。假設(shè)線性時(shí)變系統(tǒng)的狀態(tài)方程模型為： 在一個(gè)控制系統(tǒng)中，應(yīng)使系統(tǒng)的實(shí)際輸出盡量接近理想輸出，但由于系統(tǒng)時(shí)變、外界干擾等因素，實(shí)際輸出與理想輸出之間有一定的誤差，為此定義誤差向量，即： 因此最優(yōu)控制的目的通常是設(shè)法尋找一個(gè)控制向量使誤差向量最小。： 空間計(jì)算示意圖選取狀態(tài)向量：系統(tǒng)一階微分方程組式()為：根據(jù)空間幾何知識(shí)，可知式()：將帶入到微分方程組，即可求得狀態(tài)空間的系統(tǒng)矩陣為： 定義懸架動(dòng)撓度為： 定義輪胎動(dòng)變形為： 定義輪胎動(dòng)載荷為： 選擇輸出向量為： 本次課題采用路面位移作為輸入，介紹了路面不平度及其功率譜密度，并且采用濾波高斯白噪聲作為連續(xù)的路面激勵(lì)輸入。： 主動(dòng)懸架的1/4車體二自由度模型根據(jù)牛頓定律和力矩平衡，得出如下的運(yùn)動(dòng)方程： 主動(dòng)懸架系統(tǒng)的狀態(tài)空間的描述為： 其中，為系統(tǒng)向量，U為控制向量，W為擾動(dòng)向量，y為輸出向量；A為系統(tǒng)矩陣，B為控制矩陣，F(xiàn)為擾動(dòng)矩陣，C為輸出矩陣，D為傳遞矩陣。1/4車輛模型由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且能夠反映車輛的主要性能，從而得到了廣泛的應(yīng)用。通常把空間譜函數(shù)轉(zhuǎn)化為時(shí)間頻譜函數(shù)。連續(xù)振動(dòng)則是指道路長(zhǎng)度方向的連續(xù)激勵(lì)，例如瀝青路面、搓板路面等。考慮到人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)，對(duì)于車輛行駛平順性的研究一般限于3OHz以下的低頻帶。輪胎及車軸之間剛性連為一體，稱作非懸置質(zhì)量。常用的基本車輛模型包括一維四分之一車體模型、二維二分之一車體模型和三維整車模型。通過(guò)該仿真環(huán)境可方便的調(diào)試控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)察看系統(tǒng)控制特性，從而確定其控制參數(shù)。為解決上述問(wèn)題，應(yīng)進(jìn)行以下的研究：（1）對(duì)主動(dòng)懸架、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)和防抱死等系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合控制。 模糊控制 自90年代以來(lái)，模糊控制方法被應(yīng)用在車輛懸架系統(tǒng)中。一種是模型參考自適系統(tǒng)，另一種是自校正系統(tǒng)。H∞控制是設(shè)計(jì)控制器在保證閉環(huán)系統(tǒng)各回路穩(wěn)定的條件下，使相對(duì)于噪聲干擾的輸出取極小的一種最優(yōu)控制法，利用該理論設(shè)計(jì)的控制器具有很強(qiáng)的魯棒性[17]，因此對(duì)于汽車懸架這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)具有很大的優(yōu)勢(shì)，但是利用該方法設(shè)計(jì)控制器具有一定的保守性[18]。研究的控制理論內(nèi)容涉及天棚阻尼控制理論，隨機(jī)最優(yōu)控制理論，變結(jié)構(gòu)控制理論等。此外，保時(shí)捷，福特，奔馳等公司均在其高級(jí)轎車上裝備有各自、 開(kāi)發(fā)的主動(dòng)懸架系統(tǒng)。 在某個(gè)特定工況下按目標(biāo)優(yōu)化出的懸架系統(tǒng)，一旦載荷、車速和路況等發(fā)生變化，懸架在新的工況下便不再是最優(yōu)[6]。半主動(dòng)懸架由可變剛度的懸架彈簧和可變阻尼系數(shù)的減振器組成。其中控制器是整個(gè)系統(tǒng)的信息處理和管理中心，它接受來(lái)自各個(gè)傳感器的信號(hào)，依據(jù)特定的數(shù)據(jù)處理方法和控制規(guī)律，決定并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，從而達(dá)到改變車身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、滿足隔振減振要求的目的。根據(jù)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)不同，汽車懸架可分為獨(dú)立懸架和非獨(dú)立懸架兩大類。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第2頁(yè)目 錄第1章 緒論 1 1 1 1 1 課題研究背景 1 主動(dòng)懸架系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀 1 1 1 自適應(yīng)控制 1 模糊控制 1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 1 1 1 1第2章 主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)的力學(xué)建模 1 1 1 1 1 1 1 1 基于主動(dòng)懸架的1/4車體二自由度模型 1 基于主動(dòng)懸架的整車七自由度建模 1 1第3章 隨機(jī)線性二次型最優(yōu)控制器 1 1 可觀性分析 1 1 1 1 1第4章 仿真與分析 1 1 1/4車體二自由度被動(dòng)懸架仿真建模 1 1/4車體二自由度主動(dòng)懸架建模與仿真 1 1 1第5章 總結(jié) 1 全文總結(jié) 1 研究不足及展望 1致 謝 1參考文獻(xiàn) 1附錄1外文翻譯 錯(cuò)誤！未定義書簽。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。根據(jù)懸架控制力可分為被動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架。在主動(dòng)懸架中，1個(gè)作動(dòng)器代替了傳統(tǒng)被動(dòng)懸架中的相應(yīng)部分它產(chǎn)生的作用力是車輛狀態(tài)變量的函數(shù)，能夠根據(jù)行駛環(huán)境使懸架性能達(dá)到最優(yōu)，但它需要傳感器、控制器、作動(dòng)器、伺服閥等，而且需要提供額外的能源，從而使得造價(jià)太高，阻礙了自身的應(yīng)用推廣。其基本工作原理是根據(jù)簧上質(zhì)量相對(duì)車輪的速度響應(yīng)和加速度響應(yīng)等反饋信號(hào)，按照一定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)可調(diào)彈簧的剛度或可調(diào)減振器的阻尼力。 隨著電子技術(shù)、 測(cè)控技術(shù)、 機(jī)械動(dòng)力學(xué)的快速發(fā)展, 使汽車懸架系統(tǒng)由傳統(tǒng)被動(dòng)隔振發(fā)展到振動(dòng)主動(dòng)控制。2004年保時(shí)捷新車911就配備了全新的主動(dòng)懸架系統(tǒng)[12]。隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展與滲透，自適應(yīng)控制理論，模糊控制，H∞控制理論，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等也越來(lái)越顯示出它的優(yōu)越性。目前 ，上海交通大學(xué)的傅志方等人所設(shè)計(jì)的雙線性系統(tǒng)控制器就是采用了H∞方法，通過(guò)抗干擾設(shè)計(jì)和頻域整形讓汽車半主動(dòng)懸架的控制器設(shè)計(jì)又有了新途徑。前者由參考模型，實(shí)際對(duì)象，減法器，調(diào)節(jié)器和自適應(yīng)機(jī)構(gòu)組成。江蘇理工大學(xué)的陳士安等人[25]通過(guò)建立汽車主動(dòng)懸架的四自由度力學(xué)模型以及相應(yīng)的模糊控制系統(tǒng)，根據(jù)模型的輸出量，模糊控制系統(tǒng)能夠較合理地分配輸入主動(dòng)懸架前后主動(dòng)力裝置伺服閥的電流，可為主動(dòng)懸架的數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)研究以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供參考。（2）由于主動(dòng)懸架需要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分功率，因此如何減少系統(tǒng)的功率消耗，也是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。 4）通過(guò)對(duì)主動(dòng)懸架和被動(dòng)懸架的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從而檢驗(yàn)主動(dòng)懸架最優(yōu)控制的控制效果。后兩種在需要考慮車身各運(yùn)動(dòng)間的耦合作用時(shí)參考使用。2)懸架系統(tǒng)簡(jiǎn)化為線性彈簧和阻尼系統(tǒng)。所以在建立車輛系統(tǒng)的簡(jiǎn)化振動(dòng)模型時(shí)，一般僅需考慮集中在低頻區(qū)的來(lái)自不平路面的激勵(lì)。對(duì)于連續(xù)型隨機(jī)路面，一般采用空間頻率功率譜密度函數(shù)以及相應(yīng)的時(shí)域表示形式加以描述[28]。設(shè)車速為v，則二者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：由 f = v*n，可知空間頻譜與時(shí)間頻譜之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系： 當(dāng)W=2,通過(guò)以上分析，一般有兩種產(chǎn)生隨機(jī)路面不平度時(shí)間輪廓的方法，即由一高斯白噪聲通過(guò)積分器產(chǎn)生或由一高斯白噪聲通過(guò)濾波器產(chǎn)生。從研究的角度考慮，本文對(duì)1/4車體2自由度模型和整車7自由度的整車模型進(jìn)行了研究[31]。根據(jù)本次課題的研究目的，選取方程的狀態(tài)變量。在懸架建模部分，分別建立了基于被動(dòng)懸架、主動(dòng)懸架的四分之一車體二自由度動(dòng)力學(xué)模型和基于主動(dòng)懸架的整車七自由度主動(dòng)懸架的動(dòng)力學(xué)模型。由于假設(shè)控制向量不受約束，趨于極小有可能導(dǎo)致極大，這在工程上意味著控制能量過(guò)大以至于無(wú)法實(shí)現(xiàn)，考慮到此因素，對(duì)控制能量加以約束。它從狀態(tài)的控制能力和狀態(tài)的測(cè)辨能力兩個(gè)方面，揭示了控制系統(tǒng)的內(nèi)在性能[34]。同樣，定常系統(tǒng)可觀性的判別也有兩種方式，一種是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行坐標(biāo)變換，將系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式換成約旦標(biāo)準(zhǔn)型，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)型下的 C 陣，判別其可觀性，另一種方式是直接根據(jù)狀態(tài)方程的系統(tǒng)矩陣 A 和輸出矩陣 B 進(jìn)行判別。變換得到： 此時(shí)為一個(gè)輸出調(diào)節(jié)器問(wèn)題。分別對(duì)其進(jìn)行仿真建模，并得到仿真結(jié)果，： 濾波白噪聲simulink框圖 濾波白噪聲路面輸入模型 積分白噪聲simulink框圖 積分白噪聲路面輸入模型本次課題擬采用濾波高斯白噪聲路面激勵(lì)輸入。S為Riccati方程的解。對(duì)比可知，采用LQG控制的主動(dòng)懸架將懸架動(dòng)撓度控制在了可用懸架區(qū)間內(nèi)，未發(fā)生撞擊限位塊的情況，而被動(dòng)