[發(fā)明專利]一種基于級聯(lián)干擾觀測器的主動懸架系統(tǒng)的設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010340486.9
• 申請日: 2020-04-26
• 公開（公告）號: CN111553021B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王剛;張文康;孫崢淏
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州理工學(xué)院
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 西安研創(chuàng)天下知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61239
• 代理人: 郭璐

本發(fā)明公開了一種基于級聯(lián)干擾觀測器的主動懸架系統(tǒng)的設(shè)計方法，該設(shè)計方法包括：步驟一：建立主動懸架系統(tǒng)模型，得到系統(tǒng)的簧載質(zhì)量動態(tài)模型為：步驟二：設(shè)計基于級聯(lián)干擾觀測器的主動懸架自抗擾控制方案；針對1/4車主動懸架系統(tǒng)，本發(fā)明通過基于級聯(lián)干擾觀測器的自抗擾控制方案，并結(jié)合超螺旋算法來滿足系統(tǒng)的有限時間穩(wěn)定性；利用一個級聯(lián)的干擾觀測器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線性拓張狀態(tài)觀測器，能夠取得有限時間精確的觀測精度；利用本方法設(shè)計的主動懸架控制器能夠顯著提高主動懸架系統(tǒng)的減振性能，且級聯(lián)干擾觀測器結(jié)構(gòu)無需過多的模型信息和觀測帶寬，具有更好的魯棒性及收斂精度，能夠為主動懸架的自抗擾控制研究提供理論和實驗參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及汽車主動懸架控制方法，特別涉及一種基于級聯(lián)干擾觀測器的主動懸架系統(tǒng)的設(shè)計方法。

背景技術(shù)

主動懸架系統(tǒng)是汽車的重要隔振元件，已經(jīng)得到了大量的關(guān)注，在主動懸架控制研究中，控制算法的設(shè)計至關(guān)重要，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及舒適性，理論與實驗的研究是必不可少的環(huán)節(jié)；

在現(xiàn)有的主動懸架系統(tǒng)設(shè)計過程中，模型的參數(shù)攝動性、未知非線性動態(tài)及不確定性通常存在；需要在設(shè)計前測量系統(tǒng)的模型參數(shù)，花費較多時間和成本，測量精度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)且部分非線性動態(tài)難以測量，所設(shè)計出的主動懸架系統(tǒng)的控制精度、減振效果及舒適性等均不能很好地達(dá)到設(shè)計要求；此外，在傳統(tǒng)的自抗擾控制方案中，僅采用線性擴張狀態(tài)觀測器，無法取得有限時間收斂性能，且觀測帶寬受限于硬件設(shè)備，無法隨意增大，導(dǎo)致干擾抑制性能欠佳；

因此，在主動懸架系統(tǒng)設(shè)計過程中，急需一種有效的魯棒觀測器設(shè)計方案，能夠在無需增大觀測帶寬的條件下精確地補償并消除系統(tǒng)的集中不確定性，從而取得免模型的有限時間控制效果。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于級聯(lián)干擾觀測器的主動懸架系統(tǒng)的設(shè)計方法，針對1/4車主動懸架系統(tǒng)，

通過基于級聯(lián)干擾觀測器的自抗擾控制方案，并結(jié)合超螺旋算法來滿足系統(tǒng)的有限時間穩(wěn)定性，利用一個級聯(lián)的干擾觀測器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線性拓張狀態(tài)觀測器，能夠取得有限時間零誤差觀測精度、并顯著提高主動懸架系統(tǒng)的減振性能的效果，且控制結(jié)構(gòu)無需過多的模型信息，具有更好的魯棒性，為主動懸架系統(tǒng)的研究提供參考。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種基于級聯(lián)干擾觀測器的主動懸架系統(tǒng)的設(shè)計方法，所述設(shè)計方法包括以下步驟：

步驟一：搭建主動懸架系統(tǒng)模型

以1/4車主動懸架系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立主動懸架系統(tǒng)模型，得到系統(tǒng)模型的簧載質(zhì)量動態(tài)關(guān)系為：搭建的系統(tǒng)模型包括簧上質(zhì)量層、電機驅(qū)動主動懸架層、簧下質(zhì)量層和輪胎層；

步驟二：在主動懸架系統(tǒng)模型中加入級聯(lián)干擾觀測器，設(shè)計能實現(xiàn)有限時間收斂和自抗擾性能的主動懸架系統(tǒng)，所述級聯(lián)干擾觀測器由一個內(nèi)環(huán)觀測器和一個外環(huán)觀測器構(gòu)成，包括以下步驟：

S1.在主動懸架系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，選定系統(tǒng)的狀態(tài)變量為x₁＝z_s，x₃＝ρ，將簧載質(zhì)量動態(tài)模型改寫為如下狀態(tài)空間方程：

其中：x₁表示簧載質(zhì)量垂直位移，x₂表示x₁的一階導(dǎo)數(shù)，x₃表示系統(tǒng)總的不確定性，表示不確定性的變化率，b表示名義簧載質(zhì)量的倒數(shù)，u表示電機輸出力，表示集中不確定性的導(dǎo)數(shù)；

S2.在主動懸架系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計級聯(lián)干擾觀測器的內(nèi)環(huán)觀測器，內(nèi)環(huán)觀測器主動地估計并抑制主動懸架系統(tǒng)的外部干擾、未知非線性動態(tài)和不確定性；