[发明专利]车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法

权利要求书

1.一种车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法，其特征在于包括以下步骤：

A、检测悬架系统状态反馈信号并将其作为最优控制器的输入，得到最优控制器的输出控制力；

B、将速度控制误差变化率作为模糊控制器的输入，得到模糊控制器的输出控制力；

C、将最优控制器与模糊控制器进行并联；

D、将最优控制器与模糊控制器的输出力相加，根据相加结果产生用于控制汽车非线性悬架系统的复合控制作用力。

2.如权利要求1所述的车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法，其特征在于：

所述的步骤D中，在将最优控制器与模糊控制器的输出相加后，将相加结果进行耦合，耦合环节的耦合增益因子经由模糊调节器自适应调节；耦合环节输出结果作为复合控制作用力，用以控制汽车非线性悬架系统。

3.如权利要求1或2所述的车辆非线性悬架系统的最优模糊复合控制方法，其特征在于：步骤A具体过程如下：

A1、非线性主动悬架系统的动力学模型如式（1）：

m1x··1+c(x·1-x·2)+k1(x1-x2)+ϵk1(x1-x2)3+u=0m2x··2+c(x·2-x·1)+k1(x2-x1)+ϵk1(x2-x1)3-u+k2(x2-q)=0---(1);]]>

其中m₁和m₂分别为1/4车身质量和轮胎质量，k₁和k₂分别为悬架弹簧刚度和轮胎刚度，c为悬架阻尼系数，u为主动控制力，x₁、x₂分别为车身垂直振动位移和和轮胎垂直振动位移，和分别为车身垂直振动速度和轮胎垂直振动速度，和分别为车身垂直振动加速度和和轮胎垂直振动加速度，q为路面位移输入，ε为弹簧的非线性系数；

A2、得到悬架系统的线性化方程：

令为悬架系统的状态向量，其中x₃=x₁-x₂代表悬架动行程，x₄=x₂-q表示轮胎形变，将式（1）中非线性项舍去，即得到：

x·=Ax+Bu0+Eq·---(2);]]>

其中为扰动向量，u_o=[u_o]为最优控制器输出向量，A、B和E分别为系统矩阵、控制矩阵和扰动矩阵，它们的表达式分别为

A=-cm1cm1-k1m10cm2-cm2k1m2-k2m21-1000100,B=-1/m11/m200T,E=000-1T---(3);]]>

选取x₃、x₄为输出变量，那么有如下输出方程：

y=Cx+Du_o          （4）；

其中，C=-cm1cm1k1m100010,]]>D=-1m10;]]>

A3、得到最优控制器输出u_o：

构造如下的二次型性能指标函数

J=∫0∞[a1x··12+a2x32+a3x42+Ruo2]dt=∫0∞[yTQy+uoTRuo]dt---(5);]]>

式中：a₁、a₂、a₃和R分别表示车身垂直加速度、悬架动行程、轮胎变形和控制力在优化控制中的加权系数；Q=a1000a2000a3]]>和R=[R]为权系数矩阵，结合式（4）,则式（5）可整理为

J=∫0∞{xTQdx+2xTNduo+uoTRduo}dt---(6);]]>

其中，Q_d=C^TQC；N_d=C^TQD；R_d=R+D^TQD；

设计最优控制器的作用规律u_o：

uo=-Gx=-g1x·1-g2x·2-g3x3-g4x4---(7);]]>

式中，G是控制增益系数向量，根据最优控制理论中的控制增益求解得到：

G=[g₁ g₂ g₃ g₄]=R_d^-1(N_d^T+BL)             （8）；

其中，L为正实对称矩阵，通过求解式（9）获得：

A^TL+LA+Q_d-LBR_d^-1B^TL=0                （9）。