[发明专利]一种柔性主动悬架系统中自适应反演控制器的设计方法

权利要求书

1.一种柔性主动悬架系统中自适应反演控制器的设计方法，其特征在于，所述自适应反演控制器的设计方法包括:

步骤一：搭建柔性主动悬架模型

在含未知非线性动态的两自由度柔性主动悬架系统中，搭建柔性主动悬架，该模型的动力学关系为：

步骤二：设计基于神经网络的自适应反演控制器

根据步骤一建立的柔性主动悬架模型，引入BL函数来构建满足系统稳定性的控制条件，同时引进一个二阶辅助系统来实现柔性主动悬架系统中非对称控制饱和的补偿，通过饱和自适应反演控制方法，设计基于神经网络的自适应反演控制器，改进主动悬架的控制性能；

步骤一所述的柔性主动悬架模型的搭建过程为：

S1.设在柔性主动悬架模型中：m_s为簧载质量；m_u为非簧载质量；z_s为簧载质量质心处的垂直位移，z_u为非簧载质量质心处的垂直位移；F_s为悬架的非线性弹簧产生的力，F_d为阻尼器产生的力；F_t为轮胎刚度产生的弹性力，F_b为轮胎阻尼产生的阻尼力；u为主动悬架里的直流伺服电机产生的主动控制力；

S2.柔性主动悬架模型的动力学关系为：

其中：在式(1)中，F_Δ为由摩擦及控制误差导致的未知干扰力，且F_Δ有界但并不关于Lipschitz连续有界，在柔性主动悬架模型当中，弹簧力F_s和阻尼力F_d不是可测的，属于未知非线性动态，m_s为簧载质量；

S3.设系统的状态变量为x₁＝z_s，x₃＝z_u，则被控系统式(1)的状态空间方程为：

步骤二所述的基于神经网络的自适应反演控制器的设计步骤包括：

S1.首先考虑主动控制力u的饱和现象，引入二阶辅助系统来补偿饱和造成的控制误差，定义控制力u的饱和条件；

步骤二S1的具体设计过程为：

(1)根据柔性主动悬架系统的类型，考虑主动悬架模型的非对称输入饱和的自适应NN反演控制律，引进二阶辅助系统来补偿饱和造成的控制误差，所述二阶辅助系统为：

其中：Δu＝u-f，λ₁和λ₂表示该辅助系统的状态变量，且零初始状态λ₁(0)、λ₂(0)为零；c₁和c₂为正常数，为簧载质量倒数θ＝1/m_s的估计量，为二阶辅助系统(6)的状态变量的一阶求导；

(2)根据引入的二阶辅助系统，考虑主动悬架模型中控制力的饱和现象，定义控制力u满足的饱和条件如下：

其中：f为待设计的虚拟控制律，u为主动悬架里的直流伺服电机产生的主动控制力，u_max为主动悬架里的直流伺服电机产生的最大主动控制力，u_min为主动悬架里的直流伺服电机产生的最小主动控制力；

S2.定义跟踪误差e₁＝x₁-x_r-λ₁，e₂＝x₂-α，并选取BL函数来构建满足柔性主动悬架系统稳定性的控制条件；

其中，x_r为系统状态x₁的参考轨迹，x_r为零，α为系统状态x₂的虚拟轨迹，x₁为被控系统式(2)的状态变量；

S3.利用自适应的神经网络算法设计一个虚拟控制律f，使得变量e₁、e₂、渐近收敛到原点或者原点附近，为一个估计量；

S4.设计一个基于误差收敛的自适应律，来估计NN权值和簧载质量；

S5.利用Lyapunov函数分析柔性主动悬架系统的稳定性及对误差收敛集合进行分类讨论。