【摘 要】
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振动作为一种常见的现象,它广泛存在于日常生活之中,在公路、航空、建筑等领域,振动问题是一个需要考虑的关键问题。在工业制造中,合理的减振对于提高加工精度有着重要的意义,剧烈的振动也会造成机械结构强度的降低、连接部件的松动等问题。此外,振动还将产生噪声,大分贝噪音严重危害驾驶人员的身心健康,甚至造成部件断裂,危及驾驶安全,因此,能否做到有效减弱振动,是保障驾驶安全的关键。采用MRD的车辆悬架系统作为一
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振动作为一种常见的现象,它广泛存在于日常生活之中,在公路、航空、建筑等领域,振动问题是一个需要考虑的关键问题。在工业制造中,合理的减振对于提高加工精度有着重要的意义,剧烈的振动也会造成机械结构强度的降低、连接部件的松动等问题。此外,振动还将产生噪声,大分贝噪音严重危害驾驶人员的身心健康,甚至造成部件断裂,危及驾驶安全,因此,能否做到有效减弱振动,是保障驾驶安全的关键。采用MRD的车辆悬架系统作为一种新型的半主动减振系统,具有耗电量低、输出阻尼连续可调等特点,在大多数情况下具有和主动悬架类似的性能,因此受到了学术界广泛的关注。但目前MRD存在磁性颗粒沉降、力学模型参数辨识精度不高等问题,相关问题依然需要进一步研究。在磁流变半主动悬架的控制方面,磁流变半主动悬架的控制中要解决四个问题:控制策略计算的预期阻尼力不在MRD输出阻尼力范围的问题、MRD输出阻尼力的时滞问题、控制系统结构参数不确定的问题、控制策略对于外界不确定干扰的鲁棒性问题。目前应用到MRD控制理论水平仍然不高,需要进一步提高。为此,本文进行了以下的研究,包括对MRD力学模型进行参数辨识、半主动悬架系统的建模与分析、控制策略的验证与仿真,主要研究内容包括:(1)MRD力学性能试验及参数辨识。使用INSTRON拉伸机对课题组加工的MRD进行力学性能试验。分析MRD的各种动力学模型的优缺点,选用简化的可调Sigmoid模型作为参数辨识的对象。基于试验得到的示功特性和速度特性,使用Levenberg-Marquardt优化算法以及最小二乘法对简化的可调Sigmoid模型未知参数进行辨识,分析可调Sigmoid模型以及辨识的精确性,为后续的MRD在磁流变半主动悬架的仿真研究提供了有力保障。(2)磁流变半主动悬架的建模及动力学分析。根据车辆行驶的真实路况,建立了随机路面模型以及冲击路面模型,分析了不同等级路面对于位移输入的影响。介绍了三自由度半主动悬架1/4模型、六自由度车-椅-人动力学模型、1/4车辆实际模型及参考模型特点,根据牛顿第二定律推导了这三种模型的运动微分方程。在Matlab/Simulink中搭建了六自由度车-椅-人动力学模型,分析了该动力学模型在随机路面激励和冲击路面激励下的性能指标。(3)车辆半主动悬架控制策略的设计与仿真验证。由于测量的不准确以及使用时产生的质量变化,这将导致车辆半主动悬架系统参数不确定性,为了解决参数不确定对于半主动悬架控制的影响,基于线性矩阵不等式(LMI)工具箱,提出了一种非确定结构参数的H∞控制策略,通过将外部的输入对控制输出的影响减小到一定水平,实现半主动悬架系统参数不确定性时的良好控制效果;由于车辆行驶在路面时,除受到了路面的激励外,还将受到风、扬起的砂石等干扰,为了解决外界非确定的干扰对人半主动悬架系统性能的影响,基于线性矩阵不等式(LMI)工具箱,提出了一种干扰抑制控制(ISC)策略,通过将相同的外界干扰施加于被动悬架和使用ISC策略的半主动悬架,验证ISC策略对于外界不确定干扰的良好抑制效果。
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