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车辆磁流变半主动悬架滑模变结构优化控制

徐明 黄庆生 李刚

徐明, 黄庆生, 李刚. 车辆磁流变半主动悬架滑模变结构优化控制[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(7): 1106-1113. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200171
引用本文: 徐明, 黄庆生, 李刚. 车辆磁流变半主动悬架滑模变结构优化控制[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(7): 1106-1113. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200171
XU Ming, HUANG Qingsheng, LI Gang. Sliding Mode Variable Structure Optimization Control of Vehicle Magneto-rheological Semi-active Suspension[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(7): 1106-1113. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200171
Citation: XU Ming, HUANG Qingsheng, LI Gang. Sliding Mode Variable Structure Optimization Control of Vehicle Magneto-rheological Semi-active Suspension[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(7): 1106-1113. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200171

车辆磁流变半主动悬架滑模变结构优化控制

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200171
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51765016

江西省重点研发计划项目 20192BBEL50012

详细信息
    作者简介:

    徐明(1980-), 讲师, 博士, 研究方向为流体传动及控制技术、磁流变智能材料理论及应用等,xuming@ecjtu.edu.cn

    通讯作者:

    李刚, 副教授, 博士后, ligang0794@163.com

  • 中图分类号: U463.33

Sliding Mode Variable Structure Optimization Control of Vehicle Magneto-rheological Semi-active Suspension

  • 摘要: 对悬架系统所用磁流变阻尼器进行阻尼特性试验,利用Levenberg-Marquardt优化算法对磁流变可调Sigmoid模型进行参数辨识,运用最小二乘法对辨识的参数进行拟合; 基于天棚阻尼系统,设计了四分之一车辆悬架系统滑模控制器;采用极点配置法确定切换面参数, 使用饱和函数代替符号函数,缓解滑模控制系统抖振问题, 运用模糊控制、RBF神经网络对半主动悬架滑模控制器进行优化; 以随机路面激励作为输入, 分别对模糊控制、RBF神经网络优化的滑模控制器半主动悬架进行仿真分析。仿真结果表明:该优化算法辨识的可调Sigmoid模型具有良好的控制性能,利用该模型可实现对阻尼力的准确控制, 所设计的RBF优化滑模控制器具有比模糊滑模控制器更优异的性能。
  • 图  1  MRD力学性能试验系统

    图  2  磁流变阻尼器

    图  3  试验数据

    图  4  可调Sigmoid模型

    图  5  各参数随电流变化情况

    图  6  试验数据和仿真数据对比

    图  7  半主动悬架1/4车辆模型及参考模型的建立

    图  8  不同增益系数ξ对控制效果的影响

    图  9  符号函数、饱和函数示意图

    图  10  不同函数滑模控制补偿力的影响

    图  11  RBF神经网络结构

    图  12  RBF神经网络优化滑模变控制流程图

    图  13  悬架性能指标

    表  1  可调Sigmoid模型参数辨识结果

    电流/A Fm a k C0 f0/N
    0.4 153.85 0.58 0.84 1.73 -5.44
    0.8 328.82 0.59 0.66 2.95 -4.41
    1.2 531.05 0.64 0.43 5.55 -6.43
    1.6 750.89 0.66 0.50 7.37 -10.16
    2.0 1055.18 0.84 0.77 8.34 -18.47
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    表  2  悬架系统及路面激励各项参数

    参数名称 数值
    簧载质量mu 400 kg
    非簧载质量md 40 kg
    悬架刚度K 15 800 N/m
    轮胎阻尼Kt 158 000 N/m
    阻尼系数Cur 3 550 N/(m/s)
    阻尼系数Cdr 3 550 N/(m/s)
    悬架刚度Kr 15 800 N/m
    下截止频率f0 0.1 Hz
    车速U0 20 m/s
    路面不平度G0 64×10-6 m3/cycle
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    表  3  模糊控制规则表

    E EC
    NB NM ZO PM PB
    NB PB PM PM PM NB
    NM PM PM NM PM NB
    ZO NM ZO ZO ZO PM
    PM NB NM NM PM PM
    PB NB NM PM PM PB
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    表  4  不同控制策略悬架性能指标均方根

    控制策略类型 性能指标
    簧载速度/ (m·s-1) 簧载加速度/ (m·s-2) 悬架速度/ (m·s-1)
    RBF滑模控制 0.009 1 0.055 8 0.189 1
    模糊滑模控制 0.011 4 0.098 4 0.200 1
    被动悬架 0.013 6 0.110 0 0.183 4
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  • 收稿日期:  2019-12-12
  • 刊出日期:  2021-07-01

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