H_∞时滞控制及其在车辆主动悬架中的应用

论文摘要

振动主动控制在航空航天、汽车等工业领域得到了广泛的应用,振动主动控制的理论也已经基本成熟,但具体的工程应用仍然存在很多问题有待解决(例如输入时滞问题)。时滞现象是由于信号的传递和观测需要时间机械传输以及被控对象的元件老化等所引起的时间上的延迟,由于时滞的存在影响系统的稳定性,所以近年来对于时滞系统稳定性的研究是一个热点问题。大型动力系统振动控制的另一个重要问题是状态变量的测量。要使得系统所有状态都得到测量是不可能的,所以全状态反馈系统是很难实现。因此,结构振动的输出反馈控制在实际应用中起着重要作用。基于H∞控制设计控制器来保证系统的稳定性同时将扰动量控制在一定范围内。综合上述一系列问题,论文结合主动控制、时滞问题、稳定性以及输出反馈控制问题来研究输入带有时滞的动力系统。运用H∞控制中处理无时滞系统的相关理论来研究输入带有时滞的系统。Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)是研究中的主要数学工具。论文研究主要在以下方面:1.提出一个关于估测时滞量的新方法,系统输入信号中带有单一时滞。首先将系统的运动微分方程改写成状态空间模型,其控制输入中存在时滞。然后运用H∞控制理论对无时滞系统建立控制律,考虑输出反馈和状态反馈两种形式。最后,运用系统稳定性定理来求得令时滞系统稳定的最大允许时滞量。综上理论,如果系统的时滞量在最大允许时滞量范围内,则应用控制理论建立控制器使得系统保持稳定并且将扰动抑制在一定范围内。2.为了进一步印证上述理论,建立以白噪声为输入的2个自由度的算例来检验给定时滞的输出反馈控制器设计方法的可行性。在实际工程方面,用时滞系统控制律来控制1/4车辆模型,为了进一步改善系统控制效果,在原有基础上增加一个矩阵不等式进行约束。由这两个模型的仿真结果可知,时滞控制器对于输出反馈和状态反馈都是可行的且有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 振动控制
• 1.2.1 主动控制
• 1.2.2 半主动控制
• 1.3 时滞系统
• 1.4 论文的主要研究内容
• ∞控制'>第2章 H_∞控制
• 2.1 基本概念
• 2.1.1 系统增益指标
• 2.1.2 性能指标
• ∞控制方法'>2.2 H_∞控制方法
• ∞控制'>2.2.1 状态反馈H_∞控制
• ∞控制'>2.2.2 输出反馈H_∞控制
• 2.3 LMI方法
• 2.3.1 LMI的基本描述
• 2.3.2 LMI的求解器介绍
• 2.3.3 LMI的相关用法
• 2.4 时滞系统的控制
• 2.4.1 时滞系统最优控制
• 2.4.2 时滞系统的稳定性
• 2.5 本章小结
• 第3章 时滞系统控制器设计
• 3.1 控制系统处理
• 3.2 无时滞系统控制
• 3.2.1 无时滞系统控制器设计
• 3.2.2 控制器效果分析
• 3.3 时滞系统控制
• 3.3.1 时滞系统控制器设计
• 3.3.2 控制器效果分析
• 3.4 整体设计思路
• 3.5 本章小节
• 第4章 1/4 车辆悬架模型的时滞控制
• 4.1 车辆主动悬架控制
• 4.2 1/4 车辆悬挂系统建模
• 4.3 路面激励模型
• 4.3.1 频域模型
• 4.3.2 时域模型
• 4.4 车辆悬架控制器设计
• 4.4.1 输出反馈控制器设计
• 4.4.2 状态反馈控制器设计
• 4.5 数值仿真
• 4.5.1 减速带响应
• 4.5.2 路面随机响应
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢