四分之一车模型与主动悬架控制

一个简单的四分之一车主动悬架系统模型如图1所示。四分之一车模型由两个质量组成，一个汽车底盘有质量还有一个有质量的轮子．有一个弹簧和阻尼器质点之间，分别模拟了被动式弹簧和减震器。车轮总成和路面之间的轮胎由弹簧模拟．

主动悬架引入了一个力在底盘和车轮总成之间，允许设计师使用反馈控制器平衡驾驶目标，如乘客舒适度和道路处理。

图1:主动悬架四分之一车模型。

控制体系结构

四分之一车模型是使用Simscape实现的。下面的Simulink模型包金宝app含了带有主动悬架、控制器和执行器动力学的四分之一车模型。它的输入是道路干扰和主动悬架的受力。其输出是悬架偏转和车身加速度。控制器利用这些测量数据向致动器发送控制信号，从而为主动悬架制造力。

mdl =“rct_suspension.slx”;open_system (mdl)

控制目标

该示例有以下三个控制目标:

弹簧常数的标称值和阻尼器车身和车轮之间的装配是不精确的，由于材料的缺陷，这些值可以是恒定的，但不同的。使用各种参数值评估对系统控制的影响。

模拟7厘米级的道路扰动，并使用恒定重量。

Wroad = ss (0.07);

将处理从道路干扰到悬挂偏转的闭环目标定义为

HandlingTarget = 0.044444 * tf([1/8 1]，[1/80 1]);

定义从道路干扰到车身加速度的舒适性目标。

ComfortTarget = 0.6667 * tf([1/0.45 1]，[1/150 1]);

通过道路干扰到控制信号的权函数限制控制带宽。

Wact = tf(0.1684*[1500]，[1 50]);

有关选择闭环目标和权重函数的更多信息，请参见主动悬架的鲁棒控制(鲁棒控制工具箱)．

控制器调优

打开一个控制系统调谐器在Simulink模型中，双击橙色块。金宝app调优块设置为二阶控制器，定义了三个调优目标，以实现如上所述的处理、舒适和控制带宽。为了看到调谐的性能，从道路干扰到悬架偏转的阶跃响应，车身加速度和控制力的绘图。

处理、舒适和控制带宽目标被定义为增益限制，HandlingTarget / Wroad，ComfortTarget / Wroad和Wact / Wroad．所有增益函数都除以Wroad纳入道路干扰。

带有零控制器的开环系统违反了操纵目标，导致悬架偏转和车身加速度的高振荡行为，且沉降时间长。

图2:使用会话文件的控制系统调优器。

使用调优控制器控制系统调谐器,在调优选项卡上,单击调优．如图3所示，该设计满足了调优目标，响应的振荡性更小，并且很快收敛到零。

图3:调整后的控制系统调谐器。

多参数值的控制器调优

现在，尝试为多个参数值优化控制器。汽车底盘质量的默认值是300公斤。根据不同的操作条件，质量可调整为100kg、200kg和300kg。

为了改变这些参数控制系统调谐器,在控制系统选项卡,在参数的变化中,选择选择不同的参数．在打开的对话框中定义参数。

图4:定义参数变体。

在参数的变化选项卡上,单击管理参数．在“选择模型变量”对话框中进行选择Mb．

图5:选择一个不同于模型的参数。

现在,参数Mb在参数变体表中添加缺省值。

图6:带有默认值的参数变化表。

要快速生成变体，请单击生成值．在“生成参数值”对话框中，为其定义值100,200,300Mb,然后单击覆盖．

图7:生成值窗口

所有值都填充在参数变体表中。将参数变化设置为控制系统调谐器,点击应用．

图8:带有更新值的参数变化表。

由于参数的变化，调优目标和响应图中出现了多条线。对这些标称参数值所得到的控制器将导致一个不稳定的闭环系统。

图9:具有多个参数变化的控制系统调谐器。

通过单击调整控制器以满足处理、舒适性和控制带宽目标调优在调优选项卡。调优算法试图满足标称参数和所有参数变化的这些目标。与图10所示的标称设计相比，这是一项具有挑战性的任务。

图10:具有多个参数变化的控制系统调谐器(已调谐)。

控制系统调谐器调整线性化控制系统的控制器参数。要检查Simulink模型上调优参数的性能，请通过单击更新Simulink模型中的控制器金宝app更新模块在控制系统选项卡。

模拟每个参数变化的模型。然后，使用仿真数据检查器，检查所有仿真的结果。结果如图11所示。对于所有三个参数变化，控制器试图以最小的控制努力最小化悬挂偏转和身体加速度。

图11:Simulink模型上的控制器性能。金宝app