基于微分几何法的主动悬架鲁棒H○∞控制

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.05.021

东北大学学报:自然科学版 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (5): 716-721.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2019.05.021

基于微分几何法的主动悬架鲁棒H_○∞控制

李武杰，陈从根，郭立新

(东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110819)

收稿日期:2018-04-02 修回日期:2018-04-02 出版日期:2019-05-15 发布日期:2019-05-17
通讯作者: 李武杰
作者简介:李武杰( 1990－ ) ，男，河南鹤壁人，东北大学博士研究生；郭立新(1968-)，男，辽宁沈阳人，东北大学教授，博士生导师.
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51875096，51607030，51275082).

Robust H_○∞ Control of Active Suspension Based on Differential Geometry

LI Wu-jie， CHEN Cong-gen， GUO Li-xin

School of Mechanical Engineering & Automation， Northeastern University， Shenyang 110819， China.

Received:2018-04-02 Revised:2018-04-02 Online:2019-05-15 Published:2019-05-17
Contact: CHEN Cong-gen
About author:-
Supported by:
-

摘要/Abstract

摘要： 利用微分几何法和鲁棒H_○∞控制理论，提出一种基于微分几何法的主动座椅悬架和车辆主动悬架的鲁棒H_○∞控制策略.在建立“车－椅”车辆三自由度模型的基础上，考虑座椅悬架和车辆悬架弹性力和阻尼力的非线性特性，应用微分几何法并经过非线性状态反馈变换的方法，对主动悬架非线性系统进行精确线性化.然后以底盘垂向加速度和座椅垂向加速度为控制目标，以车轮动态位移、车辆悬架挠度范围小于规定值为约束条件，设计出了座椅悬架和车辆悬架鲁棒H_○∞控制器，并用Matlab/Simulink进行仿真实验验证了集成变增益LQR控制方法的有效性和可行性.

关键词: 微分几何, 非线性, 主动悬架, 鲁棒H_○∞控制, 线性矩阵不等式(LMI)

Abstract: By means of the differential geometry method and the robust H_○∞ control theory， a robust H_○∞ control strategy for active seat suspension and vehicle active suspension based on differential geometry method is proposed. On the basis of establishing the three-degree-of-freedom model of the "car-chair" vehicle， considering the nonlinear characteristics of the elastic force and damping force of seat suspension and vehicle suspension， the differential geometry method and the nonlinear state feedback transformation method are applied to precisely linearize the active suspension nonlinear system. Then， the vertical accelerations of the chassis and the seat are taken as the control targets， and the robust suspension H_○∞ controller of seat suspension and vehicle suspension is designed with the wheel dynamic displacement and the vehicle suspension deflection range less than the specified value as the constraint conditions. The simulation experiment with Matlab/Simulink is carried out to verify the effectiveness and feasibility of the integrated variable gain LQR control method.

Key words: differential geometry, nonlinear, active suspension, robust H_○∞ control, linear matrix inequality(LMI)

中图分类号:

U461.4

李武杰，陈从根，郭立新. 基于微分几何法的主动悬架鲁棒H_○∞控制[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(5): 716-721.

LI Wu-jie， CHEN Cong-gen， GUO Li-xin. Robust H_○∞ Control of Active Suspension Based on Differential Geometry[J]. Journal of Northeastern University Natural Science, 2019, 40(5): 716-721.

参考文献

[1]么鸣涛，李钊，顾亮.基于微分几何法的半主动油气悬架LQR控制［J］.北京理工大学学报，2011，31(5):519-523.(Yao Ming-tao，Li Zhao，Gu Liang.LQR control of semi-active hydro-pneumatic suspension based on differential geometry［J］.Journal of Beijing Institute of Technology，2011，31(5):519-523.)
[2]么鸣涛，管继富，顾亮.基于微分几何法的车辆半主动悬架控制［J］.沈阳工业大学学报，2011(4):400-404.(Yao Ming-tao，Guan Ji-fu，Gu Liang.Control of vehicle semi-active suspension based on differential geometry method［J］.Journal of Shenyang University of Technology，2011(4):400-404.)
[3]Chen S A，Wang J C，Yao M，et al.Improved optimal sliding mode control for a non-linear vehicle active suspension system［J］.Journal of Sound & Vibration，2017，395:1-25.
[4]Guo L X，Zhang L P.Robust H_○∞ control of active vehicle suspension under non-stationary running［J］.Journal of Sound & Vibration，2012，331(26):5824-5837.
[5]Wang G，Chen C，Yu S.Optimization and static output-feedback control for half-car active suspensions with constrained information［J］.Journal of Sound & Vibration，2016，378:1-13.
[6]Li P，Lam J，Cheung K C.Multi-objective control for active vehicle suspension with wheelbase preview［J］.Journal of Sound & Vibration，2014，333(21):5269-5282.
[7]Sun W，Pan H，Zhang Y，et al.Multi-objective control for uncertain nonlinear active suspension systems［J］.Mechatronics，2014，24(4):318-327.
[8]Wang R，Jing H，Wang J，et al.Robust output-feedback based vehicle lateral motion control considering network-induced delay and tire force saturation［J］.Neurocomputing，2016，214(sup1):409-419.
[9]Sun W，Zhao Y，Li J，et al.Active suspension control with frequency band constraints and actuator input delay［J］.IEEE Transactions on Industrial Electronics，2011，59(1):530-537.
[10]张丽萍，郭立新.车辆悬架和座椅悬架的鲁棒 H_○∞集成控制策略［J］.东北大学学报(自然科学版)，2015，36(12):1771-1775.(Zhang Li-ping，Guo Li-xin.Robust H_○∞ integrated control strategy for vehicle suspension and seat suspension［J］.Journal of Northeastern University(Natural Science)，2015，36(12):1771-1775.)(上接第704页)
[4]Hei D，Lu Y，Zhang Y，et al.Nonlinear dynamic behaviors of rod fastening rotor-hydrodynamic journal bearing system［J］.Archive of Applied Mechanics， 2015，85(7):1-21.
[5]Qin Z Y，Han Q K，Chu F L.Bolt loosening at rotating joint interface and its influence on rotor dynamics［J］.Engineering Failure Analysis，2016，59:456-466.
[6]Qin Z Y，Han Q K，Chu F L.Analytical model of bolted disk-drum joints and its application to dynamic analysis of jointed rotor［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part C:Journal of Mechanical Engineering Science，2014，228(4):646-663.
[7]Hosder S，Grossman B，Haftka R，et al.Quantitative relative comparison of CFD simulation uncertainties for a transonic diffuser problem［J］.Computers & Fluids，2006，35(10):1444-1458.
[8]王瑞利，梁霄.多项式混沌方法在偶然不确定度量化中的应用［J］.数学建模及其应用，2016，5(3):17-24，81.(Wang Rui-li，Liang Xiao.Application of polynomial chaos method in quantifying the aleatory uncertainty ［J］.Mathematical Modeling and Its Applications， 2016，5(3):17-24，81.)
[9]刘全，王瑞利，林忠.非嵌入式多项式混沌方法在拉氏计算中的应用［J］.固体力学学报，2013，33(sup1):224-233.(Liu Quan，Wang Rui-li，Lin Zhong.Uncertainty quantification for Lagrangian computation using non-intrusive polynomial chaos ［J］.Chinese Journal of Solid Mechanics，2013，33(sup1):224-233.)
[10]Li Z G，Jiang J，Tian Z.Non-linear vibration of an angular-misaligned rotor system with uncertain parameters［J］.Journal of Vibration and Control，2014，22(1):129-144.
[11]刘卓乾，曹树谦，郭虎伦，等.含螺栓联接转子系统非线性振动特性研究［J］.振动与冲击，2016，35(22):10-16，37.(Liu Zhuo-qian，Cao Shu-qian，Guo Hu-lun，et al.Vibration characteristics of rotor systems with bolt joints ［J］.Journal of Vibration and Shock，2016，35(22):10-16，37.)

[1]	侯东晓，方成，陈善平，阎爽. 板带轧机液压压下-垂直振动特性研究[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(7): 972-980.
[2]	孙浩，朱东风，金爱兵，陈帅军. 非线性卸荷速率下的硬岩破坏特性与裂纹演化规律[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(7): 1010-1018.
[3]	周世华，王云贺，陈雨，任朝晖. 非线性振动下卸载系统动力学及运动学特性分析[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(12): 1724-1731.
[4]	王荣鹏，宋桂秋，周世华. 基于流固耦合钻柱系统动力学模拟[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(1): 56-64.
[5]	张瑞友，王超慧，陈勇强. 基于控制思想求解非线性规划问题的李雅普诺夫方法[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2021, 42(9): 1217-1226.
[6]	马辉，于明月，高昂，赵晨光. 基于非线性虚拟材料栓接结合部动力学建模方法[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2021, 42(8): 1111-1119.
[7]	曹焱博，李之傲，韩金超，姚红良. 非光滑NES在转子-叶片系统振动抑制中的应用[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(8): 1103-1110.
[8]	刘芳，刘欣怡，苏卫星，林辉. 电动汽车动力电池健康状态在线估算方法[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(4): 492-498.
[9]	罗忠，周逸夫，边子方，王菲. 滚动轴承非线性因素对转子系统振动特性的影响[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(8): 1131-1138.
[10]	杨冬梅，陈金莹. 非线性切换奇异系统的自适应状态反馈控制[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(6): 761-765.
[11]	郭立新，陈从根，赵琳. 座椅悬架和汽车悬架的集成变增益LQR控制[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(3): 398-403.
[12]	姚红良，张钦，杨沛然，闻邦椿. 分段线性刚度非线性能量阱的参数优化方法[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(12): 1732-1738.
[13]	范玉川，黄清云，鲁艳，赵春雨. 基于Newmark-β法的非线性体系动载荷识别[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(12): 1755-1759.
[14]	孙赵宁，李小彭，李木岩，闻邦椿. 水平盘旋转子参数对滚动轴承系统非线性振动影响[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(9): 1266-1271.
[15]	孙晋伟，秦也辰，王振峰，顾亮. 基于路面识别的非线性悬架系统自适应控制[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(9): 1299-1303.

基于微分几何法的主动悬架鲁棒H_○∞控制

Robust H_○∞ Control of Active Suspension Based on Differential Geometry

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

基于微分几何法的主动悬架鲁棒H○∞控制

Robust H○∞ Control of Active Suspension Based on Differential Geometry

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

基于微分几何法的主动悬架鲁棒H_○∞控制

Robust H_○∞ Control of Active Suspension Based on Differential Geometry