18、基于滑模和微分平坦的主动车辆悬架系统鲁棒控制

基于滑模和微分平坦的主动车辆悬架系统鲁棒控制

1. 引言

主动车辆悬架系统的主要控制目标是通过增加系统的自由度和/或根据传感器获取的系统反馈和前馈信息来控制执行器力，从而提高车辆的乘坐舒适性和操控性能。乘坐舒适性通过隔离乘客免受道路不规则干扰引起的不良振动来实现，其性能通过车辆乘客所承受的加速度水平来评估。操控性能则通过保持轮胎与道路之间的良好接触以提供沿轨道的引导来实现。

过去，主动车辆悬架控制系统，无论是线性还是非线性模型，一直是一个具有挑战性的课题。一些控制策略被提出，例如线性二次调节器（LQR）与非线性反步控制技术相结合的策略，该策略需要状态向量（轮胎和车身的垂直位置和速度）的信息；还有降阶控制器，通过使用加速度计测量轮胎和车身的垂直运动，在不牺牲安全性和舒适性的前提下降低实施成本；另外，考虑悬架系统非线性动力学的可变增益控制器也被提出，它需要测量车身和轮胎的垂直位置以及估计其他状态和道路轮廓。

许多动态系统具有一种称为微分平坦的结构特性。这种特性相当于存在一组独立输出，称为平坦输出，其数量与控制输入相等，能够完全参数化每个状态变量和控制输入。通过微分平坦，控制器的分析和设计得到了极大简化。特别是，微分平坦与滑模控制相结合，在需要鲁棒控制方案（如参数不确定性、外部干扰和未建模动态）时被广泛应用，是一种在主动车辆悬架系统中实现高振动衰减水平的合适鲁棒控制设计方法。

本文提出了一种基于滑模和微分平坦的电磁和液压主动车辆悬架系统的鲁棒主动振动控制方案。该方案需要测量车身和轮胎的垂直位移，并使用在线代数状态估计来避免使用加速度和速度传感器。道路轮廓被视为无法测量的未知输入干扰。通过Matlab进行的仿真结果展示了采用该控制方案的主动悬架系统的动态性能和鲁棒性。