汽车非线性半主动悬架系统时滞反馈控制研究

研究了两自由度非线性悬架系统垂向振动的时滞反馈控制。以汽车1/4车体和单个轮胎的两自由度垂向振动模型为例进行研究;其中非线性主要考虑了汽车悬架刚度的三次及五次非线性。利用多尺度法获得含时滞反馈控制的非线性半主动悬架、车体与轮胎振幅的近似解析表达式。分析时滞反馈控制对悬架系统振动的影响规律;并与不含时滞反馈控制的被动非线性模型进行比较。研究了当外激励频率等于主系统一阶共振频率;并且存在一比五内共振时,车体振动情况。重点分析时滞反馈控制的两个重要参数:时滞反馈增益系数和时滞量对车体振幅的影响;并进行相应的稳定性分析。以某型轿车参数进行数值分析研究,得出当时滞阻尼系数固定为-100 N·s/m时,车体振幅随时滞呈波浪形变化。时滞量τ取在区间[0.15,0.64]上时,车体振幅小于被动系统车体的振幅,表明时滞对系统具有减振作用;而在其他时滞区间上,车体振幅反而会比被动系统的振幅还要大。同时探讨了如何优化设计时滞阻尼系数并计算出相应的最佳时滞,使得主系统的幅度最小。     

车辆非线性悬架系统时滞瞬时最优控制

以车辆非线性悬架系统为研究对象,采用理论与仿真相结合的方法,研究系统时滞瞬时最优控制动力学特性.首先以立方多项式模型描述非线性特性,建立含控制回路时滞的车辆非线性悬架系统动力学方程;然后通过状态变换处理系统时滞,利用最优控制理论和龙格库塔法设计了时滞瞬时最优控制律;最后通过数值仿真分析了系统在确定性激励下和随机激励下的状态输出响应.结果表明,时滞瞬时最优控制律可以保证系统稳定,优化控制权重矩阵可以获得更好的减振性能,且为研究将时滞作为控制输入参数奠定了基础,为主动减振提供了新思路,具有重要的理论和工程应用价值.     

汽车非线性半主动悬架系统时滞反馈控制

研究了两自由度非线性悬架系统垂向振动的时滞反馈控制。以汽车1/4车体和单个轮胎的两自由度垂向振动模型为例进行研究;其中非线性主要考虑了汽车悬架刚度的三次及五次非线性。利用多尺度法获得含时滞反馈控制的非线性半主动悬架、车体与轮胎振幅的近似解析表达式。分析时滞反馈控制对悬架系统振动的影响规律;并与不含时滞反馈控制的被动非线性模型进行比较。研究了当外激励频率等于主系统一阶共振频率;并且存在一比五内共振时,车体振动情况。重点分析时滞反馈控制的两个重要参数:时滞反馈增益系数和时滞量对车体振幅的影响;并进行相应的稳定性分析。以某型轿车参数进行数值分析研究,得出当时滞阻尼系数固定为-100 N·s/m时,车体振幅随时滞呈波浪形变化。时滞量τ取在区间[0.15,0.64]上时,车体振幅小于被动系统车体的振幅,表明时滞对系统具有减振作用;而在其他时滞区间上,车体振幅反而会比被动系统的振幅还要大。同时探讨了如何优化设计时滞阻尼系数并计算出相应的最佳时滞,使得主系统的幅度最小。     

叠加激励下的时变时滞反馈减振控制

时滞动力吸振器是一种将时滞反馈力作为主动控制力的主动吸振器。当系统受单个激励力作用时,时滞动力吸振器能够对系统的振动响应起到很好的控制效果,但当多个频率不同的激励力同时作用时,时滞动力吸振器的控制效果并不明显。针对上述问题,文中提出了"等效频率"概念和时变时滞反馈控制方法。通过计算激励力的等效频率,据此对时滞反馈控制力进行实时调整,使时滞动力吸振器可以对多个同时作用的激励作出有效应对,从而有效控制主系统的振动响应。文中首先利用精细积分法,将系统振动微分方程变为精细积分方程形式,以此将连续时间区间上的多个同时作用的激励力变为各个离散时间区间内与叠加激励具有相同作用效果的正弦激励力;然后计算得出离散时间区间内正弦激励力的频率,并根据计算结果调整时滞动力吸振器参数与系统参数,据此计算各时间区间内的时滞反馈控制力;最后,以二自由度时滞动力吸振器减振模型为例,以主系统的各项振动响应为仿真对象,对主系统振动响应的时域进行仿真研究。研究结果表明,比于定值时滞反馈动力吸振器控制,在时变时滞反馈动力吸振器控制下,主系统振动位移、振动速度与振动加速度分别减少了96.4%、95.9%和97.1%,说明在时变时滞反馈控制下,结构主系统的振动响应得到了有效的控制。     

高速列车非线性减振系统联合时滞反馈控制

本文主要研究列车运行过程中垂直方向上的非线性振动特性,以及车体振动的时滞反馈主动控制。首先建立二自由度非线性悬挂系统模型,得到系统的运动微分方程,利用模态分析进行解耦,再结合多尺度法求解方程组的近似解析表达式。然后以1：3内共振为例,通过6组外激励和时滞的情况对比研究,分析不同共振频率的外激励项和不同阶数的时滞项对车体振幅的影响。最后通过数值模拟来验证解析结果。研究结果表明,对含有时滞项的非线性振动系统,多频的外激励使车体振幅最大。线性时滞项系统的稳定性比非线性时滞项系统稳定性高,通过调节合理的时滞项,对车体能起到很好的减振作用,车体的减振幅度同被动系统相比最高可以达到68.87%。与之相对的,如果其参数选择不当,车体的振幅将会增大,振动变得更加恶劣。本文的研究结果有助于列车悬挂系统的振动进一步完善,同时也为时滞减振器的设计和研发提供一个新的思考方向。     

非线性PWM反馈时滞系统的稳定性分析

在借鉴前辈学者们的研究基础上,探讨了非线性PWM反馈时滞系统的稳定性;基于PWM（脉冲宽度调制）调控,利用改进的Lyapunov-Krasovskii泛函构造方法来构造V函数,然后通过使用线性矩阵不等式,得到了关于非线性PWM反馈时滞系统指数p次方稳定和指数p次方渐进稳定的判定.     

汽车非线性悬架系统共振特性的研究

建立了车辆两自由度非线性动力学模型及包含悬架刚度立方非线性的运动微分方程,利用多尺度法求解系统的幅频响应特性.通过数值仿真,获得了主共振、超谐波共振、次谐波共振以及内组合共振条件下的非线性悬架系统在不同非线性参数时的幅频响应.根据所获得的规律,合理地选择悬架的非线性参数,可以避开系统可能出现的跳跃及分岔等不稳定现象,从而有效地控制车辆的振动.     

电动汽车非线性悬架系统混沌特性

在分析电动汽车非线性因素的基础上,建立八自由度非线性模型.在正弦路面激励下,得到系统动力学响应,计算分岔图、庞加莱(Poincaré)截面和最大李雅普诺夫(Lyapunov)指数.分析结果表明该系统存在混沌运动,并发现了系统通过周期、拟周期进入混沌运动的演化过程.计算分岔图特殊点处的悬架动挠度,发现利用悬架动挠度的变化,能较好地反映系统的动态行为发生的变迁.     

金属橡胶非线性减振系统混沌特性研究

对金属橡胶非线性减振系统的混沌特性进行了研究,建立了系统的力学模型,对减振器进行了静、动态试验,识别了减振器的各参数,通过求解系统响应随激励参数变化的分岔图,确定了系统产生混沌时激励力和频率的取值,采用Runge-Kutta法求解并绘制了系统的位移时间历程图、相图、Poincaré映射图和频谱图,计算了Lyapunov指数最大值,并在Adams软件环境下进行了仿真试验验证,证明了金属橡胶非线性减振系统具有混沌振动特性.      

一类时滞反馈非线性系统的分岔与控制

考虑含参数激励的广义Van der Pol方程的Hopf分岔与控制问题。通过设计线性位移和速度时滞反馈控制器构造了受控系统,着重研究了控制器对该类参数激励系统的1/2亚谐共振的分岔响应控制。采用多尺度法从理论上推导出时滞动力系统的分岔响应方程,并进一步得到Hopf 分岔的存在条件。通过数值模拟,验证了所设计的控制器不仅能控制极限环的幅值,也能控制Hopf 分岔的产生。     

车辆悬架系统时滞速度反馈控制

在车辆悬架系统中引入时滞速度反馈控制,采用理论与数值相结合的方法研究控制系统的稳定性和控制特性。首先,建立了含控制输入时滞的悬架系统模型。然后采用多项式判别定理与全时滞稳定性判定定理研究系统的稳定性,获得满足全时滞稳定性的系统结构参数范围,并得到数值结果的验证。最后,在一定的系统固有时滞下,采用遗传算法对结构参数和控制增益进行优化。结果显示,优化后的簧载质量加速度比优化前降低了22.7%,表明时滞速度反馈控制律可以有效改善悬架性能,为悬架结构参数的设计及控制策略的选择提供了理论依据,具有重要的工程应用价值。     

含分数阶车辆悬架非线性振动最优化控制

针对含两类分数阶微分项的悬架系统非线性振动,提出一种最优化控制方法,并得到最优反馈控制参数的取值范围。以一个带有两类分数阶微分项的非线性单自由度悬架系统为控制对象,引入线性控制参数,采用平均法得到系统的近似解,导出系统的幅频响应特性。分析系统作周期振动的定常解的稳定性,在保证系统存在稳定解的前提下,得到反馈控制参数的取值范围。分别以悬架系统的衰减率和稳定的反馈控制参数取值范围作为最优化控制的目标函数和约束条件,利用最优化方法得到最优反馈控制参数。研究了激励幅值及分数阶微分的变化对反馈控制参数的影响。仿真结果表明:引入控制参数能有效减小悬架系统的主共振幅值,减弱或消除其非线性振动特性;不同的分数阶阶次会对控制参数产生影响,进而影响系统的振动控制效果,其作用不可忽视。研究结果为悬架系统的优化设计提供了理论依据和设计参考。     

随机激励下非线性空气悬架系统的混沌振动分析

为了分析路面不平度激励幅值、激励频率、减振器阻尼系数和非线性阻尼系数对空气悬架系统发生分岔和混沌的影响,文章以某客车为研究对象,考虑阻尼非线性和空气弹簧非线性建立单自由度1/4车体空气悬架系统模型,采用相轨迹图、Poincaré映射图、时间历程图、功率谱图和Lyapunov指数验证悬架系统的运动状态。数值仿真表明:路面不平度激励幅值在0.036~0.100m之间悬架系统发生分岔和混沌运动,激励频率在1.50~3.24Hz之间发生跳跃和分岔现象,阻尼系数在0~300N/(m·s-1)之间作混沌运动,非线性阻尼系数的变化没有引起分岔。即路面不平度激励幅值越大,汽车发生混沌运动的可能性越大;减振器阻尼系数越小,汽车越容易发生混沌运动;非线性阻尼系数对汽车发生分岔和混沌的影响较小。     

磁悬浮电主轴系统动态分析及振动控制技术综述

高速电主轴性能的好坏直接决定着高档机床的发展,而切削系统的动态特性及振动控制效果又与电主轴的性能密不可分,它们互相影响、协同决定着机械加工过程中的切削效率、工件的表面质量以及刀具的使用寿命。为此,对磁悬浮电主轴、磁悬浮轴承-柔性转子系统建模理论和动力学特性及柔性磁悬浮电主轴转子振动主动控制技术的现状进行了评述,指出了目前柔性磁悬浮电主轴切削领域中所存在的问题,并对磁悬浮电主轴研究的发展趋势及应用前景进行了预测。     

电磁式动力消振系统

文中提出了一种带电磁式固有频率可控动力消振器的频率跟踪消振方法。消振系统由测振装置、频率跟踪控制器、功放及电磁式消振器４部分组成。文中介绍了消振器的原理及其特性，频率跟踪控制电路框图，变频振动时的频率跟踪消振实验。结果表明，本消振方法在变频振动条件下具有良好的消振效果。     

工程机械高速机构的非线性阻尼减振

由于现代工程机械高生产率和低成本的要求,考虑构件弹性的机构剧烈振动对机构的工作性能和构件的疲劳寿命有很大影响。提出了采用阻尼合金材料对构件的振动进行被动控制的方法,根据通过实测损耗因子与应变之间的非线性关系而得到的阻尼合金材料的非线性阻尼特性,建立了阻尼合金材料的弹性机构动力学模型;通过数值计算分析了非线性阻尼对构件振动的减振作用,证明了在非线性阻尼的作用下,弹性构件的振动得到了有效抑制。     

基于摄动法的不确定性汽车悬架振动控制特征值的凸模型分析

对含有不确定性参数悬架系统的振动控制问题进行研究.应用多维椭球凸模型理论将区间不确定参数悬架系统的振动控制问题转化为确定性问题来处理.基于矩阵摄动法利用凸模型理论分析不确定参数对汽车悬架系统的影响,推导具有不确定参数闭环系统特征值的上、下界计算公式.计算结果表明:所提出方法对两自由度汽车悬架系统有效.     

基于线性控制参数的非线性汽车悬架最优控制

为研究非线性汽车悬架的振动控制问题,提出一种基于线性控制参数的最优控制方法。建立了两自由度悬架非线性动力学和数学模型,引入速度和位移线性控制参数,采用平均法导出悬架的主共振幅频响应特性,分析了激励幅值、非线性程度及控制参数的变化对共振幅值的影响。对悬架的稳定性进行分析,在保证振动方程存在稳定解的条件下,得到控制参数的取值范围。以悬架的衰减率和振动能量为目标函数,以控制参数取值范围为约束条件,利用最优化方法得到最优控制参数。研究发现,悬架的非线性振动特性受激励幅值和系统非线性程度的共同影响,在控制过程中速度控制参数起主要作用,当两种控制参数取得最佳值时,悬架共振峰值较无控制参数可衰减88%左右,且悬架的非线性振动特性得到消除。最后利用数值仿真,验证了该方法的有效性。     

非线性基础隔离结构振动控制研究

以采用基础隔离的建筑结构为研究对象,以摩擦摆作为隔离支撑进行振动主动控制研究.为便于控制方法的设计,把振动方程中隔离系统的非线性部分作为外激励.在状态方程和控制力求解方面,提出了一种实用的双状态方程法.为了降低隔离系统的响应,提出以层间响应作为输出的LQG控制策略.此外,为了提高控制系统的稳定性,在控制器设计中引入了相对稳定性矩阵.在Kalman滤波器设计方面,采用了第三代基础建筑物所定义的方式.最后给出了仿真分析与试验对比.