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基于磁流变阻尼器多项式逆模型的半主动悬架混合H_2H_∞鲁棒控制研究
基于磁流变阻尼器多项式逆模型的半主动悬架混合H2/H∞鲁棒控制研究
摘要：半主动悬架系统利用磁流变阻尼器作为控制装置，在汽车行驶中能够根据路况实时调节车身的悬架刚度和阻尼特性，提高行车舒适性与稳定性。本文以半主动悬架系统为研究对象，通过建立磁流变阻尼器的多项式逆模型，结合混合H2/H∞鲁棒控制理论，设计一种高性能的控制器，实现在不同路况下悬架系统的优化控制。
关键词：磁流变阻尼器；半主动悬架系统；多项式逆模型；混合H2/H∞鲁棒控制；优化控制
1.引言
半主动悬架系统作为提高汽车行驶舒适性和稳定性的重要控制装置，已经得到广泛应用。其中，磁流变阻尼器作为半主动悬架系统的核心元件，具有结构简单、响应快速、实时调节等优点。然而，磁流变阻尼器的非线性、时滞等特性使得悬架系统的控制设计具有挑战性。因此，本文旨在研究基于磁流变阻尼器多项式逆模型的半主动悬架混合H2/H∞鲁棒控制方法，提高悬架系统的控制性能。
2.磁流变阻尼器多项式逆模型
磁流变阻尼器的特性曲线通常可用多项式表示。假设磁流变阻尼器的输出力与电流之间的关系可以用如下多项式表示：
F_d=a0+a1*I+a2*I^2+...+an*I^n
其中，F_d表示磁流变阻尼器的输出力，I表示磁流变阻尼器的电流，a0,a1,...,an表示多项式的系数。通过测量和标定，可以得到磁流变阻尼器的特性系数。
为了实现对磁流变阻尼器力-电流特性曲线的逆跟踪，可以通过多项式系数的逆向计算获得输入电流。根据多项式逆模型，可以实现对磁流变阻尼器特性的补偿，从而提高控制的性能。
3.混合H2/H∞鲁棒控制理论
鲁棒控制是一种对系统参数不确定性和扰动有较好鲁棒性的控制方法，能够提高系统的稳定性和鲁棒性能。H2控制是一种基于最小二乘方法的控制策略，优化控制系统的平均能量。H∞控制是一种基于最大范数方法的控制策略，优化系统的最坏情况下的性能。混合H2/H∞鲁棒控制结合了H2控制和H∞控制的优点，既考虑了系统整体的控制性能，又考虑了系统对不确定性和扰动的鲁棒性。
在半主动悬架系统中，混合H2/H∞鲁棒控制方法可以设计一个性能最优的控制器，既考虑到车身悬架系统对行驶舒适性的要求，又能保证对不确定性和扰动的鲁棒性能。
4.半主动悬架混合H2/H∞鲁棒控制设计
针对半主动悬架系统，基于磁流变阻尼器多项式逆模型和混合H2/H∞鲁棒控制理论，设计一个高性能的控制器。具体步骤如下：
4.1建立半主动悬架系统模型
以车辆的垂直振动和车身加速度为控制目标，建立半主动悬架系统的数学模型，包括车辆的动力学方程和磁流变阻尼器的力-电流特性。
4.2根据磁流变阻尼器多项式逆模型计算输入电流
根据磁流变阻尼器的特性系数，通过多项式逆模型计算输入电流，使得输出力能够跟踪期望的阻尼特性。
4.3设计混合H2/H∞鲁棒控制器
根据半主动悬架系统的模型和鲁棒控制理论，设计一个混合H2/H∞鲁棒控制器，通过优化控制器的参数，实现对悬架系统的优化控制。
4.4进行仿真与实验验证
通过仿真和实验验证，评估所设计的混合H2/H∞鲁棒控制器的性能。对比不同控制方法下的悬架系统动态特性和控制性能，分析混合H2/H∞鲁棒控制方法的优势和适用性。
5.结论
本文基于磁流变阻尼器多项式逆模型和混合H2/H∞鲁棒控制理论，设计了一种高性能的半主动悬架控制器。通过仿真和实验验证，该控制器实现了在不同路况下悬架系统的优化控制，提高了行车舒适性与稳定性。未来的研究可以进一步探讨控制器的参数优化和系统鲁棒性能的分析。
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