空气悬架自整定模糊PID控制策略研究

作者:赵振秀;耿龙伟;汤沛;林鑫焱; 刊名:汽车实用技术 上传者:唐彬

【摘要】文章针对空气悬架系统,建立1/4汽车空气悬架的数学模型,在Matlab/Simulink仿真系统中建立其物理模型并对其进行仿真研究,以自整定模糊PID控制理论为基础,设计自整定模糊PID控制器,建立空气悬架的自整定模糊PID控制仿真模型,并对其进行仿真研究,结果表明:文章提出的对空气悬架系统施加自整定模糊PID控制可以有效改善悬架的各项性能。

全文阅读

CLCNO.:U463.9DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2017)22-121-03前言空气悬架系统的工作机理是由空气压缩机通过滤清器将干净清洁的空气输入到空气弹簧的气囊,进而调节车身垂直高度和空气弹簧的刚度。随着模糊控制的迅速发展,模糊控制和许多控制方法都有结合。为了更好的改善汽车的综合性能,单一的模糊控制已满足不了要求,需在此基础上相应的改进。本文从模糊控制与PID控制技术相结合的角度以空气悬架为控制对象进行分析和研究[1]。1空气悬架仿真模型的建立本文采用二自由度1/4汽车空气悬架模型[2],悬架模型如图1所示。图1二自由度1/4汽车空气悬架模型空气弹簧会对簧载质量产生一个支撑力Fp表示为:式中:ks-空气弹簧的刚度,cs-悬架的阻尼,xs-簧载质量位移,xt-非簧载质量位移。利用牛顿第二定律可知:根据式(2)建立该模型的理想运动微分方程:式中:ms-簧载质量,mt-非簧载质量,kt-轮胎的径向刚度,xr-路面激励。具体的悬架参数定义如下表1所示:表11/4空气悬架系统参数表1.1路面输入模型本文采用滤波白噪声时域表达式作为路面输入,即:式中:f0-下截止频率,f0=0.1Hz;Gxr(n0)-路面不平度系数;v-车速;w(t)-高斯白噪声。设定车速20m/s,将B、C级路面作为测试路面输入[3]。2自整定模糊PID控制器设计2.1确定模糊控制器结构本文选取车身垂直方向的振动加速度作为评价指标,选取车身垂直方向的振动加速度e和车身垂直方向的振动加速度变化率ec作为控制器的输入量,给定车身垂直方向的振动加速度初始值,通过模糊化、模糊推理、去模糊化、参数修正之后,最终输出为PID控制的三个参数值Kp、Ki、Kd,用于调整电磁阀的开闭程度,使空气悬架的刚度随之发生变化[4]。即:其中,Kp’、Ki’、Kd’-PID参数的初始值,Kp、Ki、Kd-依据实际行驶时的车身垂直方向的e和ec由模糊推理得出的PID参数的自调整量。2.2输入输出变量论域的选取设输入误差的基本论域为[-e,e],输入误差变化率的基本论域为[-ec,ec]。设输入量的模糊论域为[-n,-n+1,…,0,…n-1,n],输入量误差变化率的模糊论域为[-m,-m+1,…0,…m-1,m],论域的选取是输入论域n6,输出论域m=6。本文选取n=m=6。由量化因子调整车身垂直方向的振动加速度误差变化及其变化率的加权程度,量化因子的定义为[5]:综上所述:由被动悬架试验和经验所得,取e的基本论域为[-0.70.7],ec的基本论域为[-55],Kp的基本论域为[-66],Ki的基本论域为[-11],Kd的基本论域为[-100100]。取输入输出的模糊论域均为{-66},输入量化因子Ke=7.8,Kec=1.2,输出比例因子Up=1,Ui=0.167,Ud=16.67。初始值Kp’=1,Ki’=53,Kd’=0.1。2.3模糊变量的隶属度函数本文输入输出模糊子集采用传统的语言变量值NB(负大),NM(负中),NS(负小),Z0(零),PS(正小),PM(正中),PB(正大)作为模糊子集来描述,均采用三角形函数(trimf)。2.4模糊控制规则的建立自整定模糊PID控制规则的建立是该控制系统设计的核心,该控制系统的控制规则如下:(1)当|e|较大时,为了加快响应速度,取较大的Kp;为避免超调,将Ki’取零值或较小值;为防止偏差瞬时变大,取较小的Kd’。(2)当|e|和|ec|适中时,为响应超调较小,Kp取较小,Ki取适中,Kd的取值对系统的影响较大,取值

参考文献

引证文献

问答

我要提问