针对车辆主动悬架系统的线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)在设定权重系数矩阵Q和R时具有主观性、效率低的缺点,提出一种基于蛇算法(snake optimizer,SO)优化LQR控制器权重系数矩阵的策略。通过对1/4车辆主动悬架系统...针对车辆主动悬架系统的线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)在设定权重系数矩阵Q和R时具有主观性、效率低的缺点,提出一种基于蛇算法(snake optimizer,SO)优化LQR控制器权重系数矩阵的策略。通过对1/4车辆主动悬架系统的动力学分析,设计了LQR控制器;将主动悬架与被动悬架各性能指标的积分比值进行加权求和构建了目标函数L;模仿蛇群生活习性的SO算法在搜索空间中求解出了函数L的最小值和LQR控制器的最优权重系数矩阵。为验证该策略的有效性,分别以C级路面、正弦冲击路面为激励,对车身加速度(sprung mass acceleration,SMA)、轮胎动载荷(dynamic tyre load,DTL)、悬架动行程(suspension working space,SWS)3个方面将SO优化LQR控制的主动悬架与被动悬架、传统LQR控制的主动悬架、遗传算法优化LQR控制的主动悬架、粒子群算法优化LQR控制的主动悬架进行了仿真对比。结果表明:SO优化LQR控制的主动悬架可在C级路面上分别对SMA、DTL、SWS的均方根优化达59.47%、37.89%、42.12%;在正弦冲击路面上稳定时间为1.4 s,分别对SMA、DTL、SWS的超调优化达79.21%、59.22%、16.33%,提升了车辆的行驶平顺性、路面附着性和操作安全性。展开更多
文摘针对超高速低真空管道电动悬浮列车1000 km/h运行场景下边界条件复杂多变、轨道激励频率分布随速度显著变化等问题,基于某型超导电动悬浮方案建立15自由度横垂耦合动力学计算模型,并搭建具备垂向试验能力的缩比整车振动试验台。基于上述工作进行控制器设计、参数优化、仿真验证以及缩比试验验证等一系列研究。首先,面向减小车体振动加速度的目标,结合列车簧上与簧下质量之比较小、磁轨接触关系复杂的动力学参数特性,分别建立包含天棚控制器和PID(proportional-integral-derivative)控制器的整车动力学模型;随后,以车体观测点处垂向与横向振动加速度rms(root mean square)值为2个目标函数,利用NSGA-II遗传算法对控制器进行多目标参数优化;依据上述优化结果,在直线运行工况对车辆主动控制效果进行时域仿真对比验证;最后,利用缩比整车振动试验台在垂向验证PID控制与天棚控制2种方法的控制效果。研究发现,当前超高速低真空电动悬浮被动悬挂方案无法满足车辆全速域稳定运行要求,在大部分速度下存在平稳性指标超标的情况,提出利用主动控制的方法提升车辆悬挂系统适应性,改善车辆运行平稳性。仿真与试验结果表明,在合理配置悬挂参数的情况下,使用天棚控制与PID控制均能够有效提升车辆0~1000 km/h运行速域下的平稳性指标,多数情况下天棚控制效果优于PID控制效果。
文摘针对车辆主动悬架系统的线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)在设定权重系数矩阵Q和R时具有主观性、效率低的缺点,提出一种基于蛇算法(snake optimizer,SO)优化LQR控制器权重系数矩阵的策略。通过对1/4车辆主动悬架系统的动力学分析,设计了LQR控制器;将主动悬架与被动悬架各性能指标的积分比值进行加权求和构建了目标函数L;模仿蛇群生活习性的SO算法在搜索空间中求解出了函数L的最小值和LQR控制器的最优权重系数矩阵。为验证该策略的有效性,分别以C级路面、正弦冲击路面为激励,对车身加速度(sprung mass acceleration,SMA)、轮胎动载荷(dynamic tyre load,DTL)、悬架动行程(suspension working space,SWS)3个方面将SO优化LQR控制的主动悬架与被动悬架、传统LQR控制的主动悬架、遗传算法优化LQR控制的主动悬架、粒子群算法优化LQR控制的主动悬架进行了仿真对比。结果表明:SO优化LQR控制的主动悬架可在C级路面上分别对SMA、DTL、SWS的均方根优化达59.47%、37.89%、42.12%;在正弦冲击路面上稳定时间为1.4 s,分别对SMA、DTL、SWS的超调优化达79.21%、59.22%、16.33%,提升了车辆的行驶平顺性、路面附着性和操作安全性。
