汽车悬挂系统matlab,基于Matlab的车辆主动悬挂控制研究

高速及舒适性是当今世界铁路发展的主流。传统的被动悬架各个参数一经设计好后就无法改变,无法主动去适应变化的外部条件,随着车辆运行速度的进一步提高,传统的被动悬挂方式越来越难于满足车辆动力学性能的要求,在高速运行时采用主动悬挂方式成为铁路车辆悬挂系统发展的必然趋势。国内外许多学者对主动悬挂系统进行了研究。本文建立了一个具有六自由度的客车横向振动力学模型及动力学运动方程,运用线性二次型最优控制方法,用MATLAB软件编写程序并计算出最优反馈矩阵K,并用Simulink进行了仿真计算及分析。结果表明采用主动悬挂技术可以有效改善车辆的横向振动性能。1整车力学模型图1客车横向振动力学模型(主视图)(图中代表阻尼及弹簧,代表作动器)图1为一个具有六自由度的客车横向振动力学模型,六个自由度分别是车辆的横移、摇头;两转向架的横移和摇头及四个轮对的横移。车辆在直线上运行时的振动响应,包括垂向振动和横向振动,这种响应主要是由于轨道不平顺的随机激励而引起的。对于横向振动而言,轮对同时受到方向不平顺和水平不平顺的激励。下面我们建立该模型的运动微分方程:车体的横移:(1)车体的摇头:(2)构架1的横移与摇头:(3)(4)构架2的横移与摇头:(5)(6)四个轮对的横移:(7)(8)(9)(10)式中:M,m,Mw分别表示车体、转向架及轮对的质量;J,J1,J2分别表示表示车体及两个转向架对Y轴的转动惯量;y表示车体横向位移;y1,y2分别表示两转向架的横向位移;yw1,yw2,yw3,yw4分别表示四个轮对的横向位移;表示车体摇头;1,2分别表示两转向架的摇头;k1y表示一系横向刚度;k2y表示二系横向刚度;kgy表示轮对重力刚度;c1表示一系横向阻尼;c2表示二系横向阻尼;f22表示横向蠕滑系数;L表示车体质心至二系横向悬挂之间的纵向间距;L1表示轮对的中心距之半;u1,u2分别表示作动器的输出力。2优化求解对于上文所建立的客车横向振动力学模型,我们采用线性二次型最优控制方法进行优化求解。图2为车辆横向振动系统的控制框图。图2车辆横向振动系统的控制框图系统的状态方程为:x"=Ax+Bu(11)输出方程为:y=Cx(12)方程中:A"R20R20,B"R2R2。y=[y!]T;C"R2R2。第7期杨小刚:基于Matlab的车辆主动悬挂控制研究-33-优化指标就是找一个最优控制使下面的二次型性能指标最小:(13)其中Q,R为正定常数矩阵。式中积分号中第一项表示状态变量的过渡过程最快,但仅有这一项是不够的,积分号中的第二项是对能量的限制。此式的物理意义是,在消耗一定能量(由矩阵R约束)的前提下,使系统状态变量x的各分按权Q的速率迅速趋于零。取控制规律u(t)=-Ky=-KCx(14)式中,K为反馈增益:K=R-1BTP(15)其中P为正定常数矩阵,满足Raccati方程;PA+ATP-PBR-1BTP+Q=0(16)以上各式中:Q!R20R20,R!R2R2,P!R20R20,K!R2R20。为了获得最好的控制效果,需要选择合适的反馈矩阵K。进行多次计算,并调用MATLAB的LQB函数求得相应的反馈矩阵K。多次仿真计算后,通过比较选择效果最佳的一组参数。LQR函数的调用格式为:[K,P,e]=lq(rA,B,Q,R,N);其中:N=0,加权矩阵Q,R经多次代入仿真程序,通过比较分析仿真结果,最后确定为:Q=Qe0812012801212!";R=1000010!"0;Qe=diag[1051050000109109]仿真模型中采用二系横向全主动悬挂的方式是在二系横向悬挂位置安装作

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