精確線性化

2023-02-03 02:12:04 字數 1145 閱讀 9507

對於整車車身高度跟蹤系統,基於三點測量策略,提出兩種高度切換控制方案,一種為整車耦合系統的車身高度跟蹤,也就是在整車模型的多輸入多輸出系統;另一種方案是,針對課題這類中大型客車,軸距和輪距均較大,各控制點之間的相關性較小,提出三點測量獨立系統的變結構控制,考慮到高度跟蹤過程中的車身姿態穩定性,在各點獨立控制的基礎上,增加俯仰姿態和側傾姿態的穩定控制器來協調各獨立系統控制的時序或者修正控制量大小,簡化了控制演算法,便於實現。

對於三點測量獨立系統的控制,每個點都是單輸入單輸出的非線性系統,其線性化的方法和步驟均類似,這裡將三個獨立系統統一成1/4車身高度跟蹤模型(只是模型引數不同),在不考慮道路干擾情況下,根據第二章建立的數學模型(2.21)及精確線性化理論,設車身高度跟蹤系統的狀態變數,則式(2.21)變為

即閉環系統中,有

因為,,,,根據相對階的定義知道系統的相對階為3,即均滿足輸入-狀態線性化和輸入-輸出線性化的條件[97],使成立。那麼就可以通過非奇異座標變換

而相應的輸入變換

其中,,

通過上述變換最終得到在新座標系下的一組線性微分方程為

從而完成了系統的精確線性化,在變換後方程基礎上就可以引入合適的演算法設計控制器。

而對於三點測量的車身高度跟蹤耦合系統,其為多輸入多輸出的非線性的系統,在第二章建立了整車車身高度跟蹤模型(4點測量)基礎上,不考慮外界干擾時,通過確定的控制方案將前懸兩組空氣彈簧合併成乙個獨立系統(控制時兩組空氣彈簧系統連通),則三點測量的ecas車身高度調節模型為

其中,,。

以上可知,車身高度跟蹤非線性模型為多輸入多輸出系統(系統的輸入個數和輸出個數相同)。同樣地,設三點測量車身高度跟蹤系統的狀態變數,則

其中,,,

即閉環系統中,有

將單輸入單輸出系統的正則型推廣到多變數系統,具體參考文獻[97][98]。那麼,因為,,,其中,則非線性系統相對階,即,滿足線性化的充要條件。那麼就可以通過非奇異座標變換

其中、、推導內容見附錄a.1。

經線性化座標變換[99]後,得

由式(3.40)得到的falb-wolovich矩陣(解耦矩陣)為

其中部分內容見附錄a.2

其中部分內容見附錄a.3。

則系統的解耦反饋控制可表示為

通過以上線性化後,可引入合適的控制演算法進行車身高度控制系統的設計。結合ecas系統特性及控制要求,本文採用變結構控制演算法。

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