半主動(dòng)懸架神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制研究

1、 360元 /年 技 術(shù) 創(chuàng) 新控 制 系 統(tǒng)PLC 技術(shù)應(yīng)用 200例半主動(dòng)懸架神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制研究Neural-network Adaptive Control for Vehicle Sem i-active Suspension(華東交通大學(xué) 洪家娣趙開(kāi)林HONG JIADI ZHAO KAILIN摘要 :本文針對(duì)半主動(dòng)空氣懸架這種時(shí)變的、 非線(xiàn)性復(fù)雜系統(tǒng) , 提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)控制策略 , 設(shè)計(jì)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí) 器和控制器。通過(guò)仿真計(jì)算和分析驗(yàn)證了其可行性和有效性。 關(guān)鍵詞 :半主動(dòng)懸架 ; 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ; 自適應(yīng)控制中圖分類(lèi)號(hào) :TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A Abstract:G

2、iven the time -variation parameters and the non -linearities in time varying semi -active suspension system , the adaptivecontrol strategy based on neural networks is put forward and the neural identifier and controller are designed.Simulations and experi-ments illustrate the correctness and effecti

3、veness of the proposed method.Key words:semi-active suspension, neural-network, self-adaptive controller文章編號(hào) :1008-0570(200801-1-0045-021引言懸架是汽車(chē)底盤(pán)的重要總成之一 , 它對(duì)車(chē)輛的平順性、 操穩(wěn) 性等多種使用性能都有很大的影響。半主動(dòng)懸架具有自振頻率 低、 彈簧剛度可調(diào)、 振動(dòng)及噪聲小、 車(chē)身高度可調(diào)、 使用壽命長(zhǎng)等 優(yōu)點(diǎn) , 因此具有廣泛的應(yīng)用前景。其原理是通過(guò)調(diào)節(jié)懸架阻尼 量的多少來(lái)控制懸架剛度和車(chē)身高度。由于懸架彈簧具有非線(xiàn) 性特性、 較大的時(shí)間滯

4、后以及車(chē)輛數(shù)學(xué)模型某些參數(shù)的不確定 性等特點(diǎn) , 本文采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制結(jié)構(gòu)對(duì) 1/4懸架系統(tǒng) 進(jìn)行了仿真分析。圖 1自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)Fig.1Tunable fuzzy logic control system圖 1為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制結(jié)構(gòu)。 圖中有兩個(gè)子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) , 其中一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) NNI 用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)辯識(shí) ; 另一個(gè)具有 控制作用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) NNC, 通過(guò)對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)的權(quán)系數(shù)進(jìn)行在線(xiàn) 調(diào)整 , 控制器經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí) , 對(duì)懸架系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)控制 , 使系統(tǒng)輸出 逐漸向期望值逼近。2兩自由度 1/4汽車(chē)模型由于懸架系統(tǒng)這一被控對(duì)象的復(fù)雜性 , 在建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 模型時(shí) , 就需要在模

5、型的簡(jiǎn)化和精確度之間進(jìn)行折衷。論文研 究的是對(duì)車(chē)輛垂直方向的振動(dòng)進(jìn)行減振 , 不考慮車(chē)輛的橫向振 動(dòng)和前后俯仰振動(dòng) , 為了簡(jiǎn)化研究對(duì)象 , 突出問(wèn)題本質(zhì) , 采用 I /4車(chē)輛兩自由度模型。圖 2兩自由度 1/4車(chē)輛模型 Fig.22-DOF mode of vehiclem u -非簧載質(zhì)量 , m s -簧載質(zhì)量 , k t -輪胎剛度 , k s -懸架靜剛 度 , c 0-阻尼器阻尼系數(shù) , x 0-路面激勵(lì)位移 , x 1-非簧載質(zhì)量位移 , x 2-簧載質(zhì)量位移根據(jù)牛頓第二定律 , 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程為這里 , 將半主動(dòng)懸架中的可調(diào)阻尼器看作由常規(guī)阻尼器 (阻 尼力為 和變化阻尼器 (

6、阻尼力為可控力 u 兩部分組 成 , 即總阻尼力為 :控制力 u 在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化 , 其數(shù)值大小由可調(diào)阻尼 器的結(jié)構(gòu)參數(shù)所確定。取狀態(tài)向量 :洪家娣 :教授基金項(xiàng)目 :江西省自然科學(xué)基金 (0412029 45-技 術(shù) 創(chuàng) 新中文核心期刊 微計(jì)算機(jī)信息 (測(cè)控自動(dòng)化 2008年第 24卷第 1-1期360元 /200例控 制 系 統(tǒng)令 , 即認(rèn)為路面輸入為一白噪聲。人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)主要以加速度評(píng)價(jià) , 故將懸掛質(zhì)量加速 度 作為輸出變量 , 其輸出方程為 :y=CX+Du式中 ,3仿真計(jì)算3.1懸架仿真參數(shù)本節(jié)根據(jù)半主動(dòng)懸架系統(tǒng)模型和控制系統(tǒng)模型 , 利用 Mat-lab+simulin

7、k 進(jìn)行仿真研究。設(shè)汽車(chē)以 v=20m/s 駛過(guò) B 級(jí)路面 , 以白噪聲作為路面速度 白噪聲輸入 , 來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。圖 3路面速度白噪聲信號(hào) Fig.3the white noise of road velocity從理論上講 , 采樣頻率只要大于 160Hz 就可以滿(mǎn)足條 件 , 但是我們還要考慮到計(jì)算機(jī)的處理時(shí)間 , 因此我們選取 采樣頻率為 200Hz, 那么 CPU 的處理時(shí)間就可以達(dá)到 5毫 秒 , 足以使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成全部的相關(guān)計(jì)算 , 因此本文的采樣 時(shí)間選定為 0.005s 。本文采用的車(chē)型為某種貨車(chē) , 各參數(shù)如下表所示 :表 1半主動(dòng)懸架模型主要參數(shù)Tab.1Mai

8、n parameters of semi-active suspension 3.2懸架仿真結(jié)果車(chē)身加速度、 懸架動(dòng)撓度、 輪胎動(dòng)載荷的仿真結(jié)果如下 :圖 4車(chē)身加速度對(duì)比圖Fig.4the constrastive diagram of acceleration圖 5速度對(duì)比圖Fig.5the constrastive diagram of velocity圖 6懸架變形量對(duì)比圖Fig.6the constrastive diagram of displace4結(jié)論從仿真結(jié)果可以清楚地看出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制半主動(dòng) 懸架仿真獲得的加速度、 速度、 懸架動(dòng)撓度性能指標(biāo)都要優(yōu) 于被動(dòng)懸架。(1 采

9、用非線(xiàn)性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法 , 可以較好地解決 半主動(dòng)懸掛的控制問(wèn)題。(2 采用半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的減振性能明顯優(yōu)于被動(dòng)懸掛系統(tǒng)。 (3 本文采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)模型是正確的。本文作者創(chuàng)新點(diǎn) :提出了一種自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu) , 在 保證安全性的同時(shí) , 能大幅度地減小車(chē)身的加速度和懸架變形 量 , 滿(mǎn)足了人們對(duì)舒適性的要求。 參考文獻(xiàn) :1戴喚云 . 車(chē)輛主動(dòng)控制的魯棒控制 D. 博士學(xué)位論文 . 成都 :西 南交通大學(xué) , 1995.1:1-l8. (下轉(zhuǎn)第頁(yè) 69- 360元 /年 技 術(shù) 創(chuàng) 新數(shù) 采 與 監(jiān) 測(cè)PLC 技術(shù)應(yīng)用 200例拓展該技術(shù)的實(shí)用范圍 , 此外多種氣體同時(shí)在線(xiàn)

10、監(jiān)測(cè)也是本課 題研究與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的不同之處。 而采用 SOPC 技術(shù) , 以 FPGA 為 核心搭建硬件平臺(tái)對(duì)儀器小型化 , 集成化提供便利 , 其穩(wěn)定性 , 可靠性得以提高 , 并能通過(guò)改變硬線(xiàn)結(jié)構(gòu)方便設(shè)備的升級(jí)或采 用新的算法技術(shù)。 參考文獻(xiàn) :1洪喜 ; 續(xù)志軍 ; 樸仁官 . 基于 DSP 的近紅外光譜分析儀 J微 計(jì)算機(jī)信息 , 2006,35,040.2萬(wàn)峰 , 范世福 Hamamatsu 圖像傳感器及其在紫外可見(jiàn)光譜測(cè) 量中的應(yīng)用 J分析儀器 2006年第 1期3NMOS linear image sensor S3922/S3923_series. HamamatsuInc,20

11、01作者簡(jiǎn)介 :葉敦范 , 女 , 1956年 9月 , 漢 , 本科 , 教授 , 研究方向?yàn)?:電子測(cè)量與控制 ; 袁常聰 , 男 , 1982, 籍貫 :浙江省寧波市 , 碩士在 讀 , 研究方向?yàn)?:數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì) ; 李虹杰 , 男 , 高級(jí)工程師 , 研究 方向?yàn)?:精密儀器 .Biography:YE dun -fan (1956-,Gender (han ethnic,Province (Hubei,Working company (China University of Geosciences,Ti-tle(professor,Major (electronic informa

12、tion enginering, Research area(electronic measurements and control .(430074湖北武漢 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院 葉敦范 袁常聰 (430223湖北武漢 天虹儀表企業(yè)集團(tuán) 李虹杰(College of mechanical&electronic engineering,China Univer-sity of Geosciences 430074,wuhan, ChinaYe dun-fan Yuan chang-cong(wuhan Tianhong Intelligence Instrument Plant 43

13、0223, wuhan, China Li hong-jie通訊地址 :(430074湖北武漢 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院 葉敦范(上接第 46頁(yè) 2肖寒松 . 汽車(chē)半主動(dòng)懸架的自適應(yīng)控制研究 . 學(xué)位論文 . 安徽 :安徽工學(xué)院 , 1996.3余志生 . 汽車(chē)?yán)碚?. 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 1990.4王輝 , 朱思紅 . 半主動(dòng)空氣懸架神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)控制 . 農(nóng)業(yè) 機(jī)械學(xué)報(bào) , 2006.5Sang YM.Wook HK.Genetic based fuzzy control for half -car active suspensions systems.Int J Systems

14、 Science, l998,29(7:699-710.6丁芳 , 李艷芳 , 費(fèi)玉龍 . 智能 PID 算法在液位控制系統(tǒng)中的應(yīng) 用 J微計(jì)算機(jī)信息 , 2006, 6-1.7蔣宗禮 . 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)論 . 北京 :高等教育出版社 .2001年 8月 :131-177.作者簡(jiǎn)介 :洪家娣 (1948 , 女 (漢族 , 上海市人 , 華東交通大學(xué)機(jī) 電工程學(xué)院教授 , 主要從事機(jī)械控制及教學(xué)科研工作 ; 趙開(kāi)林 (1979 , 男 (漢族 , 陜西漢中人 , 研究生 , 研究方向?yàn)闄C(jī)械電子 工程 , 現(xiàn)為華東交通大學(xué)助教。Biography:Hong JiaDi (1948 ,Female

15、(Han,Shanghai,Professer of east china jiaotong university,Main research aspects are mechnical control and teaching;Zhao KaiLin (1979 , Male, , graduate student, assistant,Research Field:mechnical electronic 。 (330013江西南昌 華東交通大學(xué)急電工程學(xué)院 洪家娣 趙開(kāi)林 通訊地址 :(330013江西南昌華東交通大學(xué) 15#信箱 趙開(kāi)林(上接第 16頁(yè) 3王紀(jì)俊 , 劉賢興 , 王德明

16、 , 王麗敏等 , 神經(jīng)元控制器在感應(yīng)電機(jī) 矢量控制中的應(yīng)用 J, 江蘇大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ,2003年 3月 第 24卷第 2期。4章恒 , 朱紀(jì)洪 , 蔣志宏 . 雙通道伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J微計(jì)算機(jī)信息 , 2007, 2-1:110-111作者簡(jiǎn)介 :周川 , 男 , 黑龍江省佳木斯市人 , 漢族 , 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) (武漢 機(jī)械電子工程學(xué)院碩士研究生 , 研究方向 :控制理論與 控制工程。Biography:Zhou Chuan (1979.02-, Male, Born in Heilongjiang Jiamusi,Han Nationality,China University

17、 Of Geosciences,Master, Control theory and control engineering(430074湖北武漢 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院 周川 通 訊 地 址 :(430077湖 北 省 湖 北 省 武 漢 市 中 國(guó) 地 質(zhì) 大 學(xué) 1200714信箱 周川踏破鐵鞋無(wú)覓處 得來(lái)全不費(fèi)功夫20余萬(wàn) 嵌 入 式 系 統(tǒng) 的 研 發(fā) 人 員 , 盼 望 已 久 的 嵌 入 式系統(tǒng)應(yīng)用精選 200例 一書(shū) , 已經(jīng)面世了 , 他含蓋了數(shù) 碼相機(jī)、 洗衣機(jī)、 電話(huà)交換機(jī)、 精密儀器、 智能儀表、 機(jī)器 人應(yīng)用、 三表自動(dòng)抄、 變頻器應(yīng) 用 、 電 梯 應(yīng) 用 、 數(shù) 控 機(jī) 床 應(yīng) 用 、 電 力 機(jī) 車(chē) 應(yīng) 用 、 變 電 站 綜 合 自 動(dòng) 化 應(yīng) 用 、 造 紙 應(yīng) 用、 水泥生產(chǎn)應(yīng)用、 啤酒生產(chǎn)應(yīng)用 , 各種自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程 監(jiān)控應(yīng)用和 I 2C 總線(xiàn)應(yīng)用、 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、 多媒體應(yīng)用、 通 信