基于萤火虫LQG控制算法的半主动悬架研究

悬架作为影响车辆平顺性与操作稳定性的重要部件,一直是汽车领域的研究热点。其中半主动悬架以其能耗低、调节方便等优点而得到了越来越广泛的应用,如何进一步改善与提高半主动悬架系统的性能已经成为现代汽车研究领域的重要课题之一。改善悬架性能的研究一般从两个角度考虑:其一是通过改变悬架的机械结构,来达到提高悬架性能的目的;另一个是为悬架系统设计良好的控制方法,提高系统的鲁棒性,使车辆能够在各类复杂路面上行驶时均能满足使用要求。因此,本文以一种新型的半主动悬架结构为研究对象,在考虑能量回馈系统的同时,基于萤火虫LQG控制算法对悬架系统的控制性能进行研究。本文主要工作内容如下:(1)提出了一种阻尼可调且具有能量回馈功能的新型阻尼器结构方案,并利用SolidWorks软件对阻尼器进行了三维建模。建立了阻尼器数学模型以及能量回馈模型,从理论上说明了新的阻尼器结构在阻尼可调以及能量回收的可行性,为后续车辆悬架的仿真与性能评估奠定基础。(2)在考虑了路面等级以及车辆行驶速度的基础上建立了路面信号数学模型。分别依据半车半主动悬架的力学模型以及状态空间表达式在Matlab/Simulink软件中建立了悬架的仿真模型,对悬架的馈能特性进行了分析,设计了线性二次高斯(LQG)控制器并进行了仿真实验,通过与PID控制以及模糊控制过程的对比,验证了 LQG控制算法的优越性。(3)在对萤火虫优化(GSO)算法研究的基础上,针对传统GSO算法的不足,提出了混沌初始化、步长可变以及增加交叉、变异操作的改进措施,并对经典测试函数进行了仿真实验。结果表明,改进后的GSO算法在寻优效率与精度上均有一定程度的提高,特别是在多参数优化问题上优势明显。(4)根据整车悬架状态空间表达式建立了悬架系统仿真模型,将GSO算法引入到对LQG控制器内的各参数整定过程中,通过GSO算法程序与整车悬架系统仿真模型的数据交互,设计了 GSO-LQG控制算法。并将GSO-LQG算法控制的半主动悬架与PSO-LQG算法控制的半主动悬架及被动悬架进行对比仿真实验。结果表明,GSO-LQG控制算法对整车悬架系统性能的提升明显。