Введение 3
Обзор литературы 5
Глава 1. Содержательная постановка задачи 8
1.1. Математическая модель подвески 8
1.2. Постановка задачи управления 12
Глава 2. Синтез законов управления для активной подвески автомобиля 16
2.1. Построение асимптотического наблюдателя 16
2.2. Построение LQR–регулятора 17
2.3. Построение П– и ПД–регуляторов 18
Глава 3. Имитационное моделирование в среде MATLAB/Simulink 20
3.1. Модель подвески автомобиля 20
3.2. Анализ результатов моделирования 25
Заключение 34
Выводы 35
Список использованных источников 36
Приложение 37
В последние годы тенденции на автомобильном рынке привели к росту исследований в области разработки автоматических систем управления подвеской транспортных средств. Система автомобильной подвески, как правило, состоит из пружин и амортизаторов, которые необходимы для обеспечения комфорта, хорошей управляемости и безопасности при вождении. Качественно настроенная подвеска позволяет снизить колебания, которые передаются кузову автомобиля, при этом сохраняя устойчивость на неровной поверхности дороги, а также при поворотах и торможении.
С точки зрения подходов к управлению системы подвески можно разделить на три типа: пассивные, полуактивные и активные.
Пассивная система подвески состоит из пружины и амортизатора с заранее заданными характеристиками. Настроенная таким образом подвеска, очевидно, не позволяет достигнуть наилучших результатов для всех возможных вариантов эксплуатации автомобиля. При движении по ровной поверхности дороги целесообразнее использовать безопасную и маневренную жесткую подвеску, а на дорогах с неровностями – комфортную мягкую.
Полуактивная система подвески использует управляемый амортизатор, который автоматически меняет уровень демпфирования в соответствии с алгоритмом управления. Для формирования управляющего сигнала используется сенсор, измеряющий профиль дороги.
В активной системе подвески используется электрический привод, установленный в дополнении к пружинам и амортизатору. Активная подвеска может поглощать или добавлять энергию в систему для повышения комфорта и устойчивости, используя алгоритм управления. Такая подвеска является системой с замкнутым контуром, поскольку привод регулирует динамику автомобиля в соответствии с профилем дороги.
В данной работе рассматривается активная модель подвески автомобиля с электрическим приводом. Динамика подвески меняется в зависимости от работы привода в соответствии с заданным алгоритмом управления. Цель управления –демпфирование возникающих колебаний, а следовательно улучшение комфорта пассажиров и устойчивости автомобиля. Синтез регуляторов производится с использованием известных алгоритмов из теории управления. Моделирование осуществляется в системе MATLAB/Simulink, после чего сравниваются результаты работы алгоритмов управления.
В результате работы была рассмотрена модель подвески автомобиля в двух вариантах: пассивная и активная. Для линеаризованной системы был построен асимптотический наблюдатель Люинбергера, с помощью которого получено приближение полного вектора состояния модели.
Для активной системы подвески были предложены три регулятора: П, ПД и LQR. Целью их синтеза было демпфирование динамических показателей кузова: вертикальной скорости, угловых скоростей крена и тангажа.
Подвеска была смоделирована с использованием программы прикладного пакета MATLAB/Simulink. Результаты моделирования показали эффективность используемых законов управления, позволив лучше демпфировать колебания по сравнению с пассивной системой. При этом законы управления сравнивались между собой и были сделаны следующие выводы относительно работы регуляторов: пропорциональный улучшил демпфирование угловых скоростей тангажа и крена, но значительно увеличилось перерегулирование по компоненте вертикальной скорости; пропорционально-дифференциальный уменьшил перерегулирование по всем наблюдаем компонентам вектора состояния, но при этом имел наибольшее время переходного процесса; LQRпоказал меньшее время переходного процесса, по сравнению с ПД, хотя и имел немного большее перерегулирование по вертикальной скорости и угловой скорости крена.
