基于單輪車(chē)輛懸架的Fuzzy-PID控制器設計和仿真

摘要：研究車(chē)輛主動(dòng)空氣懸架的控制問(wèn)題，在車(chē)輛主動(dòng)空氣懸的常規PID控制器的基礎上，運用模糊推理對常規PID控削器進(jìn)行參數在線(xiàn)修訂，設計了基于單輪車(chē)輛主動(dòng)空氣懸架的Fuzzy-PID控制器，并對Fuzzy-PID控制的單輪車(chē)輛主動(dòng)空氣懸架進(jìn)行Matlab建模和仿真試驗。仿真結果表明，與車(chē)輛被動(dòng)空氣懸架、常規PID控制的車(chē)輛主動(dòng)空氣懸架相比，Fuzzy-PID控制的車(chē)輛主動(dòng)空氣懸架可大大降低車(chē)身加速度和懸架動(dòng)行程，提高車(chē)輛乘坐舒適性和操縱穩定性，具有良好的魯棒性，從而驗證了Fuzzy-PID控制器的有效性和實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：車(chē)輛工程；汽車(chē)行駛平版性；模糊控制；Fuzzy-PID控制器；主動(dòng)懸架

隨著(zhù)高速公路的日益發(fā)展，人們對汽車(chē)高速行駛時(shí)平順性和安全性的要求越來(lái)越高。良好的車(chē)輛懸架系統可以有效地降低由于路面不規則激勵造成過(guò)大車(chē)體加速度，使車(chē)輛具有良好的行駛平順性和安全性。自主動(dòng)懸架的概念提出以來(lái)，人們已經(jīng)探求用各種控制理論算法設計主動(dòng)懸架控制器。研究其在提高設計主動(dòng)懸架中的應用效果。
模糊邏輯基于人類(lèi)模糊思維這一抽象機理，它強調的重點(diǎn)是應用的簡(jiǎn)單和方便。自20世紀60年代，模糊數學(xué)的建立為模糊推理系統尤其是模糊控制系統的應用奠定了理論基礎。目前，模糊推理系統已成功應用于自動(dòng)控制、數據分類(lèi)、決策分析、專(zhuān)家系統以及計算機視覺(jué)系統之中。
本文研究車(chē)輛主動(dòng)空氣懸架的控制問(wèn)題，在車(chē)輛主動(dòng)空氣懸的常規PID控制器的基礎上，運用模糊推理對常規PID控制器進(jìn)行參數在線(xiàn)修訂，控制策略融合了PID控制和模糊控制的優(yōu)點(diǎn)，設計了基于單輪車(chē)輛主動(dòng)空氣懸架的Fuzzy—PID控制器，并對Fuzzy—PID控制的單輪車(chē)輛主動(dòng)空氣懸架進(jìn)行Matlab建模和仿真試驗。仿真結果表明，與車(chē)輛被動(dòng)空氣懸架、常規PID控制的車(chē)輛主動(dòng)空氣懸架相比，Fuzzy—PID控制的車(chē)輛主動(dòng)空氣懸架可大大降低車(chē)身加速度和懸架動(dòng)行程，提高車(chē)輛乘坐舒適性和操縱穩定性，具有良好的魯棒性，從而驗證了Fuzzy—PID控制器的有效性和實(shí)用性。

1 單輪車(chē)輛主動(dòng)懸架和路面激勵
設計車(chē)輛懸架系統時(shí)，可把單輪車(chē)輛主動(dòng)懸架模型(即單輪車(chē)輛模型)簡(jiǎn)化成一個(gè)彈簧-阻尼系統，該系統的力學(xué)模型如圖1所示。

單輪車(chē)輛主動(dòng)懸架的數學(xué)模型為：

式中，m1為車(chē)身質(zhì)量，m2為懸架質(zhì)量，x1為車(chē)身垂直位移，X2為懸架垂直位移，U為路面激勵，k1和k2為彈簧胡克系數，b1和b2為阻尼系數。
路面不平度隨機激勵為：

式(3)中：no為參考空間頻率，Gq(no)為參考空間頻率下的路面功率譜密度，w(t)為白噪聲。