汽車(chē)主動(dòng)懸架的單神經(jīng)元自適應控制

一、前言
　　汽車(chē)懸架系統對車(chē)輛行駛平順性、乘坐舒適性和操縱穩定性有很大影響。傳統的被動(dòng)懸架只能被動(dòng)地存儲和吸收外界能量,不能主動(dòng)適應車(chē)載質(zhì)量、輪胎剛度等車(chē)輛參數和路面激勵的變化,大大制約了車(chē)輛性能的提高。主動(dòng)懸架克服了傳統被動(dòng)懸架的諸多局限,使懸架系統對不同運行工況具有最大程度的適應能力。
　　由于懸架系統的模型參數往往不確定,路面激勵未知且可變,研究開(kāi)發(fā)出各種自適應控制策略應用于主動(dòng)懸架控制[1>,主要有模型參考自適應控制、自校正控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )自適應控制。文獻[2>提出了以理想天棚阻尼控制為參考模型的自適應控制策略,但在設計中需要選擇一個(gè)合適的Lyapunov函數,這要求有一定的理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗,否則不易獲得較好的自適應規律。文獻[3>、文獻[4>的自校正控制需要首先在線(xiàn)估計模型參數或控制器參數,然后再綜合控制律,是一種依賴(lài)于模型的解析設計方法,且比一般的常規控制器要復雜。文獻[5>采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )間接自適應控制,充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )在非線(xiàn)性處理和自學(xué)習、自適應方面的優(yōu)勢,但基于多層結構的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )結構相對復雜,又因采用了S型作用函數而計算量較大,在線(xiàn)調節權重用時(shí)較長(cháng),不宜于實(shí)時(shí)在線(xiàn)控制。
　　文獻[6>提出了一種基于單個(gè)自適應神經(jīng)元的非模型直接控制方法。它的顯著(zhù)特點(diǎn)是無(wú)需進(jìn)行系統建模,充分利用神經(jīng)元的關(guān)聯(lián)搜索和學(xué)習能力來(lái)實(shí)現控制目的。該控制器結構非常簡(jiǎn)單,運算量小,實(shí)時(shí)性好,控制品質(zhì)優(yōu),對模型參數的變化和外界擾動(dòng)具有較強的適應性和魯棒性。自適應神經(jīng)元控制已被成功應用于電力系統、汽車(chē)防抱制動(dòng)系統、醫療藥品注射系統等[7-9>。作者針對汽車(chē)主動(dòng)懸架,設計一個(gè)自適應神經(jīng)元控制器,研究系統在隨機路面激勵下的減振效果,同時(shí)考察控制器在變參數條件下的魯棒性。
　　二、主動(dòng)懸架系統的動(dòng)力學(xué)模型
　　選取二自由度1/4主動(dòng)懸架為研究對象,如圖1所示。動(dòng)力學(xué)方程為

　　式中ms為車(chē)身質(zhì)量,mt為簧下質(zhì)量,ks為懸架彈簧剛度,b為懸架阻尼系數,kt為輪胎剛度,u為懸架系統的主動(dòng)控制力,q、xs、xt分別為路面垂向輸入位移、車(chē)身位移和簧下質(zhì)量位移。