Модель Quarter-Car и активное управление подвеской

Простая модель системы активной подвески на четверть автомобиля показана на фигуре 1. Модель «четверть автомобиля» состоит из двух масс, автомобильного шасси с массой и колесной сборки масс. Между массами имеется пружина и демпфер, который моделирует пассивную пружину и амортизатор. Шина между узлом колеса и дорогой моделируется пружиной.

Активная подвеска вводит силу между шасси и узлом колеса и позволяет дизайнеру сбалансировать цели вождения, такие как комфорт пассажиров и обработка дорог с использованием контроллера обратной связи.

Фигура 1: Квартальная модель активной подвески.

Архитектура управления

Модель quarter-car реализована с помощью Simscape. Следующая модель Simulink содержит модель квартала с активной подвеской, динамикой контроллера и привода. Его входами являются нарушение порядка и сила для активной подвески. Его выходами являются отклонение подвески и ускорение корпуса. Контроллер использует эти измерения, чтобы передать сигнал управления приводу, который создает силу для активной подвески.

mdl = 'rct_suspension.slx';
open_system(mdl)

Цели управления

Пример имеет следующие три цели управления:

Номинальные значения коэффициента упругости и демпфера между корпусом и колесным узлом не точны, и из-за недостатков в материалах эти значения могут быть постоянными, но различными. Оцените влияние на управление системой с помощью множества значений параметров.

Моделируйте нарушение порядка магнитудой семь сантиметров и используйте постоянный вес.

Wroad = ss(0.07);

Определите цель замкнутого контура для обработки от нарушения порядка дороги до отклонения подвески как

HandlingTarget = 0.044444 * tf([1/8 1],[1/80 1]);

Определите цель для комфорта от нарушения порядка дороги до ускорения тела.

ComfortTarget = 0.6667 * tf([1/0.45 1],[1/150 1]);

Ограничьте пропускную способность управления весовой функцией от нарушения порядка дороги до управляющего сигнала.

Wact = tf(0.1684*[1 500],[1 50]);

Для получения дополнительной информации о выборе целей с обратной связью и функции веса, смотрите Робастное управление активной подвеской (Robust Control Toolbox).

Настройка контроллера

Чтобы открыть сеанс Control System Tuner для активного управления подвеской, в модели Simulink, Дважды кликните на оранжевый блок. Настроенный блок устанавливается на Контроллер второго порядка, и заданы три цели настройки для достижения полосы пропускания обработки, комфорта и управления, как описано выше. В порядок, чтобы увидеть эффективность настройки, переходные характеристики от нарушения порядка дороги до отклонения подвески, ускорения тела и силы управления нанесены.

Цели обработки, комфорта и управляемой полосы пропускания определяются как пределы усиления HandlingTarget/Wroad, ComfortTarget/Wroad и Wact/Wroad. Все функции усиления разделены на Wroad включить дорожное нарушение порядка.

Разомкнутая система с нулевым контроллером нарушает цель обработки и приводит к высокому колебательному поведению как для отклонения подвески, так и для ускорения тела с длительным временем урегулирования.

Фигура 2: Control System Tuner с Сеансом File.

Чтобы настроить контроллер с помощью Control System Tuner, на вкладке Tuning, нажмите Tune. Как показано фигура, этот проект удовлетворяет целям настройки, и отклики менее колебательны и быстро сходятся к нулю.

Фигура 3: Control System Tuner после настройки.

Настройка контроллером нескольких значений параметров

Теперь попробуйте настроить контроллер на несколько значений параметров. Значение по умолчанию для автомобильного шасси массы составляет 300 кг. Варьируйте массу до 100 кг, 200 кг и 300 кг для различных условий работы.

В порядок изменения этих параметров в Control System Tuner, на вкладке Control System, в разделе Parameter Изменений, выберите Select Parameters to Vary. Определите параметры в открывшемся диалоговом окне.

Фигура 4. Определение изменений параметров.

На вкладке Параметра Изменений нажатия кнопки Управление Параметров. В диалоговом окне Выбрать переменные модели выберите Mb.

Фигура 5: Выберите параметр, который будет отличаться от модели.

Теперь параметр Mb добавляется со значениями по умолчанию в таблице изменений параметров.

Фигура 6: Таблица изменений параметров со значениями по умолчанию.

Чтобы быстро сгенерировать изменения, щелкните Сгенерировать значения (Generate Values). В диалоговом окне Generate Parameter Values задайте значения 100, 200, 300 для Mb, и нажмите Overwrite.

Фигура 7: Сгенерируйте окно значений.

Все значения заполняются таблицей изменений параметров. Чтобы задать изменения параметров в Control System Tuner, нажмите Apply.

Фигура 8: Таблица изменений параметров с обновленными значениями.

Несколько линии появляются на графиках цели настройки и отклика из-за меняющихся параметров. Контроллер, полученный для этих номинальных значений параметров, приводит к нестабильной системе с обратной связью.

Фигура 9: Control System Tuner с несколькими изменениями.

Настройте контроллер, чтобы удовлетворить целям обработки, комфорта и управления полосой пропускания, нажав кнопку Настроить на вкладке Настройка. Алгоритм настройки пытается удовлетворить эти цели для номинальных параметров и для всех изменений параметра. Это сложная задача в отличие от номинального проекта, как показано фигура.

Фигура 10: Control System Tuner с несколькими изменений параметра (Tuned).

Control System Tuner настраивает параметры контроллера для линеаризированной системы управления. Чтобы изучить эффективность настроенных параметров на модели Simulink, обновите контроллер в модели Simulink, нажав Обновить блоки на вкладке Система управления.

Симулируйте модель для каждой из изменений параметра. Затем, используя Данные моделирования Inspector, исследуйте результаты для всех симуляций. Результаты показаны на фигура. Для всего трёх изменений параметра контроллер пытается минимизировать отклонение подвески и ускорение тела с минимальным усилием управления.

Фигура 11: Эффективность контроллера на модели Simulink.