СИНТЕЗ СИНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РАЗРЫВНОГО УПРАВЛЕНИЯ АКТИВНОЙ ПОДВЕСКОЙ АВТОМОБИЛЯ

  • А. С. Синицын АО «Научно-конструкторское бюро вычислительных систем» (АО НКБ ВС)
Ключевые слова: Управляемая подвеска, нелинейное управление, адаптация, синергетическая теория управления, разрывное управление

Аннотация

Рассматривается проблема проектирования активных систем подвески транспортных
средств, в которых исполнительный механизм (ИМ) не является идеальным и подвержен влия-
нию гистерезиса и мертвой зоны. Целью данной работы является синтез системы управления,
позволяющей уменьшить влияние гистерезиса и мертвой зоны на эффективность работы сис-
темы адаптивной подвески. Параметры системы подобные гистерезису требуют значитель-
ных усилий для их идентификации и более того могут в широких пределах изменяться на про-
тяжении жизненного цикла системы. Таким образом учесть гистерезис при синтезе системы
управления является весьма трудной задачей, равно как и построение наблюдателей. Решением
данной проблемы может быть применение систем разрывного управления, которые в извест-
ной мере являются робастными к параметрических и структурным изменениям в объекте
управления. Существующие подходы к синтезу систем разрывного управления опираются на
линейную или линеаризованную модель объекта управления. Таким образом эффективность
подобного рода систем может существенно отличаться при работе регулятора в составе
реального, нелинейного объекта управления. Предлагаемая система разрывного управления
позволяет снизить чувствительность системы к возмущениям, обусловленным неидеально-
стью ИМ, а так-же учитывает нелинейную структуру объекта управления. Эффективность
замкнутой системы исследована на динамической модели построенной при помощи пакета
Simulink. Предлагаемая система разрывного управления сравнивается с адаптивным синерге-
тическим регулятором. В качестве возмущающего воздействия выбрано дорожное покрытие
класса C по классификации ISO 8608. Для оценки эффективности предлагаемой системы оцени-
ваются следующие параметры: взвешенной ускорение подрессоренной массы; относительное
перемещение амортизатора и сила реакции шины. Для каждого параметра определяется сред-
неквадратическое и максимальное значение. Результаты численного моделирования позволяют
сделать вывод что применение систем разрывного управления позволяет улучшить следующие
показатели эффективности адаптивной подвески: более чем в два раза уменьшить максималь-
ное значение взвешенного ускорения подрессоренной массы и более чем на 20 % уменьшить мак-
симальную нагрузку на шину.

Литература

1. Hrovat D. Survey of advanced suspension developments and related optimal control applications,
Automatica, 1997, Vol. 33, No. 10, pp. 1781-1817.
2. Yagiz N., Hacioglu Y. Backstepping control of a vehicle with active suspensions, Contr. Eng.
Pract., 2008, Vol. 16, No. 12, pp 1457-1467.
3. Koch G., Spirk S., Pellegrini E., Pletschen N., Lohmann B. Experimental validation of a new
adaptive control approach for a hybrid suspension system, American Control Conference
2011, June 29-July 1, San Francisco, California, USA. San Francisco, 2011, pp. 4580-4585.
4. Zhao F., Ge S.S., Tu F., Qin Y., Dong M. Adaptive neural network control for active suspension
system with actuator saturation, IET Control Theory & Appl., 2016, Vol. 10, No. 14,
pp. 1696-1705.
5. Jue W., Jing Z. Model-free tracking control for vehicle active suspension systems, 34th Chinese
Control Conference (CCC), July 28-30, Hangzhou, China. Hangzhou, 2015, Vol. 10,
No. 14, pp. 1696-1705.
6. Deshpande V.S., Shendge P.D., Phadke S.B., Dual objective active suspension system based on a
novel nonlinear disturbance compensator, Veh. Syst. Dyn., 2016, Vol. 54, No. 9, pp. 1269-1290.
7. Hu C., Yao B., Wang Q. Adaptive robust precision motion control of systems with unknown
input dead-zones: a case study with comparative experiments, IEEE Trans. Ind. Electron.,
2016, Vol. 58, No. 6, pp. 2454-2464.
8. Ahmad N.J., Ebraheem H.K., Alnaser M.J., Alostath J.M. Adaptive control of a dc motor with
uncertain deadzone nonlinearity at the input, Control and Decision Conference (CCDC), Dec
12-15, Orlando, FL, USA. Orlando, 2011, pp. 4295-4299.
9. Tao G., Taware A. Control by Compensation of Nonlinearities // Control Systems, Robotics
and Automation, 2009, Vol. III, pp. 165-171.
10. Recker D., Kokotovic P., Rhode D., Winkelman J. Adaptive nonlinear control of systems containing
a deadzone, Proceedings of the 30th IEEE Conference on Decision and Control, Dec.
11-13, Brighton, England. Brighton, 1991, pp. 2111-2115.
11. Dong J., Mo B. The adaptive PID controller design for motor control system with backlash,
Fourth International Conference on Intelligent Control and Information Processing (ICICIP),
June 12-13, Beijing, China. Beijing, 2013, pp. 59-63.
12. Tao G., Kokotovic P.V. Adaptive control of plants with unknown dead-zones, IEEE Trans.
Automat. Contr., 1994, Vol. 39, No. 1, pp. 59-68.
13. Chang T., Yuan D., Hanek H. Matched feedforward/model reference control of a high precision
robot with dead-zone, IEEE Trans. Contr. Syst. Technol., 2008, Vol. 16, No. 1, pp. 94-102.
14. Danilin N.A., Shalashilin D.A. Hysteresis Modelling of Mechanical Systems at Nonstationary
Vibrations, Mathematical Problems in Engineering, 2018, Vol. 2018, pp. 1-15.
15. Solomon O. Some typical shapes of hysteretic loops using the bouc-wen model, Journal of
Information Systems & Operations Management, 2013, Vol. 7, No. 1, pp. 1-9.
16. Kolesnikov A.A. Sinergeticheskaya teoriya upravleniya [Synergetic control theory]. Moscow:
Energoatomizdat, 1994.
17. Tao G., Kokotovic P.V. Adaptive Control of Systems with Actuator and Sensor Nonlinearities.
NY.: John Wiley & Sons, Inc., 1996.
18. Pan H., Sun W., Jing X., Gao H., Yao J. Adaptive tracking control for active suspension systems
with non-ideal actuators, J. Sound Vib., 2017. Vol. 399, No. 1, pp. 2-20.
19. ISO-2631, Mechanical Vibration and Shock: Evaluation of Human Exposure to Whole-body
Vibration Part 1, General Requirements, ISO, Geneva.
20. Zuo L., Nayfeh S.A. Low order continuous-time filters for approximation of the ISO 2631-1
human vibration sensitivity weightings, J. Sound Vib., 2003, Vol. 265, No. 1, pp. 459-465.
21. Deshpande V.S., Shendge P.D., Phadke S.B. Nonlinear control for dual objective active suspension
systems, IEEE Trans. Intell. Transport. Syst., 2017, Vol. 18, No. 3, pp. 656-665.
22. Kolesnikov A.A., Veselov G.E., Popov A.N. i dr. Sinergeticheskie metody upravleniya
slozhnymi sistemami: Mekhanicheskie i elektromekhanicheskie sistemy [Synergetic control
methods of complex systems: Mechanical and Electromechanical systems], under the General
ed. of A.A. Kolesnikova. Moscow: Knizhnyy dom «LIBROKOM», 2013, 304 p.
23. Kolesnikov A.A., Veselov G.E. Sinergeticheskiy printsip ierarkhizatsii i analiticheskiy sintez
regulyatorov vzaimosvyazannykh elektromekhanicheskikh sistem [Synergetic principle of hierarchy
and analytical synthesis of regulators of interconnected Electromechanical systems], Izvestiya
YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2001, No. 5 (23), pp. 80-99.
24. ISO-8608, Mechanical Vibration-road Surface Profiles-reporting of Measured Data, ISO, Geneva.
Опубликован
2020-07-20
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ II. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ