汽車主動(dòng)懸架的單神經(jīng)元自適應(yīng)控制

一、前言
　　汽車懸架系統(tǒng)對(duì)車輛行駛平順性、乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性有很大影響。傳統(tǒng)的被動(dòng)懸架只能被動(dòng)地存儲(chǔ)和吸收外界能量,不能主動(dòng)適應(yīng)車載質(zhì)量、輪胎剛度等車輛參數(shù)和路面激勵(lì)的變化,大大制約了車輛性能的提高。主動(dòng)懸架克服了傳統(tǒng)被動(dòng)懸架的諸多局限,使懸架系統(tǒng)對(duì)不同運(yùn)行工況具有最大程度的適應(yīng)能力。
　　由于懸架系統(tǒng)的模型參數(shù)往往不確定,路面激勵(lì)未知且可變,研究開發(fā)出各種自適應(yīng)控制策略應(yīng)用于主動(dòng)懸架控制[1>,主要有模型參考自適應(yīng)控制、自校正控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制。文獻(xiàn)[2>提出了以理想天棚阻尼控制為參考模型的自適應(yīng)控制策略,但在設(shè)計(jì)中需要選擇一個(gè)合適的Lyapunov函數(shù),這要求有一定的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),否則不易獲得較好的自適應(yīng)規(guī)律。文獻(xiàn)[3>、文獻(xiàn)[4>的自校正控制需要首先在線估計(jì)模型參數(shù)或控制器參數(shù),然后再綜合控制律,是一種依賴于模型的解析設(shè)計(jì)方法,且比一般的常規(guī)控制器要復(fù)雜。文獻(xiàn)[5>采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)間接自適應(yīng)控制,充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在非線性處理和自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)方面的優(yōu)勢(shì),但基于多層結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,又因采用了S型作用函數(shù)而計(jì)算量較大,在線調(diào)節(jié)權(quán)重用時(shí)較長(zhǎng),不宜于實(shí)時(shí)在線控制。
　　文獻(xiàn)[6>提出了一種基于單個(gè)自適應(yīng)神經(jīng)元的非模型直接控制方法。它的顯著特點(diǎn)是無需進(jìn)行系統(tǒng)建模,充分利用神經(jīng)元的關(guān)聯(lián)搜索和學(xué)習(xí)能力來實(shí)現(xiàn)控制目的。該控制器結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,運(yùn)算量小,實(shí)時(shí)性好,控制品質(zhì)優(yōu),對(duì)模型參數(shù)的變化和外界擾動(dòng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性。自適應(yīng)神經(jīng)元控制已被成功應(yīng)用于電力系統(tǒng)、汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)、醫(yī)療藥品注射系統(tǒng)等[7-9>。作者針對(duì)汽車主動(dòng)懸架,設(shè)計(jì)一個(gè)自適應(yīng)神經(jīng)元控制器,研究系統(tǒng)在隨機(jī)路面激勵(lì)下的減振效果,同時(shí)考察控制器在變參數(shù)條件下的魯棒性。
　　二、主動(dòng)懸架系統(tǒng)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(duì)象,如圖1所示。動(dòng)力學(xué)方程為

　　式中ms為車身質(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(shù),kt為輪胎剛度,u為懸架系統(tǒng)的主動(dòng)控制力,q、xs、xt分別為路面垂向輸入位移、車身位移和簧下質(zhì)量位移。