分數階汽車懸架系統的動力學與控制研究

《分數階汽車懸架系統的動力學與控制研究》是依託石家莊鐵道大學，由申永軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：分數階汽車懸架系統的動力學與控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：申永軍
• 依託單位：石家莊鐵道大學

項目摘要

分數階汽車懸架系統的動力學與控制是分數階動力學與振動控制相結合的一個新的研究熱點，研究結果具有重要的理論價值和工程意義。本項目以分數階動力學、非線性動力學、現代控制理論等為基礎，研究分數階傳統被動懸架系統、分數階天棚懸架系統、分數階主動懸架系統的近似解，分析分數階參數(分數階係數和分數階階次)對被動懸架、天棚懸架和主動懸架系統的振動特性(包括剛度、阻尼、多種控制效果指標)的影響；研究分數階主動懸架系統的最優控制問題，建立近似最優反饋的近似解析形式以指導主動懸架系統的設計和實現；研究分數階系統的快速數值計算方法，分析分數階半主動懸架的控制效果，著重於分數階參數對半主動控制效果的影響；研究基於分數階微分的振動信號降噪方法，如相空間重構、奇異值分解和盲信號分離等，期望得到降噪效果好、計算穩定的降噪方法；最終通過實驗，驗證研究所得結論。

結題摘要

提出了一種改進的平均法，將改進後的平均法與傳統平均法進行了比較，表明改進後平均法求解過程的簡單性和求解結果的正確性。利用該方法研究了分數階Duffing振子和分數階van der Pol振子的自由振動、主共振、亞諧共振、超諧共振；建立了各種系統定常解幅頻曲線的解析表達式，並得到相應的周期回響的穩定性條件；還研究了含分數階參激系統，通過多尺度法+攝動法分別得到了穩定性邊界及對應的周期解；對含有兩類分數階VDP振子的Mathieu方程進行了研究，得到了系統的近似解析解，分析了分數階微分項的係數和階次對系統穩定性邊界、回響幅值和幅頻曲線的影響。 研究了強非線性分數階系統的增量諧波平衡法的統一疊代格式。以典型的分數階Duffing振子為例，將平均法、數值法與增量諧波平衡法進行了對比，證明了統一疊代格式的正確性和精確性。利用此法分析了分數階參激系統的動力學現象，以及參數變化時對系統回響的影響等動力學特性。本法計算精度很高，具有較快的收斂速度，是解決工程套用中分數階強非線性問題的有效方法。 研究了含分數階時滯耦合反饋系統，通過平均法得到了系統周期解的一階近似解析形式，發現分數階時滯耦合反饋同時具有速度時滯反饋和位移時滯反饋的作用。研究了基於位移反饋和速度反饋的分數階PID控制系統，通過平均法得到了系統的一階近似解析解，發現分數階PID控制器的比例環節、積分環節和微分環節等以不同形式影響系統的動力學特性。對單自由度被動隔振系統進行了研究，提出了一種最優被動隔振系統的設計方法，將結果與傳統方法進行了比較，表明了新方法有很好的控制效果。提出分數階主動隔振系統，利用最優控制進行了研究，發現在諧波激勵或隨機激勵下的分數階隔振系統具有較優的控制效果。 初步進行了磁流變阻尼器、空氣彈簧、金屬橡膠等粘彈性隔振器件的實驗特性研究和分數階建模。在建模過程中，針對車輛懸架和傳動部件的相似故障模式難以區分的難題，提出了一系列實測信號的特徵分類新方法，包括基於α穩定分布的分數階統計量分類方法，識別微弱突變特徵或者脈衝特性的二次排列熵方法和二次排列熵譜方法，基於樣本熵和分數階傅立葉變換的故障模式識別新方法，基於W-H變換的盲信號分離方法等。這些新方法在解決高速車輛線上監測的難題上，取得了較好的效果。