基于磁流變減震器的三維模糊控制

張垚，劉茜，石文強

（1.河北工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院，天津 300130；2.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

基于磁流變減震器的三維模糊控制

張垚1，劉茜1，石文強2

（1.河北工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院，天津 300130；2.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

汽車磁流變減震器是一種新型的半主動阻尼可控減震器，要想讓磁流變減震器要想很好地發(fā)揮作用，一個好的控制系統(tǒng)至關(guān)重要。模糊控制方法是最常見的磁流變減震器控制策略，但都以二維模糊控制為主。論文綜合考慮減震器的工作實際，建立了一種三維模糊控制系統(tǒng)，用以提高磁流變減震器仿真效果的真實性，并利用Simulink軟件進行了仿真。

半主動懸架；磁流變減震器；三維模糊控制；Simulink

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-236-02

前言

按照輸入變量數(shù)量的不同，模糊控制器有一維、二維和三維之分。一般汽車磁流變減震器的模糊控制系統(tǒng)大都采用汽車懸架垂直振動的速度或加速度的偏差和偏差變化率作為輸入變量，以控制力作為輸出變量[1,2,3]，因此傳統(tǒng)的模糊控制器都采用二維結(jié)構(gòu)。雖然這種二維模糊控制方式在計算機仿真中仿真效果不錯，但是卻沒有充分地考慮到減震器的工作實際，使得仿真結(jié)果與真實效果有所偏離。本論文原有二維模糊值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入活塞速度信號作為第三輸入變量，建立了能夠更加真實的反映出仿真效果的三維模糊控制系統(tǒng)，

1、普通二維模糊控制系統(tǒng)

如圖1，是大部分磁流變減震器仿真所采用的二維模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)[1-7]，輸入信號為懸架垂直振動的速度或加速度信號及其變化率信號，輸出信號為阻尼力。

圖1 二維模糊控制系統(tǒng)

如表1，是一種常見的二維模糊控制系統(tǒng)所采用的模糊控制規(guī)則[8]。從表中可以看出來，在左上方的區(qū)域中，和為負時，控制系統(tǒng)需要輸出正方向的阻尼力；在右下方的區(qū)域中，和為正時，控制系統(tǒng)需要輸出負方向的阻尼力。

表1 二維模糊控制規(guī)則

通過減震器的工作原理可以知道，減震器所產(chǎn)生的阻尼力方向是與活塞運動方向相反的，當(dāng)活塞正方向運動時，減震器只能產(chǎn)生出反方向的阻尼力。說明在磁流變減震器工作過程中，不論控制系統(tǒng)怎么控制，阻尼力的方向都是由活塞運動方向決定的，不能由控制系統(tǒng)任意給出。因此，雖然這種二維模糊控制方法獲得的仿真效果看似比較理想，但是如圖2將其阻尼力信號與活塞運動信號放在同一個示波器下進行觀察就會發(fā)現(xiàn)：當(dāng)活塞速度信號為正，既活塞處于拉伸過程時，控制系統(tǒng)依然能夠輸出正方向的阻尼力，這是不符合減震器工作實際的。

圖2 二維模糊控制時活塞速度與輸出阻尼力信號

2、磁流變減震器的仿真

通過前面的分析可以看出，對模糊控制的磁流變減震器進行仿真，如果不引入活塞振動速度信號，就會導(dǎo)致在仿真過程中，活塞正向運動的時候，系統(tǒng)可能會給出正向的阻尼力輸出信號，與減震器的工作實際相違背的，這樣得到的控制效果也是不真實的。因此本文將活塞振動速度信號作為第三輸入信號，以控制電流為輸出信號，建立出了一個三維模糊控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如3：

圖3 三維模糊控制系統(tǒng)

該三維模糊控制系統(tǒng)所采用的模糊控制規(guī)則如表2。

將三維模糊控制的磁流變減震器與二維模糊控制的磁流變減震器在同一環(huán)境下進行仿真，懸架加速度對比結(jié)果如圖4。

表2 三維模糊控制系統(tǒng)控制規(guī)則

圖4 二維模糊控制與三維模糊控制下懸架加速度對比

3、結(jié)論

通過仿真結(jié)果可以看出，三維模糊控制系統(tǒng)的仿真效果要略差于二維模糊控制系統(tǒng)，但是依然起到了十分良好的減震效果。同時由于其遵循了減震器的工作實際，保證了阻尼力方向始終與活塞運動方向相反，因此其仿真結(jié)果更加接近真實，相比于二維系統(tǒng)更具說服力。

[1] 張莉潔.汽車磁流變液減振器的研究[D].南京:《南京理工大學(xué)》, 2004.

[2] 祝世興,王巍然.兩種磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能分析[J].《機床與液壓》, 2016, 44(3): 89-93.

[3] 徐中明,張志飛,賀巖松.對汽車平順性評價方法的探討與建[J].汽車工程,2010,32(1):73-76.

[4] 陳杰平,陳無畏,祝輝.基于Matlab/Simulink 的隨機路面建模與不平度仿真[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2010,41(3):11-15.

[5] 薛建海.雙出桿磁流變減震器及減震系統(tǒng)研究[D].天津:中國民航大學(xué), 2008.

[6] ZadenA.G.,FhaimA.,and El-Gindy M.,Neural network and fuzzy application to vehicle system:lietaurter suvrey. Int.J of Vehiele Design,1997,Vol.18,No.2,pp.132-193.

[7] 金平.起落架磁流變減震器控制算法及電路研究[D].天津:中國民航大學(xué), 2007.

[8] 王文靜.轎車主動懸架系統(tǒng)的模糊控制與仿真研究[D].重慶:重慶交通大學(xué),2012.

Three dimensional fuzzy control based on magnetorheological damper

Zhang Yao1, Liu Qian1, Shi Wenqiang2
( 1.School of mechanical engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300130; 2.Shaanxi Heavy-duty Motor Company Limited, Shaanxi Xi'an 710200 )

Magnetorheological damper is a new type of semi-active damper. In order to make the magneto rheological damper work well, a good control system is very important. The fuzzy control method is the most common control strategy of Mr damper. In this paper, considering the practical work of the shock absorber, a three-dimensional fuzzy control system is established to improve the simulation effect of the MR damper, and the simulation is carried out by using Simulink software.

Semi active suspension; Magneto rheological damper; Three-dimensional fuzzy control; Simulink

U463.6

A

1671-7988 (2017)10-236-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.081

張垚，男，（1989-），在讀研究生，研究方向：為汽車電子控制技術(shù)。劉茜，女，（1971-），副教授，研究方向：為汽車電子控制技術(shù)。石文強，男，（1988-），就職于陜西重型汽車有限公司。