耦合工况下的空气悬架车高观测和控制算法研究结题摘要

项目针对空气悬架系统在路面激励和充放气过程耦合作用下的车高控制问题，开展了耦合工况下的车高观测和控制算法研究。 首先，分别建立了路面激励和充放气过程单一工况下的空气悬架非线性模型，以空气弹簧压力梯度方程为契合点，将空气悬架系统的非线性振动模型和充放气非线性模型进行联立，得到了空气弹簧内部压力梯度统一方程，通过统一方程可以同时体现出路面激励和充放气过程耦合作用对空气弹簧内部压力影响； 进而，基于得到的统一方程，将表征车身高度的悬架静平衡位置推导为状态变量之一，并整理得到空气悬架整车的非线性状态方程，根据非线性状态观测理论，设计了无迹卡尔曼状态观测器，以实时测得的悬架动挠度以及空气弹簧瞬态压力作为状态观测算法输入量，实现了耦合工况下车高观测算法对悬架静平衡位置的精确估计； 然后，针对非线性系统方程，构造反馈线性化输出函数，依据输出函数建立坐标变换系，在坐标变换后的线性域内，将车高观测值与目标车高值的误差为零作为控制目标，以电磁阀开启比例作为控制输出量，设计线性域内的车高控制算法，并反馈至非线性域中，通过联合仿真验证了基于车高观测的耦合工况下车高控制算法的可行性和鲁棒性，该算法能够在路面扰动存在时，精确控制车身高度； 最终，基于装备了空气悬架的乘用车进行了静止工况和随机路面行驶工况下的车高观测与控制算法的实车道路试验，并采用了车辆姿态测量单元辅助采集车高控制过程中的车身姿态。实车试验表明，所提出的耦合工况下车高观测和控制算法能够有效提高车辆静止工况和随机路面行驶耦合工况下的车高控制精度，减少路面扰动对车高控制过程的影响，减少车高控制过程中由空气弹簧非线性及迟滞性导致的超调现象。

电控空气悬架能够主动调整车辆高度，提高恶劣路面通过性和高速行驶稳定性，但大多只能在良好路面行驶或静止时进行调整，在恶劣路面行驶时进行调整难以保证控制精度，成为制约电控空气悬架性能提升与推广应用的关键问题。 针对空气悬架在恶劣路况的车高观测和精确控制等核心问题，项目将着重开展路面激励与充放气耦合工况的空气悬架车高观测和控制算法研究。 首先，通过空气悬架各部件特性试验与分析，建立路面激励与充放气耦合工况下的空气悬架非线性数学模型；进而，基于非线性状态观测理论，设计滑模观测算法，实现耦合工况下的车高观测；然后，基于微分几何理论，设计反馈线性化坐标变换系，实现非线性系统的精确线性化，在线性空间中设计最优控制算法，并将最优控制函数逆变换至非线性空间中；最后，基于半实物仿真平台，对耦合工况下的空气悬架车高观测和控制算法进行验证。研究将为自主研发高性能电控空气悬架系统提供理论与技术基础。

《耦合地震作用下结构振动控制与优化》系统地总结和阐述了土木工程结构被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制理论、方法、技术、系统和工程应用的主要研究成果，并主要论述了耦合地震作用下结构振动控制的结构计算分析与结构参数与控制装置布局的优化设计。

本书可供从事土木工程、水利工程、材料科学与工程、力学研究、设计与制造等专业的研究生和高年级本科生作学习参考书。

曲面的表示、生成和约束控制是计算机辅助几何设计的中心问题，其基础是曲面几何造型的数学理论和方法。本项目在研究规则区域上矩形剖分下的有理样条插值问题的基础上, 主要研究非规则区域上散乱数据的有理样条光滑曲面插值问题。对于规则区域上的插值问题，利用已导出的对称基研究其点控制的理论和方法；对于非规则区域上散乱数据，通过参数约束方法与B网方法的结合研究三角剖分下带参数的有理光滑插值样条曲面的生成与约束控制的理论和算法,导出的插值样条将具有简洁的显式表示；给出的方法将是散乱数据二元插值曲面可以进行局部和整体修改的创新方法。这些方法将为计算机辅助几何设计中曲面构造和控制开辟一条崭新的路子。 2100433B