CN116278573B - 基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法、设备、介质和程序产品，方法包括：将路面激励和外界干扰输入到半主动悬架的状态空间方程后，利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵；基于最优反馈矩阵和状态空间方程，计算最优控制电流；基于最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，进而控制磁流变阻尼器的输出阻尼力以调节半主动悬架刚度。本发明能够解决车辆半主动悬架面临的外界干扰不确定的问题，实现了车辆半主动悬架的抗干扰控制，提高半主动悬架控制方法的鲁棒性、精确性以及抗干扰能力，使得车辆在复杂路况下保持良好的操纵稳定性，提高车辆的道路通过性，获得更高的驾驶性能。
Description
技术领域
本发明涉及磁流变悬架半主动控制领域，尤其涉及一种基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法、设备、介质和程序产品。
背景技术
半主动悬架是车架与车桥之间一切传力装置的总称，其作用是减缓路面的冲击，保证车辆的行驶平顺性、驾驶安全性和乘坐舒适性。
根据控制方法的分类，悬架可以分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架，而应用磁流变阻尼器(Magnetorheological Damper，MRD)的半主动悬架凭借耗能小、响应迅速、可调性强等特点，成为了研究的热点。
本申请发明人在实现本发明实施例技术方案的过程中，至少发现现有技术中存在如下技术问题：
车辆在行驶过程中，不仅会受到路面的冲击，还会受到风、沙尘等干扰，这些干扰将严重影响车辆的驾驶性能。
综上，现有的半主动悬架控制方法存在外界干扰不确定导致控制效果差的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法、设备、介质和程序产品，解决了现有的半主动悬架控制方法存在外界干扰不确定导致控制效果差的技术问题。
本发明实施例一方面提供了一种基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法，所述方法包括：将路面激励和外界干扰输入到半主动悬架的状态空间方程后，利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵；基于所述最优反馈矩阵和所述状态空间方程，计算最优控制电流；基于所述最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，进而控制磁流变阻尼器的输出阻尼力以调节半主动悬架刚度。
可选的，在所述利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵之前，还包括：获取半主动悬架的状态变量，所述状态变量包括位移状态变量和速度状态变量。
可选的，所述外界干扰具体为：有界且连续的外界干扰。
可选的，所述获取半主动悬架的状态变量，所述状态变量包括位移状态变量和速度状态变量，具体包括：通过位移传感器测量半主动悬架的位移状态变量；在所述半主动悬架上连接一黑带，所述黑带具有间距相同且连续的空洞，所述黑带后方设置光敏电阻，当激光照射黑带时，光敏电阻的电压在不同时刻会发生变化，通过电压变化计算速度状态变量。
可选的，所述将路面激励和外界干扰输入到半主动悬架的状态空间方程后，利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵，具体包括：
建立半主动悬架力学模型：
其中，m 1是座椅的质量，m 2是臀部和坐垫的质量和，m 3是人体质量，k 1是半主动悬架的刚度，其数值等于轮胎刚度和减振器外部弹簧刚度之和，k 2是减振器的刚度，c 1是半主动悬架的阻尼系数，c 2是减振器的阻尼系数，c 3和k 3是人体的阻尼系数和刚度，z 1是座椅质量的位移，z 2是臀部和坐垫质量的位移、z 3是人体质量的位移，z 0是路面激励，u是磁流变阻尼器的输出阻尼力；
定义状态变量：
得到状态空间方程：
其中，状态空间方程的矩阵具体为：
使用随机路面作为路面冲击：
其中，α和δ是与路面相关的常数，u是车速，z 0 (t)是路面激励，w(t)是白噪声，G q (n 0 )为路面不平度系数；
定义半主动悬架的传递函数G的无穷范数满足以下条件：
其中，Z是半主动悬架输入，Y是半主动悬架输出，z∈L 2表示为半主动悬架输入Z是属于范围L 2且有限，表示为在输入Z有限的条件下，半主动悬架输出Y的2范数与半主动悬架输入Z的2范数比值的最大值，所述比值的最大值小于给定的常值y；
使用有界函数表达外界不确定干扰性，状态空间方程表示为：
其中，所述状态空间方程的状态矩阵（Α,Β）是稳定的，并且状态变量X(t)是可观测的，外界干扰ρ(z，u，f)是连续且有界的；
考虑线性矩阵不等式成立，其中，/>是B的正交补矩阵，如果（Α,Β）是稳定的，那么所述矩阵不等式的解X总是存在的，假设滑模面σ相对线性的并且由下式给出
使用下列抗干扰控制策略能够使得滑模面σ趋近与0，保证半主动悬架抗干扰能力
假设∆σ=δI>0，ε=0，那么存在X>0和n维单位矩阵I n以及半正定矩阵Q使得下列矩阵不等式成立
如果令Q=2βP=2βX -1,所述矩阵不等式可以改写成下列形式
将所述矩阵不等式展开，可以得到
当存在X>0,且满足，那么矩阵（Α,Β）是稳定的，并且对于一个充分大的常数δ，β总是存在的，通过求解上述矩阵不等式，可以得到半主动悬架的最优反馈矩阵K。
可选的，所述基于所述最优反馈矩阵和所述状态空间方程，计算最优控制电流，具体包括：基于所述最优反馈矩阵和所述状态空间方程，计算磁流变阻尼器的最优控制力；基于所述最优控制力，使用磁流变阻尼器的逆正力学模型计算最优控制电流。
可选的，在所述基于所述最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，进而控制磁流变阻尼器的输出阻尼力以调节半主动悬架刚度之后，还包括：使用δ=1.5,β=2的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第一时域曲线；使用δ=2.5,β=1的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第二时域曲线；使用δ=2,β=1.5的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第三时域曲线。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法的步骤。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
一种基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法，包括：将路面激励和外界干扰输入到半主动悬架的状态空间方程后，利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵；基于所述最优反馈矩阵和所述状态空间方程，计算最优控制电流；基于所述最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，进而控制磁流变阻尼器的输出阻尼力以调节半主动悬架刚度。磁流变半主动悬架可以通过改变磁流变阻尼器的输入电流，改变磁流变阻尼器的阻尼系数，进而改变磁流变阻尼器输出阻尼力，实现半主动悬架刚度的软硬调节，使得驾驶人员在复杂干扰下维持同一驾驶高度，保证车辆的行驶平顺性；线性矩阵不等式理论作为一种优化控制问题的方法，能够将半主动悬架的状态空间方程转换成线性矩阵不等式形式，通过求解该不等式方程得到的控制方法，可以保证控制输出与外界干扰之间的信号强度比值小于给定的常数，降低外界干扰的冲击激励，并且使得内部状态稳定，利用线性矩阵不等式的特性，能够解决车辆半主动悬架面临的外界干扰不确定的问题，实现了车辆半主动悬架的抗干扰控制，提高半主动悬架控制方法的鲁棒性、精确性以及抗干扰能力，使得车辆在复杂路况下保持良好的操纵稳定性，提高车辆的道路通过性，获得更高的驾驶性能。
进一步，在所述利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵之前，还包括：获取半主动悬架的状态变量，所述状态变量包括位移状态变量和速度状态变量。能够获得位移状态变量和速度状态变量。
再进一步，所述外界干扰具体为：有界且连续的外界干扰。能够同时考虑半主动悬架受到的多种外界干扰。
更进一步，所述获取半主动悬架的状态变量，所述状态变量包括位移状态变量和速度状态变量，具体包括：通过位移传感器测量半主动悬架的位移状态变量；在所述半主动悬架上连接一黑带，所述黑带具有间距相同且连续的空洞，所述黑带后方设置光敏电阻，当激光照射黑带时，光敏电阻的电压在不同时刻会发生变化，通过电压变化计算速度状态变量。这种方法能够观测状态变量，位移状态变量可以通过位移传感器测量，而速度状态变量可以通过电压变化计算，减少速度传感器对速度状态变量的误差。
还进一步，所述基于所述最优反馈矩阵和所述状态空间方程，计算最优控制电流，具体包括：基于所述最优反馈矩阵和所述状态空间方程，计算磁流变阻尼器的最优控制力；基于所述最优控制力，使用磁流变阻尼器的逆正力学模型计算最优控制电流。能够计算出磁流变阻尼器的最优控制电流。
再进一步，在所述基于所述最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，进而控制磁流变阻尼器的输出阻尼力以调节半主动悬架刚度之后，还包括：使用δ=1.5,β=2的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第一时域曲线；使用δ=2.5,β=1的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第二时域曲线；使用δ=2,β=1.5的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第三时域曲线。
附图说明
图1为本发明一实施例中基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法的流程图；
图2为本发明一实施例中半主动座椅悬架示意图；
图3为本发明一实施例中速度状态变量获取方法的示意图；
图4为本发明一实施例中基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰总体控制流程图；
图5为本发明一实施例中不同控制参数下半主动悬架速度以及人体加速度的时域曲线的示意图；
图6为本发明一实施例中磁流变半主动悬架抗干扰控制方法的抗干扰效果示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法、设备、介质和程序产品，解决了现有的半主动悬架控制方法存在外界干扰不确定导致控制效果差的技术问题。
本发明一实施例的技术方案为解决上述的问题，总体思路如下：
一种基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法，包括：将路面激励和外界干扰输入到半主动悬架的状态空间方程后，利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵；基于最优反馈矩阵和状态空间方程，计算最优控制电流；基于最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，进而控制磁流变阻尼器的输出阻尼力以调节半主动悬架刚度。磁流变半主动悬架可以通过改变磁流变阻尼器的输入电流，改变磁流变阻尼器的阻尼系数，进而改变磁流变阻尼器输出阻尼力，实现半主动悬架刚度的软硬调节，使得驾驶人员在复杂干扰下维持同一驾驶高度，保证车辆的行驶平顺性；线性矩阵不等式理论作为一种优化控制问题的方法，能够将半主动悬架的状态空间方程转换成线性矩阵不等式形式，通过求解该不等式方程得到的控制方法，可以保证控制输出与外界干扰之间的信号强度比值小于给定的常数，降低外界干扰的冲击激励，并且使得内部状态稳定，利用线性矩阵不等式的特性，能够解决车辆半主动悬架面临的外界干扰不确定的问题，实现了车辆半主动悬架的抗干扰控制，提高半主动悬架控制方法的鲁棒性、精确性以及抗干扰能力，使得车辆在复杂路况下保持良好的操纵稳定性，提高车辆的道路通过性，获得更高的驾驶性能。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。显然，本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，对本发明实施例中一种基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法进行详细的描述。
步骤101：将路面激励和外界干扰输入到半主动悬架的状态空间方程后，利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵；
步骤102：基于最优反馈矩阵和状态空间方程，计算最优控制电流；
步骤103：基于最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，进而控制磁流变阻尼器的输出阻尼力以调节半主动悬架刚度。
当车辆在行驶时，开始执行步骤101：将路面激励和外界干扰输入到半主动悬架的状态空间方程后，利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵。
步骤101在具体实施过程中，例如：基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法，首先将路面激励和外界干扰输入到半主动悬架的状态空间方程，接下来在matlab编好程序后，再将状态变量作为输入加载到线性矩阵不等式（Linear MatrixInequality，LMI）工具箱，最后输出最优反馈矩阵。
在计算出最优反馈矩阵之后，开始执行步骤102：基于最优反馈矩阵和状态空间方程，计算最优控制电流。
步骤102在具体实施过程中，例如：基于步骤101的最优反馈矩阵和输入路面激励和外界干扰的状态空间方程，计算磁流变阻尼器的最优控制电流。
在计算出最优控制电流之后，开始执行步骤103：基于最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，进而控制磁流变阻尼器的输出阻尼力以调节半主动悬架刚度。
步骤103在具体实施过程中，例如：基于最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，通过最优控制电流改变输入到磁流变阻尼器的磁场强度，进而改变磁流变阻尼器的输出阻尼力，实现半主动悬架刚度的软硬调节，使得驾驶人员在复杂干扰下维持同一驾驶高度，保证车辆的行驶平顺性。
为了获得位移状态变量和速度状态变量，在步骤101的利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵之前，还包括：获取半主动悬架的状态变量，状态变量包括位移状态变量和速度状态变量。
在具体实施过程中，例如：基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法的状态变量包括位移状态变量和速度状态变量，分别获取半主动悬架的状态变量中的位移状态变量和速度状态变量。
为了同时考虑半主动悬架受到的多种外界干扰，外界干扰具体为：有界且连续的外界干扰。
在具体实施过程中，例如：外界干扰具体为有界且连续的外界干扰。将外界干扰输入到半主动悬架的状态空间方程具体为添加一个有界且连续的外界干扰输入：/>，将这有界且连续的外界干扰输入到状态空间方程。
为了观测状态变量，获取半主动悬架的状态变量，状态变量包括位移状态变量和速度状态变量，具体包括：通过位移传感器测量半主动悬架的位移状态变量；在半主动悬架上连接一黑带，黑带具有间距相同且连续的空洞，黑带后方设置光敏电阻，当激光照射黑带时，光敏电阻的电压在不同时刻会发生变化，通过电压变化计算速度状态变量。
在具体实施中，例如：在半主动悬架上设置位移传感器，通过位移传感器测量半主动悬架的位移状态变量。
在实际的半主动悬架测试中，通过速度传感器测量速度状态变量往往误差较大，下面介绍本发明速度状态变量测量方法，如图3所示，以座椅的垂向速度为例，使用激光发射器发射激光，在座椅下方连接一张具有间距相同且连续的空洞的黑带，空洞直径为4mm，空洞之间的间距为1mm，黑带后方设置有光敏电阻，当激光被黑带遮挡时，电压较小，而当激光透过黑带上的空洞照射到光敏电阻时，电阻值会发生变化，此时电压为较大,通过示波器，可以得到电压在不同时刻的变化情况，利用不同电压持续的时间，通过下列公式计算得到座椅的垂向平均速度：
……
当空洞的直径及空洞的间距较小（例如空洞直径为4mm，空洞之间的间距为1mm）时，可以用平均速度代替瞬时速度。当然，在实际应用中，可以根据实际需要选择不同的空洞直径或空洞间距，本发明不作限制。
本发明使用圆形的空洞作为实例，在实际应用中，可以选择不同形状的空洞，例如矩形、菱形等形状，本发明不作限制。
可以用此方法测量其他的速度状态变量，例如人体的速度状态变量，本发明不再赘述。
为了利用线性矩阵不等式理论，得到车辆行驶在复杂路况下的最优反馈矩阵K。利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵，具体包括以下步骤。
步骤一，建立半主动悬架力学模型：
其中，m 1是座椅的质量，m 2是臀部和坐垫的质量和，m 3是人体质量，k 1是半主动悬架的刚度，其数值等于轮胎刚度和减振器外部弹簧刚度之和，k 2是减振器的刚度，c 1是半主动悬架的阻尼系数，c 2减振器的阻尼系数，c 3和k 3是人体的阻尼系数和刚度，z 1是座椅质量的位移，z 2是臀部和坐垫质量的位移、z 3是人体质量的位移，z 0是路面激励，u是磁流变阻尼器的输出阻尼力。
如图2所示，半主动座椅悬架主要包括地面上的人体、坐垫、座椅、磁流变阻尼器等，人体通过坐垫坐在座椅上，在座椅下方设置有磁流变阻尼器。
步骤二，定义状态变量：
得到状态空间方程：
其中，状态空间方程的矩阵具体为：
此外，使用随机路面作为路面冲击：
其中，α和δ是与路面相关的常数，u是车速，z 0 (t)是路面激励，w(t)是白噪声，G q (n 0 )为路面不平度系数。
步骤三，定义半主动悬架的传递函数G的无穷范数满足以下条件：
其中，Z是半主动悬架输入，Y是半主动悬架输出，z∈L 2表示为半主动悬架输入Z是属于范围L 2且有限，表示为在输入Z有限的条件下，半主动悬架输出Y的2范数与半主动悬架输入Z的2范数比值的最大值，这个比值的最大值小于给定的常值y；不同的半主动悬架系统要求不同，可取不同的常值。
步骤四，使用有界函数表达外界不确定干扰性，状态空间方程表示为：
其中，状态空间方程的状态矩阵（Α,Β）是稳定的，并且状态变量X(t)是可观测的，外界干扰ρ(z，u，f)是连续且有界的。
步骤五，考虑线性矩阵不等式成立，其中，/>是B的正交补矩阵，如果（Α,Β）是稳定的，那么矩阵不等式的解X总是存在的，假设滑模面σ相对线性的并且由下式给出
使用下列抗干扰控制策略能够使得滑模面σ趋近与0，保证半主动悬架抗干扰能力
假设∆σ=δI>0，ε=0，那么存在X>0和n维单位矩阵I n以及半正定矩阵Q使得下列矩阵不等式成立
如果令Q=2βP=2βX -1,矩阵不等式可以改写成下列形式
将矩阵不等式展开，可以得到
当存在X>0,且满足，那么矩阵（Α,Β）是稳定的，并且对于一个充分大的常数δ，β总是存在的，通过求解上述矩阵不等式，可以得到半主动悬架的最优反馈矩阵K。
为了计算出磁流变阻尼器的最优控制电流，步骤102的基于最优反馈矩阵和状态空间方程，计算最优控制电流，具体包括：基于最优反馈矩阵和状态空间方程，计算磁流变阻尼器的最优控制力；基于最优控制力，使用磁流变阻尼器的逆正力学模型计算最优控制电流。
如图4所示，基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法，首先将路面激励z 0和外界干扰ρ(z，u，f)输入到半主动悬架的状态空间方程，通过LMI工具箱以及状态变量X求解磁流变阻尼器的最优控制力，接着利用MRD力学逆模型和MRD力学模型求解磁流变阻尼器的实际输入阻尼力F d。本发明利用LMI理论，设计了车辆行驶在复杂路况下的最优反馈矩阵，通过控制MRD的输入电流即可改变半主动悬架在不同路况下的刚度，从而提升车辆的驾驶性能。首先，利用位移传感器及图3所示的方法，获取半主动悬架的位置状态变量和速度状态变量，将获得的状态变量加载到LMI工具箱，得到最优反馈矩阵，利用该最优反馈矩阵及状态变量计算最优控制力，接着使用MRD的力学逆模型和MRD的力学正模型计算最优控制电流，最后通过最优控制电流改变输入到MRD的磁场强度，进而改变MRD输出阻尼力，实现半主动悬架刚度的软硬调节，使得驾驶人员在复杂干扰下维持统一驾驶高度，保证车辆的行驶平顺性。
为了仿真测试不同控制参数下的半主动悬架速度以及人体加速度的时域曲线，在步骤103的基于最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，进而控制磁流变阻尼器的输出阻尼力以调节半主动悬架刚度之后，还包括：使用δ=1.5,β=2的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第一时域曲线；使用δ=2.5,β=1的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第二时域曲线；使用δ=2,β=1.5的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第三时域曲线。
在具体实施过程中，例如：如图5所示，仿真测试中，设置了三种测试条件，分别为（1）δ=1.5,β=2（2）δ=2.5,β=1（3）δ=2,β=1.5,使用上述三种试验条件得到了本发明控制策略的悬架速度和人体加速度的时域曲线。另外，仿真参数如下表所示。
图6是基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法的抗干扰效果，为了研究本发明提出的抗干扰控制策略的控制效果，考虑外界干扰条件，添加一个有界且连续的外界干扰输入：，从图6的响应结果来看，被动悬架在受到干扰后，悬架动行程有很大的变化，这表明干扰对被动悬架有很大的影响；而使用抗干扰策略的半主动悬架在受到干扰时，悬架挠度没有变化，这一结果验证了本发明的有效性。
本发明另一实施例提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法的步骤。
本发明另一实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法的步骤。
本发明另一实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法的步骤。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
一种基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法，包括：将路面激励和外界干扰输入到半主动悬架的状态空间方程后，利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵；基于最优反馈矩阵和状态空间方程，计算最优控制电流；基于最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，进而控制磁流变阻尼器的输出阻尼力以调节半主动悬架刚度。磁流变半主动悬架可以通过改变磁流变阻尼器的输入电流，改变磁流变阻尼器的阻尼系数，进而改变磁流变阻尼器输出阻尼力，实现半主动悬架刚度的软硬调节，使得驾驶人员在复杂干扰下维持同一驾驶高度，保证车辆的行驶平顺性；线性矩阵不等式理论作为一种优化控制问题的方法，能够将半主动悬架的状态空间方程转换成线性矩阵不等式形式，通过求解该不等式方程得到的控制方法，可以保证控制输出与外界干扰之间的信号强度比值小于给定的常数，降低外界干扰的冲击激励，并且使得内部状态稳定，利用线性矩阵不等式的特性，能够解决车辆半主动悬架面临的外界干扰不确定的问题，实现了车辆半主动悬架的抗干扰控制，提高半主动悬架控制方法的鲁棒性、精确性以及抗干扰能力，使得车辆在复杂路况下保持良好的操纵稳定性，提高车辆的道路通过性，获得更高的驾驶性能。
进一步，在利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵之前，还包括：获取半主动悬架的状态变量，状态变量包括位移状态变量和速度状态变量。能够获得位移状态变量和速度状态变量。
再进一步，外界干扰具体为：有界且连续的外界干扰。能够同时充分考虑半主动悬架受到的多种外界干扰。/>
更进一步，获取半主动悬架的状态变量，状态变量包括位移状态变量和速度状态变量，具体包括：通过位移传感器测量半主动悬架的位移状态变量；在半主动悬架上连接一黑带，黑带具有间距相同且连续的空洞，黑带后方设置光敏电阻，当激光照射黑带时，光敏电阻的电压在不同时刻会发生变化，通过电压变化计算速度状态变量。这种方法能够观测状态变量，位移状态变量可以通过位移传感器测量，而速度状态变量可以通过电压变化计算，减少速度传感器对速度状态变量的误差。
还进一步，基于最优反馈矩阵和状态空间方程，计算最优控制电流，具体包括：基于最优反馈矩阵和状态空间方程，计算磁流变阻尼器的最优控制力；基于最优控制力，使用磁流变阻尼器的逆正力学模型计算最优控制电流。能够计算出磁流变阻尼器的最优控制电流。
再进一步，在基于最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，进而控制磁流变阻尼器的输出阻尼力以调节半主动悬架刚度之后，还包括：使用δ=1.5,β=2的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第一时域曲线；使用δ=2.5,β=1的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第二时域曲线；使用δ=2,β=1.5的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第三时域曲线。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种基于线性矩阵不等式的磁流变半主动悬架抗干扰控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取半主动悬架的状态变量，所述状态变量包括位移状态变量和速度状态变量；通过位移传感器测量半主动悬架的位移状态变量；在所述半主动悬架上连接一黑带，所述黑带具有间距相同且连续的空洞，所述黑带后方设置光敏电阻，当激光照射黑带时，光敏电阻的电压在不同时刻会发生变化，通过电压变化计算速度状态变量；
将路面激励和外界干扰输入到半主动悬架的状态空间方程后，利用线性矩阵不等式工具箱，得到最优反馈矩阵，其中，使用悬架动行程判定抗干扰效果；具体包括：
建立半主动悬架力学模型：
其中，m 1是座椅的质量，m 2是臀部和坐垫的质量和，m 3是人体质量，k 1是半主动悬架的刚度，其数值等于轮胎刚度和减振器外部弹簧刚度之和，k 2是减振器的刚度，c 1是半主动悬架的阻尼系数，c 2是减振器的阻尼系数，c 3和k 3是人体的阻尼系数和刚度，z 1是座椅质量的位移，z 2是臀部和坐垫质量的位移、z 3是人体质量的位移，z 0是路面激励，u是磁流变阻尼器的输出阻尼力；
定义状态变量：
得到状态空间方程：
其中，状态空间方程的矩阵具体为：
使用随机路面作为路面冲击：
其中，α和δ是与路面相关的常数，v是车速，z 0 (t)是路面激励，w(t)是白噪声，G q (n 0 )为路面不平度系数；
定义半主动悬架的传递函数G的无穷范数满足以下条件：
其中，Z是半主动悬架输入，Y是半主动悬架输出，z∈L 2表示为半主动悬架输入Z是属于范围L 2且有限，表示为在输入Z有限的条件下，半主动悬架输出Y的2范数与半主动悬架输入Z的2范数比值的最大值，所述比值的最大值小于给定的常值y；
使用有界函数表达外界不确定干扰性，状态空间方程表示为：
其中，所述状态空间方程的状态矩阵（Α,Β）是稳定的，并且状态变量X(t)是可观测的，外界干扰ρ(z，u，f)是连续且有界的；
考虑线性矩阵不等式成立，其中，/>是B的正交补矩阵，如果（Α,Β）是稳定的，那么所述矩阵不等式的解X总是存在的，假设滑模面σ相对线性的并且由下式给出
使用下列抗干扰控制策略能够使得滑模面σ趋近与0，保证半主动悬架抗干扰能力
假设∆σ=δI>0，ε=0，那么存在X>0和n维单位矩阵I n以及半正定矩阵Q使得下列矩阵不等式成立
如果令Q=2βP=2βX -1,所述矩阵不等式可以改写成下列形式
将所述矩阵不等式展开，可以得到
当存在X>0,且满足，那么矩阵（Α,Β）是稳定的，并且对于一个充分大的常数δ，β总是存在的，通过求解上述矩阵不等式，可以得到半主动悬架的最优反馈矩阵K；
基于所述最优反馈矩阵和所述状态空间方程，计算最优控制电流；
基于所述最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，进而控制磁流变阻尼器的输出阻尼力以调节半主动悬架刚度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外界干扰具体为：有界且连续的外界干扰。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述最优反馈矩阵和所述状态空间方程，计算最优控制电流，具体包括：
基于所述最优反馈矩阵和所述状态空间方程，计算磁流变阻尼器的最优控制力；
基于所述最优控制力，使用磁流变阻尼器的逆正力学模型计算最优控制电流。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于所述最优控制电流，得到磁流变阻尼器的最优输入电流，进而控制磁流变阻尼器的输出阻尼力以调节半主动悬架刚度之后，还包括：
使用δ=1.5,β=2的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第一时域曲线；
使用δ=2.5,β=1的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第二时域曲线；
使用δ=2,β=1.5的试验条件，得到半主动悬架速度和人体加速度的第三时域曲线。
5.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-4中任一项所述的方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述的方法的步骤。
7.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的方法的步骤。
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