基于永磁同步电机式执行器试验的电磁主动悬架结构设计与控制研究

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为将主动悬架由概念转化为实物,本文针对具体车型设计和制作了滚珠丝杠-永磁同步电机(PMSM)式执行器,对该执行器进行了力学特性试验、建模和参数识别,并根据上述建模和参数识别结果进行了电磁主动悬架结构和控制设计。本文的研究内容主要分为以下几方面:  首先,针对主动悬架在某大型SUV车辆的应用,本文采用电机外置安装方式对滚珠丝杆-永磁同步电机式执行器的基本结构进行设计,完成了执行器主要部件的选型和校核,根据设计和选型结果,对滚珠丝杆端部、上下筒、连接盘、轴承座、套筒等组件进行试制,并完成执行器样机的组装。  其次,利用单通道振动试验台进行了执行器样机力学特性测试,并基于试验结果和理论分析进行了执行器的力学建模和参数识别。结果显示:滚珠丝杠-永磁同步电机式执行器除了能输出可控的主动控制力以外,还会输出由滚珠丝杠带来的摩擦力和经它放大的旋转部件的惯性力。  再次,为解决执行器中的等效惯性质量会放大2自由度悬架结构的主动控制力需求问题,设计了一种3自由度电磁主动悬架结构,并采用1/4车悬架模型进行建模,针对3自由度悬架结构设计了主动悬架控制系统,该控制系统通过 H2/H∞控制求取可约束的理想主动控制力,并以理想主动控制力和悬架相对速度为输入通过滞环电流控制实现执行器电机的高精度动作。  最后,基于以上分析,搭建4种悬架仿真模型,通过数值分析结果证明:在相同的理想主动控制力最大值下,3自由度主动悬架结构较2自由度主动悬架结构能取得更好的悬架性能。电磁主动悬架和理想主动悬架的综合性能指标较被动悬架分别下降42.68%、42.91%,车身加速度分别下降32.29%、32.85%;实际主动控制力与理想主动控制力的平均误差率仅为0.31%,相关系数高达0.9924。  综上所述,本文所设计的基于H2/H∞和滞环电流控制方法的电磁主动悬架不但可以明显提升悬架的综合性能,而且可实现执行器高精度动作。
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