模糊插值控制及其在汽车减振控制中的应用
摘要
本文从汽车减振器的发展和基本理论出发，结合模糊推理控制的基本方法，对汽车筒式减振器的减振控制进行了研究。
首先，在模糊控制基本理论基础上，重点对单输入单输出和双输入单输出Mamdani算法的插值机理进行了论述，阐述了模糊插值的基本思想，通过模糊插值来减少规则的数量，提高了模糊控制器的计算速度。在此基础又进一步对模糊推理控制算法进行了研究，给出了模糊插值控制算法。
其次，在论文中建立了汽车筒式减振器的振动模型和模糊插值控制器，对输入量和输出量进行了模糊化，建立了模糊控制规则与模糊查询表。
最后，为验证模糊插值算法的有效性，论文中对该控制器的运行进行了数字仿真研究。在仿真研究中，借助Matlab6.5仿真软件对模糊插值控制中振动加速度的动态响应进行了模拟。从仿真结果可以看出，采用模糊插值算法控制的减振器的振动垂直加速度比一般模糊控制的减振器有了较大的降低，从而说明该控制简单有效，可以改善系统的平顺性和行驶安全性，控制精度和稳定性明显优于一般模糊控制减振器。当然，从控制结果看出，这种性能改善程度是有限的，并不能完全抑制振动，这有待于深入研究来提高系统的性能。
After an introduction to the development and basic theory of automobile absorbers, this paper mainly studies the control of shock absorption for vehicle absorbers with the basic method of fuzzy logic control.
First, in view of the basic theory for fuzzy control, this section mainly discusses the interpolation nature of single-input single-output and double-input single-output Mamdani algorithm, and explains the basic idea of fuzzy interpolation, in which the number of control rules can be reduced, improving the calculating speed of fuzzy controller. Furthermore, this section also studies the algorithm of fuzzy reasoning, putting forward the fuzzy interpolation control algorithm.
Secondly, an vibration model and fuzzy interpolation controller are established, fuzzing the input value and the output value, and builds the control rules and the look-up chart.
In the last section, to prove the validity of fuzzy interpolation algorithm, simulation with MatlabG. 5 for operating the fuzzy controller has been done, in which it simulates dynamic response of the vibration acceleration for fuzzy interpolation control. Results of simulation studies have shown that the vertical vibration acceleration of the absorbers with fuzzy interpolation control is smaller than that with general fuzzy control. So, that is to say, this fuzzy control is simple and effective, it can also improve the drive ability and safety, and the control precision and stability are obviously better than the general fuzzy controllers. Of course, from the results, we can see that the improvement is limit, it can't completely restrain the vibration, and this is to be studied deeply to improve the performance of this system.
首先，在模糊控制基本理论基础上，重点对单输入单输出和双输入单输出Mamdani算法的插值机理进行了论述，阐述了模糊插值的基本思想，通过模糊插值来减少规则的数量，提高了模糊控制器的计算速度。在此基础又进一步对模糊推理控制算法进行了研究，给出了模糊插值控制算法。
其次，在论文中建立了汽车筒式减振器的振动模型和模糊插值控制器，对输入量和输出量进行了模糊化，建立了模糊控制规则与模糊查询表。
最后，为验证模糊插值算法的有效性，论文中对该控制器的运行进行了数字仿真研究。在仿真研究中，借助Matlab6.5仿真软件对模糊插值控制中振动加速度的动态响应进行了模拟。从仿真结果可以看出，采用模糊插值算法控制的减振器的振动垂直加速度比一般模糊控制的减振器有了较大的降低，从而说明该控制简单有效，可以改善系统的平顺性和行驶安全性，控制精度和稳定性明显优于一般模糊控制减振器。当然，从控制结果看出，这种性能改善程度是有限的，并不能完全抑制振动，这有待于深入研究来提高系统的性能。
After an introduction to the development and basic theory of automobile absorbers, this paper mainly studies the control of shock absorption for vehicle absorbers with the basic method of fuzzy logic control.
First, in view of the basic theory for fuzzy control, this section mainly discusses the interpolation nature of single-input single-output and double-input single-output Mamdani algorithm, and explains the basic idea of fuzzy interpolation, in which the number of control rules can be reduced, improving the calculating speed of fuzzy controller. Furthermore, this section also studies the algorithm of fuzzy reasoning, putting forward the fuzzy interpolation control algorithm.
Secondly, an vibration model and fuzzy interpolation controller are established, fuzzing the input value and the output value, and builds the control rules and the look-up chart.
In the last section, to prove the validity of fuzzy interpolation algorithm, simulation with MatlabG. 5 for operating the fuzzy controller has been done, in which it simulates dynamic response of the vibration acceleration for fuzzy interpolation control. Results of simulation studies have shown that the vertical vibration acceleration of the absorbers with fuzzy interpolation control is smaller than that with general fuzzy control. So, that is to say, this fuzzy control is simple and effective, it can also improve the drive ability and safety, and the control precision and stability are obviously better than the general fuzzy controllers. Of course, from the results, we can see that the improvement is limit, it can't completely restrain the vibration, and this is to be studied deeply to improve the performance of this system.
引文
[1]Karnopp D. Vibration control using semi-active force generators. ASME Jof Engineering for Industry, 1974,96 (2):619-626
[2]李洪兴．Fuzzy控制的本质与一类高精度Fuzzy控制器的设计．控制理论与应用，1997．12，第14卷第6期
[3]余淼．等．磁流变减振器控制研究．化学物理学报，2001(5)
[4]李传兵．汽车减振器的最新发展．轻型汽车技术，2001(5)．18-19
[5]张庙康．液力阻尼车用减震器．实用新型专利公报，1996，(45)：CN2 2 3932 Y
[6]王立忠．等．磁流变体研究状况及进展．航空制造工程，1997(7)
[7]张曾科．模糊数学在自动化技术中的应用．清华大学出版社，1997
[8]李洪兴．模糊控制的插值机．理航空制造．中国科学(E辑)，1986．6，第28卷第3期
[9]李洪兴．变论域自适应模糊控制器．中国科学(E辑)，1999．2，第29卷第1期
[10]陈永义．模糊控制技术及其应用实例．北京．北京师范大学出版社．1993
[11]王洪礼．等．汽车悬架系统非线性振动的主动控制机械强，2000(9)．164-166
[12]李德超．等．自适应模糊控制半主动悬架．江苏理工大，2001(2)．38-41
[13]王世明，王孙安，李天石，半主动悬架及其控制．汽车技术，1999(7)
[14]余强．等．半被动悬架系统非连续模糊控制中控制器的建立．西安公路交通大学学报，1999(7)
[15]杨清梅．单片机在车辆悬架振动控制中的应用．机电工程，2000．17(1)
[16]Ray, Laura R. Robust linear- optimal control laws for active suspension systems. Advanced Automotive Technologies--1991 American Society of Mechanical Engineers, Design Engineering Divisison, 1991,40:291～302
[17]Karnopp D.Active damping in road vehicle suspension system.Vehicle System Dynamics,1983,12:291～298 ， ’
[18]Araki Y. Preview control of active suspension using disturbance information of frontwheel. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part C, 1994,60(578) :3404～3409
[19]张庙康．车辆悬架模糊神经网络半主动振动控制系统的研究．振动测试与诊，1996．16
[20]Petek N K. An Electronically Controlled Shock Absober Using Electrorheological Fluid. SAE Paper 920275
[21]Krakov M S. Influence of Rheological Properties of Magnetic Fluid on Damping Ability of Magnetic Fluid Shock-Absorber. Journal of Magnetism and Magnetic Materials,1999,201
[22]孙冰，聂景旭．自适应变阻尼磁流变体减振器．宇航学报，2001(4)
[23]王立忠．等．磁流变体研究状况及进展．航空制造，1997(2)
[24]Yueh-JaW Lin, et at.Fuzzy Logic Control of Vehicle Suspension Systems [J].Intof Vehicle Design, 1993,14(5/6) 457-470
[25]DETLEF Nauck FRANK klawonn, RUDOLF Kruse.Neuronale Netze and Fuzzy-systeme[M]. Wiesbaden: Verlag Vieweg. 1994
[26]水本雅晴．刘风璞．译。模糊数学及其应用[M]．北京：机械工业出版社，1986
[27]丁承君．等．基于线性插值的模糊控制．基础自动化，2001．8，第8卷第4期
[28]丁承君．等．采用线性插值法改善模糊控制器控制特性的研究．河北工业大学学报，1999．28．第6期
[29]李凡．等．基于分段线性插值的规则库缩减方法．小型微型计算机系统，2001．5，第22卷第5期
[30]赵振宇等．模糊控制理论和神经网络的基础与应用．北京：清华大学出版社，1996
[31]吴晓莉．林哲辉等．MATLAB辅助模糊系统设计．西安电子科技大学出版社，2002
[32]王立新．自适应模糊系统与控制．北京：国防工业出版社，1995
[33]孙增圻等．智能控制理论与技术．北京：清华大学出版社，2000
[34]徐昕．李涛等．Matlab工具箱应用指南—控制工程篇．北京：电子工业出版社，2000
[35]楼顺天等．MATLAB程序设计语言．西安：西安电子科技大学出版，1997
[36]Lotfi A.Zadeh,Berkeley,CA,Fuzzy Logic toolbox User's Guide Version 2.1.1, MathWorks, Inc,2001
[37]李洪兴．汪培庄著．模糊数学．北京：国防工业出版社，1994
[38]王士同等．模糊数学在人工智能中的应用．北京：机械工业出版社，1991
[39]李洪兴等．工程模糊数学方法及应用．天津：天津科学技术出版社，1993
[40]于长官编．现代控制理论．哈尔滨工业大学出版社，1988
[41]高飞．薛忠．模糊控制技术中的几个问题．西安电子科技大学学报，1998(3)
[42]李凡．近似推理[M]．北京．科学出版社，1995
[43]李胜怡等．智能制造技术基础[M]．长沙：国防科技大学出版社，1995
[44]张乃尧等．神经网络与模糊控制[M]．北京．清华大学出版社，1999
[45]汪培庄．李洪兴．模糊系统理论与模糊计算机．北京．科学出版社，1996
[46]李洪兴．从模糊控制的数学本质看模糊逻辑的成功．模糊系统与数学，1995．9(4)
[47]陈永义．模糊控制技术及其应用实例．北京．北京师范大学出版社．1993
[48]张乃尧．典型模糊控制器的结构分析．模糊系统与数学，1997．42(10)
[49]Li Hongxing and Yen,V.C.,Fuzzy Sets and Fuzzy Decision Making,Boca Raton: CRC Press, 1995
[50]韩曾晋编．自适应控制系统．北京：机械工业出版社，1983
[2]李洪兴．Fuzzy控制的本质与一类高精度Fuzzy控制器的设计．控制理论与应用，1997．12，第14卷第6期
[3]余淼．等．磁流变减振器控制研究．化学物理学报，2001(5)
[4]李传兵．汽车减振器的最新发展．轻型汽车技术，2001(5)．18-19
[5]张庙康．液力阻尼车用减震器．实用新型专利公报，1996，(45)：CN2 2 3932 Y
[6]王立忠．等．磁流变体研究状况及进展．航空制造工程，1997(7)
[7]张曾科．模糊数学在自动化技术中的应用．清华大学出版社，1997
[8]李洪兴．模糊控制的插值机．理航空制造．中国科学(E辑)，1986．6，第28卷第3期
[9]李洪兴．变论域自适应模糊控制器．中国科学(E辑)，1999．2，第29卷第1期
[10]陈永义．模糊控制技术及其应用实例．北京．北京师范大学出版社．1993
[11]王洪礼．等．汽车悬架系统非线性振动的主动控制机械强，2000(9)．164-166
[12]李德超．等．自适应模糊控制半主动悬架．江苏理工大，2001(2)．38-41
[13]王世明，王孙安，李天石，半主动悬架及其控制．汽车技术，1999(7)
[14]余强．等．半被动悬架系统非连续模糊控制中控制器的建立．西安公路交通大学学报，1999(7)
[15]杨清梅．单片机在车辆悬架振动控制中的应用．机电工程，2000．17(1)
[16]Ray, Laura R. Robust linear- optimal control laws for active suspension systems. Advanced Automotive Technologies--1991 American Society of Mechanical Engineers, Design Engineering Divisison, 1991,40:291～302
[17]Karnopp D.Active damping in road vehicle suspension system.Vehicle System Dynamics,1983,12:291～298 ， ’
[18]Araki Y. Preview control of active suspension using disturbance information of frontwheel. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part C, 1994,60(578) :3404～3409
[19]张庙康．车辆悬架模糊神经网络半主动振动控制系统的研究．振动测试与诊，1996．16
[20]Petek N K. An Electronically Controlled Shock Absober Using Electrorheological Fluid. SAE Paper 920275
[21]Krakov M S. Influence of Rheological Properties of Magnetic Fluid on Damping Ability of Magnetic Fluid Shock-Absorber. Journal of Magnetism and Magnetic Materials,1999,201
[22]孙冰，聂景旭．自适应变阻尼磁流变体减振器．宇航学报，2001(4)
[23]王立忠．等．磁流变体研究状况及进展．航空制造，1997(2)
[24]Yueh-JaW Lin, et at.Fuzzy Logic Control of Vehicle Suspension Systems [J].Intof Vehicle Design, 1993,14(5/6) 457-470
[25]DETLEF Nauck FRANK klawonn, RUDOLF Kruse.Neuronale Netze and Fuzzy-systeme[M]. Wiesbaden: Verlag Vieweg. 1994
[26]水本雅晴．刘风璞．译。模糊数学及其应用[M]．北京：机械工业出版社，1986
[27]丁承君．等．基于线性插值的模糊控制．基础自动化，2001．8，第8卷第4期
[28]丁承君．等．采用线性插值法改善模糊控制器控制特性的研究．河北工业大学学报，1999．28．第6期
[29]李凡．等．基于分段线性插值的规则库缩减方法．小型微型计算机系统，2001．5，第22卷第5期
[30]赵振宇等．模糊控制理论和神经网络的基础与应用．北京：清华大学出版社，1996
[31]吴晓莉．林哲辉等．MATLAB辅助模糊系统设计．西安电子科技大学出版社，2002
[32]王立新．自适应模糊系统与控制．北京：国防工业出版社，1995
[33]孙增圻等．智能控制理论与技术．北京：清华大学出版社，2000
[34]徐昕．李涛等．Matlab工具箱应用指南—控制工程篇．北京：电子工业出版社，2000
[35]楼顺天等．MATLAB程序设计语言．西安：西安电子科技大学出版，1997
[36]Lotfi A.Zadeh,Berkeley,CA,Fuzzy Logic toolbox User's Guide Version 2.1.1, MathWorks, Inc,2001
[37]李洪兴．汪培庄著．模糊数学．北京：国防工业出版社，1994
[38]王士同等．模糊数学在人工智能中的应用．北京：机械工业出版社，1991
[39]李洪兴等．工程模糊数学方法及应用．天津：天津科学技术出版社，1993
[40]于长官编．现代控制理论．哈尔滨工业大学出版社，1988
[41]高飞．薛忠．模糊控制技术中的几个问题．西安电子科技大学学报，1998(3)
[42]李凡．近似推理[M]．北京．科学出版社，1995
[43]李胜怡等．智能制造技术基础[M]．长沙：国防科技大学出版社，1995
[44]张乃尧等．神经网络与模糊控制[M]．北京．清华大学出版社，1999
[45]汪培庄．李洪兴．模糊系统理论与模糊计算机．北京．科学出版社，1996
[46]李洪兴．从模糊控制的数学本质看模糊逻辑的成功．模糊系统与数学，1995．9(4)
[47]陈永义．模糊控制技术及其应用实例．北京．北京师范大学出版社．1993
[48]张乃尧．典型模糊控制器的结构分析．模糊系统与数学，1997．42(10)
[49]Li Hongxing and Yen,V.C.,Fuzzy Sets and Fuzzy Decision Making,Boca Raton: CRC Press, 1995
[50]韩曾晋编．自适应控制系统．北京：机械工业出版社，1983