某种汽车的动力学特性研究毕业论文.doc

毕业设计报告(论文)报告(论文)题目： 某种汽车的动力学特性研究 作者所在系部： 机械工程系 作者所在专业： 机械设计制造及其自动化 作者所在班级： 作 者 姓 名 ： 作 者 学 号 ： 指导教师姓名： 完 成 时 间 ： 20 某种汽车悬架的动力学特性研究Research On Dynamics of a Vehicle Suspension Characteristics 中文摘要主动悬架控制技术已在国外工业发达国家有了成型产品，主动悬架能够同时改善汽车的乘坐舒适性（平顺性）和操纵稳定性，具有良好的隔振效果，因此从20世纪80年代开始，保时捷、福特、奔驰等公司均在其高级轿车上装备有各自开发的主动悬架系统。但其市场普及依然存在很大困难，这主要有两个方面的原因：一是成本太高；二是能量消耗过大。因此目前仅限于装载在排量较大的一些高档车型上。但可以肯定，基于主动控制技术的主动悬架是未来车辆悬架系统重要的发展方向，因此，研究汽车悬架的动力学特性有着重要的意义。本文通过对建立的两自由度非线性方程进行数值计算和理论分析，求得车身及轮胎的振动频率。在路面位移激励的影响下，分析了车身的稳定性及不同频率的路面激励对车轮车身振动的影响，画出了幅频曲线和相图。用MATLAB软件对汽车振动模型进行数值仿真分析，求得车身振动的动载荷及其变形，分析轮胎和悬架的各种动力学性能。各种非线性因素的影响，使常规的控制策略具有一定的局限性，在复杂的汽车悬架系统中更为明显。为了更好的逼近实际系统，获得更佳的控制效果，需寻求更有效的控制策略。通过介绍路面随机激励的基础知识，仿真得出了随机路面图；采用智能控制后悬架的加速度、轮胎的动载荷和悬架的动挠度均大幅降低，从而提高了汽车的乘坐舒适性、行使的安全性和稳定性。 本文选定标致307的悬架系统作为研究对象，可以采用新型的阻尼器，运用行之有效的智能控制策略，能很好的提高汽车悬架的性能特性，改善乘车时的各项性能指标，提高汽车的安全性和舒适性。关键词：主动悬架，模糊控制，数值运算 ABSTRACTActive suspension control technology has been developed in foreign countries forming industrial products, it can improve vehicle ride comfort (ride comfort) and the handling and stability, Isolation has a good effect, So the 80s from the beginning of the 20th century, Porsche, Ford, Mercedes-Benz and other companies in its high-level cars are equipped with their own on the development of active suspension system. But its market penetration is still very difficult for the two main reasons:First, the cost is too high; Second, excessive energy consumption.Therefore currently limited to the larger load in the emission of some high-end models. it is certain that active control technology based on the active suspension vehicle suspension system is an important future direction for the development ,so study the dynamics of vehicle suspension has an important significance.In this paper,Through establish a 2-degree-of-freedom non-liner equation,Though theory analysis and numerical calculation,from get the frequency of vibration by the whole body and the tyres.Ianalysis the stability of the body and the types vibration in different frequency when running on the road.,and depicts the frequency curve and the phase diagram. Using MATLAB software automotive vibration analysis of numerical simulation model to obtain the dynamic load body vibration and deformation,analysis of the various tire and suspension dynamics performance. A variety of non-linear factors, so that the conventional control strategy has some limitations, In a complex suspension system of the car is more obvious. In order to better approximate the actual system to obtain better control effect, to search for more effective control strategy.Through the presentation of the basics of road random excitation, simulating the road random map drawn. Using intelligent control of the acceleration after the suspension, the tire dynamic load and the dynamic deflection of suspension were substantially lower, Thus enhancing the comfort of motor vehicles, in exercise of the security and stability.In this paper, the selection of Peugeot 307 suspension system for the study，it can be used a new type of damper，Intelligent use of effective control strategies，can be very good to improve the performance characteristics of vehicle suspension，and to improve the car at the time of the performance indicators to improve vehicle safety and comfort.Keywords：Active Suspension，Fuzzy Control，Numerical computingII 目 录第1章 绪论11.1非线性振动理论的发展及研究方向11.1.1非线性振动理论概述11.1.2课题的提出11.2研究现状21.2.1汽车悬架知识21.2.2汽车悬架系统非线性系统的现状研究41.3本文的工作51.3.1建立合理的力学模型51.3.2探求合理有效的研究方案51.3.3解决的主要问题51.4具体研究方案51.5本文的创新之处6第2章 选定汽车简介及减震器72.1 标志307简介72.2 减震器工作原理8第三章悬架振动方程的数值分析103.1建立力学模型103.2常微分方程的数值解法113.3系统振动信号的频谱分析113.3.1数值计算与频谱分析结果123.3.2悬架系统振幅值与激振力频率的关系153.3.3各参数的变化对悬架系统幅值的影响163.4本章小结17第4章 主动悬架的模糊控制策略研究及仿真184.1模糊控制器的设计184.1.1模糊控制器的选择194.1.2变量选择194.1.3模糊判决224.2仿真结果224.2.1路面为正弦激励224.2.2路面为随机激励244.3本章小结28第5章 全文总结30致 谢31参考文献32附录34 第1章 绪论1.1非线性振动理论的发展及研究方向1.1.1非线性振动理论概述振动是物理学、技术科学中广泛存在的物理现象，如建筑物和机器的振动，无线电技术和光学中的电磁振荡，控制系统和跟踪系统中的自激振动、声波振动，同步加速器中的束流振动和其结构共振，火箭发动机燃烧时的振动，化学反应中的复杂振动等。这样一些表面上看起来极不相同的现象，都可以通过振动方程统一到振动理论中来。振动是机械运动的一种形式，严格地讲，在技术领域中，描述这些现象的方程式大多是非线性的。对于那些非线性因素较弱的问题，我们可以用线性方程替代非线性方程，这种方法成为线性方法。而对某些非线性问题，这样简化误差很大，甚至带来质的变化，这是不能忽略的。因此这样的振动系统必须用非线性振动理论来研究。 非线性系统不但运动复杂而且结构精细，特别在某些不稳定的平衡点附近有极为复杂的形态，给研究者带来了很大的困难。所以非线性理论尚未发展完善，许多重要运动性态的机理尚不清楚。当前的众多专家、学者正致力于研究多自由度系统的非线性振动问题、在多频激励力作用下系统非线性振动特性、强非线性大振动的求解方法和解的性态、非线性系统的局部和全部分岔、突变理论及混沌特性和机理、非线性随机系统的分岔。除此之外，如何用非线性振动理论指导解决工程技术中的问题也是本科学迫切需要研究的重要方向。 随着科学技术的飞速发展，汽车开始进入千家万户。与此同时，汽车行驶的舒适性、安全性及稳定性逐渐成为人们关心的问题。由于路况的随机性，汽车行驶中在路面激励的影响下，车身、车轮发生振动，产生巨大的动载荷，对乘客的舒适性造成很大的负面影响。为此，有必要探求影响车身振动的因素，从理论上研究车身振动的机理及其动态响应特征。1.1.2课题的提出主动悬架控制技术已在国外工业发达国家有了成型产品，主动悬架能够同时改善汽车的乘坐舒适性（平顺性）和操 纵稳定性，具有良好的隔振效果，因此从20世纪80年代开始，保时捷、福特、奔驰等公司均在其高级轿车上装备有各自开发的主动悬架系统。但其市场普及依然存在很大困难，这主要有两个方面的原因：一是成本太高；二是能量消耗过大。因此目前仅限于装载在排量较大的一些高档车型上。但可以肯定，基于主动控制技术的主动悬架是未来车辆悬架系统重要的发展方向。国内对主动悬架的研究尚处于悬架系统控制算法的优化设计和理论分析阶段。所以对主动悬架的各种控制策略进行研究比较，有其重要的现实意义。因此，当前对主动悬架的研究还是很有必要的。例如：1对主动悬架转向、驱动和防抱死等系统进行联合控制。大规模联合控制系统的实现，不仅使系统对传感器、液压源、控制器共同利用，以降低成本和车身质量，还可防止各种控制间的干扰，将使车辆的动态性能得到更大的改善。 2由于主动悬架需要消耗发动机的一部分功率，因此如何减少系统的功率消耗，也是一个值得研究的问题。考虑到车辆节能的重大意义，对悬架系统能量转换及再利用的原理和机构的研究，也将成为今后主动悬架技术的一个重要发展方向。 衡量悬架性能好坏的主要指标是汽车行驶的平顺性和操纵稳定性，但这两个方面是相互排斥的性能要求，往往不能同时满足。怎样在二者之间取得合理的平衡以达到最好的效果，一直是工程师们的研究课题。1.2研究现状1.2.1汽车悬架知识现代汽车悬架的发展十分快，不断出现崭新的悬架装置。按控制形式不同分为被动式悬架和主动式悬架。目前多数汽车上都采用被动悬架，如图1-1所示也就是汽车姿态（状态）只能被动地取决于路面及行驶状况和汽车的弹性元件，导向机构以及减振器这些机械零件。20世纪80年代以来主动悬架开始在一部分汽车上应用，并且目前还在进一步研究和开发中。主动悬架可以能动地控制垂直振动及其车身姿态，根据路面和行驶工况自动调整悬架刚度和阻尼。1. 弹性元件；2. 纵向推力杆；3. 减振器；图1-1根据汽车导向机构不同悬架种类又可分为独立悬架，非独立悬架。如下图1-2所示。图1-2a. 独立悬架 b. 非独立悬架非独立悬架如上图(b)所示。其特点是两侧车轮安装于一整体式车桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接影响到另一侧车轮上，当车轮上下跳动时定位参数变化小。若采用钢板弹簧作弹性元件，它可兼起导向作用，使结构大为简化，降低成本。目前广泛应用于货车和大客车上，有些轿车后悬架也有采用的。非独立悬架由于非簧载质量比较大，高速行驶时悬架受到冲击载荷比较大，平顺性较差。 独立悬架是两侧车轮分别独立地与车架（或车身）弹性地连接，当一侧车轮受冲击，其运动不直接影响到另一侧车轮，独立悬架所采用的车桥是断开式的。这样使得发动机可放低安装，有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。独立悬架允许前轮有大的跳动空间，有利于转向，便于选择软的弹簧元件使平顺性得到改善。同时独立悬架非簧载质量小，可提高汽车车轮的附着性。如上图(a)所示。1.2.2汽车悬架系统非线性系统的现状研究目前国内外对基于阻尼器的汽车悬架进行了很多研究，取得了丰富的研究成果。 从20世纪70年代末期，特别是80年代中期以来，有关汽车阻尼器悬架系统的文献和研究成果每年都有报道，研究的内容涉及路面描述与模型、悬架系统的简化与建模，应用模糊逻辑控制、自适应控制、H控制、最优控制、人工神经网络等智能控制方法进行悬架控制规律的设计、系统仿真与实验研究，成功地开发了不少新型的减震器。从总体上看，悬架系统合理化、控制理论复杂化，控制过程实用化是当今智能悬架开发的一大特点，这些研究极大地丰富了阻尼器悬架的控制理论，有力地推进了各种新型阻尼器悬架系统在汽车工程中的应用。国内很多单位在这方面也做出了许多开创性的研究，重庆大学、南京航空航天大学、浙江大学、西安交通大学及吉林大学等对汽车悬架的研究取得了重大成果。何做到数值仿真和理论分析的相互验证，成为目前的研究重点。例如天津大学的贾启芬教授几年来在理论分析方面做了许多工作，以悬架的分段线性非线性动力系统为出发，根据非线性理论KB法得出频幅响应函数，详细阐述了汽车悬架的非线性特征；并讨论了非线性弹簧、阻尼系数、地面不平度等对共振曲线的影响。通过对随机路面激励的仿真，得出理论和数值仿真的幅频曲线基本吻合。除此之外，随机非线性理论在汽车悬架分析中也提供了一种研究方法。通过拟和路面谱，研究了路面多频激励下汽车悬架滞后非线性系统的稳定性，从理论上分析了悬架运动的稳定状况及发生分岔的可能性因素。由此可知，由于路况信息的复杂化及车身固有因素的影响，悬架的振动特性成非线性变化，如何从理论上探求这种变化的机理，并和数值仿真相比较已成为目前非线性科学的重要研究课题。1.3本文的工作 通过理论分析，解释在路面激励下汽车悬架的振动特性，分析汽车悬架减震效果；设计合适的智能控制系统对阻尼力进行实时控制，以实现汽车行驶的安全性和舒适性。1.3.1建立合理的力学模型建立汽车悬架的非线性振动模型，研究车桥耦合系统的振动特性，从力学机理上研究汽车与路面激励间的相互作用影响以及内部本身存在复杂动力学现象。 1.3.2探求合理有效的研究方案 用理论分析和数值仿真两种方法分别研究汽车悬架系统的动力学行为。集中对汽车悬架的动力响应进行分析，包括车身加速度、悬架动挠度和车轮动载的幅频特性、功率谱等,用数值仿真针对不同悬架设计各种主动、半主动控制方法，包括最优控制、自适应控制、以及神经网络控制的智能控制等；进而验证理论结果。 1.3.3解决的主要问题 1理论上，对阻尼力进行详细研究，探求出非线性阻尼力的影响因素；设计合理的阻尼力模型，使分段变化的阻尼力转变为连续变化，以深入研究悬架的非线性动力响应。 2在数值仿真上，充分考虑路面谱的随机性，对随机路面谱仿真，采用模糊、神经网络控制系统全面分析车身加速度、悬架动挠度及车轮动载荷等特征。深入分析影响车身振动变形及轮胎跳动的关键因素；以研究在不同的路面谱激励下悬架发生共振时对乘客舒适性、安全性的影响。1.4具体研究方案1根据汽车悬架元件的非线性特性建立1/4车辆悬架的非线性动力学模型，然后由模型建立力学方程，并应用matlab对方程求解。 2在悬架非线性振动系统中，充分考虑弹性元件的非线性刚度及非线性阻尼力等因素，推导出数学方程。 3用数值方法编程求解车身振动的位移、速度、加速度的响应及各幅频曲线，从宏观上展现悬架振动时的动载荷、动挠度等。1.5本文的创新之处 本文的研究内容，属振动力学、车辆工程、信息控制学科的交叉，是车桥耦合中的关键问题；其理论和实际相结合，用先进的理论方法解决了汽车悬架的非线性振动问题。同时在理论研究的基础上，用数值仿真近似模拟悬架的动力特性，探索新的控制策略，采用现实中常见的汽车为研究对象，根据对其各种工作模型参数的分析，运用振动力学的知识，探求汽车行驶时安全性舒适性的最佳控制。第2章 选定汽车简介及减震器2.1 标志307简介东风标致307发动机横置，前置前驱动，四轮独立悬挂，前轮采用麦克弗逊式独立悬架（如图2-1），螺旋弹簧，带三角型下横臂及横向稳定杆，后轮采用可变形横梁式，带横向稳定杆主动、被动安全装置齐全，人性化设计处处得到充分体现。麦弗逊式悬架是使用最广泛得悬架系统，特别是再欧洲原产汽车中，它是将一个减震器和一个螺旋弹簧合并组成一个装置，因此提供了一种结构更紧凑，重量更轻得悬架系统，可用在前轮驱动得车辆上。 东风标致307一体化的钢制车身大大增强了车体的强度：一方面，在发生冲撞时，专门吸收冲力区域能减少对乘客的冲击，提高了对乘客的保护；另一方面，整体车身能保证良好的接地性能，充分保障行车的安全性。 图2-12.2 减震器工作原理 减震器也称缓冲器，它通过一种称为阻尼的过程来控制不希望发生得弹簧运动，减震器通过将悬架运动得动能转换为可通过液压油耗散的热能，来放缓和减弱振动性运动得大小，要了解其工作原理，可以由图2-2来了解一下它得内部结构和功能。图2-2 减震器的结构及工作原理 减震器基本上是一个放置在车架与车轮之间得机油泵。减震器得上支座连接到车架（簧载质量），下支座靠近车轮连接到轴（非簧载质量）。在双筒设计中，减震器最常见得类型之一是上支座连接到活塞杆，活塞杆连接到活塞，而活塞位于充满液压油的筒中。内筒称为压力筒，外筒称为储油筒。储油筒存储多出的液压油。 当车轮遇到颠簸路面并导致弹簧压紧和拉伸时，弹簧得能量通过上支座传递到减震器，并经由活塞杆向下传递到活塞。活塞上打有孔，当活塞在压力筒内上下运动时，液压油可通过这些小孔渗漏出来。因为这些孔非常微小，所以在很大得压力下也只能有很少的液压油通过。这样就减缓了活塞的运动速度，从而使弹簧的运动缓慢下来。减震器的工作包括两个循环压缩循环和拉伸循环。压缩循环是指活塞向下运动时压缩其下面得液压油；拉伸循环是指活塞向上运动到压力筒顶部时其上方得液压油。对于像307这样得典型汽车，其拉伸循环时的阻力要比其压缩循环时的阻力大。需要值得注意的是，压缩循环控制的是车辆非簧载质量（粗略定义为路面与悬架弹簧之间得质量）的运动，而拉伸循环控制的是相对更重得簧载质量（弹簧上支撑的车辆的质量）的运动。 所有现代的减震器都带有速度传感功能悬架得运动速度越来越快，减震器提供得阻力越大。这使得减震器能够根据路况进行调整，并控制行驶的车辆中可能出现得所有不希望发生得运动，包括弹跳，侧倾，制动俯冲和加速蹲伏等。第3章 悬架振动方程的数值分析3.1建立力学模型 1/4 车辆模型是设计汽车可控悬架控制律最基本的模型，它是车辆横竖分割后的任意一个角，如图3-1所示。由于模型中只有一个车轮，所以不能用来研究汽车的姿态控制，但是它基本能反映汽车悬架中车身振动加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷这些本质特性。与复杂的全车模型比较，1/4 车辆模型具有以下优点： 1所涉及的设计参数最少； 2所涉及的性能参数最少； 3可以简化系统输入；4容易理解设计与性能之间的关系。图3-1 1/4悬架简化模型由简化的力学模型可建立两自由度的非线性方程组， （3-1）其中，路面位移激励， 为不平度激励幅值，为行程角频率，汽车行驶速度，为波长。当汽车行驶速度为常数时，有关系式。3.2常微分方程的数值解法 随着电子数字计算机的迅速发展以及各种计算方法的不断完善，数值分析法已成为各个科学技术领域中普遍应用的重要研究方法。其基本思想是首先通过一定的方法把连续型定解问题在给定区间的节点上离散化，得到一个差分方程的初值问题，再由差分方程求得常微分方程的解在节点处的近似值。把连续型问题离散化的方法有数值微分法、数值积分法和Taylor展开法，Runge-Kutta方法是最为常用的一种微分方程数值积分方法。Runge-Kutta法计算简单、精确度高，经典的四阶标准Runge-Kutta法，其计算格式为： （3-2）Runge-Kutta法利用公式（3-2），从Xn计算出Xn+1 ，这是一种单步方法，它在一个步长内分成四级（对应于四个k值），因此是一种单步四级的方法。数值计算软件MATLAB中专门提供了采用Runge-Kutta方法来求解常微分方程的函数，如ode23，ode45，ode113等。本文的数值计算即采用了MATLAB内嵌的ode45函数。3.3系统振动信号的频谱分析为了适应计算机对无限长连续的信号进行分析处理，分析时只能将其截断变成有限长度的离散数据，而要使离散信号能够真实的反应原连续信号，截断时必须符合采样定理，即采样频率必须大于等于被分析信号成分中最高频率值的两倍以上，用公式表示为: （3-3）其中，t是采样时间间隔。 由于时间历程x(t)的采样序列的频谱由连续信号x(t)的频谱X(f)与采样函数s(t)的频谱S（f）的卷积求得，故该频谱在频率轴上也是周期函数，其周期长度等于采样频率。若信号x（t）的上限频率与采样频率之间满足采样定理，就不会发生频率混淆，此时得到的频谱是时间序列x（t）的真实频谱。快速傅里叶变化法的基本思想是巧妙地利用了复指数函数的周期性和对称性，充分利用中间计算结果，从而使得计算工作量大大减少。快速傅里叶变换的时域分解法，是将一时间序列分解成比较短的子时间序列，子时间序列还可以继续再分解成更小的子时间序列，递推下去直到最后得到一个最简单的子时间序列，即分解为一个数为止；然后利用傅氏变换计算公式对最后得到的最简单的子时间序列进行傅立叶变换，再将各子时间序列的傅里叶变换结果按一定规则进行组合，最后得到原时间序列的傅里叶变换结果。为了满足分解和组合的需要，时间序列的长度必须满足 (p为整数)的关系。而对时域信号的截断会导致频谱分析出现误差，使得本来集中于某一频率的功率（或能量），部分地被分散到该频率附近的领域，这种现象称为“泄漏”效应。为了抑止“泄漏”，需采用特种窗函数来代替矩形窗函数，使在时域上截断信号两端的波形由突变而变为平滑，在频域上尽量压低旁瓣的高度，尽量缩小误差。3.3.1数值计算与频谱分析结果 当激振力频率在悬架固有频率附近变化时，系统有可能发生共振，令路面位移激励为，汽车悬架的基本参数：， ，。根据，随,L取不同的值而变化，从而模拟出路面不平度状况，轮胎固有频率为：,悬架固有频率为：，在和附近变化时，车体有可能发生共振现象。下面分别对取不同的值，可以看出随着的变化车体的振动响应情况。 1时的系统时域、频域响应图。 图3-2悬架，轮胎位移响应图 图3-3悬架，轮胎速度响应图 图3-4悬架幅频曲线图 图3-5轮胎幅频曲线图2=4HZ时的系统时域、频域响应图。 图3-6悬架，轮胎位移响应图 图3-7悬架，轮胎速度响应图 图3-8悬架幅频曲线图 图3-9轮胎幅频曲线图3=4.8HZ时的系统时域、频域响应图。 图3-10悬架，轮胎位移响应图 图3-11悬架，轮胎速度响应图 图3-12悬架幅频曲线图 图3-13轮胎幅频曲线图3.3.2悬架系统振幅值与激振力频率的关系 悬架的固有频率在1.2-1.6Hz附近，轮胎的固有频率在10-14Hz附近，故当激振力的激励频率发生变化时，悬架和轮胎的振动幅值也随之改变，并在某个频率段发生共振现象。经过数值计算，得出了悬架轮胎幅值随路面激励频率的变化关系，找出了共振域，为避免悬架和轮胎产生共振效应，提高汽车行驶的平稳性提供了重要依据；图3-14、3-15为正弦激励下系统的幅值变化。图3-14悬架幅值随激励频率的变化曲线图3-15 轮胎幅值随激励频率的变化曲线由此可以看出，在3-6Hz频率段内，悬架和轮胎的变形迅速变大，产生共振效应，超过6Hz后，悬架变形迅速减小，而轮胎的幅值变化平稳，幅度较小，所以应在这个频率段进行减振控制。3.3.3各参数的变化对悬架系统幅值的影响改变粘滞阻尼系数，悬架和轮胎变形也会相应改变，假定取=4HZ，图3-16悬架幅值随的变化曲线图3-17轮胎幅值随的变化曲线 图3-16中，当从2000增加到7000时，悬架变形值迅速减小下降幅度很大；在7000-10000范围内，变化平稳，有逐渐上升的趋势。所以控制在7000左右时，悬架变形量最小。图3-17中，轮胎的位移随着的增大而有所增加，在7000附近下降后又缓慢上升。此可看出，对轮胎的变形影响较小。综合两图，在其它各参数确定时，值取7000为宜。 综上所述，根据数值计算结果，合理选取各参数值，使悬架轮胎的变形量降到最小，对研究汽车减振问题具有重要的作用。3.4本章小结 首先，建立了基于标致307的汽车主动悬架的力学模型，并简要介绍了数值计算和Runge-Kutta法。其次，通过对汽车主动悬架非线性振动方程组的数值计算，得出了悬架轮胎的变形响应图。调节激励频率，可以看出激励频率在35Hz附近时，悬架变形量达到最大，容易产生共振效应。同样改变其它参数，也可以改变车体位移。最后，改变粘滞阻尼系数，悬架、轮胎的变形也随之非线性变化。故合理选取各参数值，使悬架轮胎的变形量降到最小，对研究汽车减振问题有着重要的作用。第4章 主动悬架的模糊控制策略研究及仿真 随着控制理论的发展及其在现实中的应用，一些大型、复杂和具有不确定性的系统难以建立精确的数学模型，用原有经典的控制理论很难实现系统的有效控制。为了满足这种现实的需要,人们开始将模糊理论用于自动控制系统并形成了模糊控制理论，以便解决那些时变的非线性复杂系统。 模糊控制系统是一种自动控制系统，它以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑的规则推理为理论基础，采用计算机控制技术构成的一种具有反馈通道的闭环控制系统。它的组成核心为具有智能性的模糊控制器。4.1模糊控制器的设计 要设计一个模糊控制器来实现语言控制，必须解决以下三个方面的问题。 1精确量的模糊化，把语言变量的语言值化为某适当论域上的模糊子集。 2模糊控制算法的设计，通过一组模糊条件语句构成模糊控制规则，并计算模糊控制规则决定的模糊关系。 3输出信息的模糊判决，并完成由模糊量到精确量的转化。 模糊控制器的机构图如图4-1所示 模糊控制系统的核心组成部分为模糊控制器（Fuzzy Controller）,它由五部分组成。图 4-1 模糊控制器机构图1输入输出量的规范化（量化）； 2输入量的模糊化； 3语言控制规则； 4模糊逻辑推理； 5输出量的反模糊化。4.1.1模糊控制器的选择 本文采用双输入单输出控制器，即：输入：误差E和误差变化CE,输出：控制量U和控制量变化U, 对应的模糊控制规则通常由下面的模糊条件语句描述:If E is A and EC is B then U is C或If E is and EC is B then, U is C,A，B,C为模糊子集偏大,中等, 偏小,表达式为：U=R(E,CE)或 ,这是模糊控制中最常用的一种控制规则，它反映非线性比例加微分（PD）控制规律。另外还有一种情况的模糊控制器为输入：误差E和误差变化S,输出：控制量U和控制量变化U, 对应的模糊控制规则通常由下面的模糊条件语句描述:If E is A and S is B then U is C或If E is and Sis B then, U is C,A，B,C为模糊子集偏大,中等, 偏小,表达式为：U=R(E, )或 ,它反映非线性比例加积分（PI）控制规律。本文这种模糊控制器，参考输入选簧载质量和非簧载质量的相对位移，测试的输出变量选相对位移的响应值 ，则误差及误差的变化率为控制器的两个输入，记为e，。输出量为U。4.1.2变量选择控制变量的选择要能够具有系统特性，而控制变量选择是否正确，对系统的性能将有很大的影响。例如做位置控制时，系统输出与设定值的误差量即可当做模糊控制器的输入变量。一般而言，可选用系统输出、输出变化量、输出误差、输出误差变化量及输出误差量总和等，做为模糊控制器的语言变量。4.1.2.1语言变量的选取语言变量的选取现实生活中，人们习惯将事物分成几个等级，如“高”、“偏高”、“适中”、“偏低”、“低”等。因此在设计模糊控制器时，我们对于误差、误差变化率和控制量采用“正大”、“正中”、“正小”、“零”、“负小”、“负中”、“负大”等7个语言变量值来描述。 本文根据实际情况，采用的是二维模糊控制器，则模糊控制器的误差量和误差变化量取七个语言值，即“正大”(PB)、“正中”(PM)、“正小”(PS)、“零”(ZO)、“负小”(NS)、“负中”(NM)、“负大”(NB),控制器的输出取六个语言值，即E1(小),E2（中小）,E3（中）,E4(小大),E5(中大),E6（大）。表示为：E=NB,NM,NS,Z0,PS,PM,PB；CE=NB,NM,NS,Z0,PS,PM,PB；U=E1,E2,E3,E4,E5,E6E,CE分别代表控制器输入的误差及误差变化率的模糊集合，U为模糊控制器输出的模糊集合。4.1.2.2确定各语言变量的隶属函数模糊语言值实际上是一个模糊子集，语言值最终是通过隶属函数来描述的。在模糊控制中，常用正态分布形式来描述模糊语言子集的隶属函数分布。 将E，CE分别量化为7级，U量化为6级，即 E，CE的值域为：-6，-4，-2，0，2，4，6， U的值域为：1，2，3，4，5，6。 参考系统仿真结果，量化因子及比例因子分别取为，,其中表示误差变化率的量化因子，表示选定构成值域Y=，-，,0,为控制变量的基本值域-U,U的量化等级数。输入和输出隶属的函数图分别如下图4-2，4-3，4-4所示图4-2 误差e输入的基本值域图4-3 误差输入的基本值域图4-4 u输出的基本值域4.1.2.3建立模糊控制规则模糊控制规则是模糊控制器的一个重要组成部分，控制器的输入量和输出量之间的模糊关系用语言的形式进行描述。选取控制变量变化的原则是:当误差大或较大时，选取控制量以尽快消除误差为主；而误差较小时，选择控制量要防止超调，以系统的稳定为主。在此控制器中，2个输入量分别用7个语言模糊子集来描述，共有49条模糊规则，如表4-1所示。4.1.3模糊判决模糊判决的作用是从已知的连续输入精确量中通过各种不同的连续推理过程，求出模糊控制器相应的输出量，它是一个模糊量。被控对象只能接受精确的控制量，所以必须将输出的模糊量转化为精确量，这是一个模糊集合到普通集合的映射。模糊判决有三种常用的方法：最大隶属度判决法、取中位判决法、重心算法，本文采用重心法。表4-1 模糊控制规则4.2仿真结果4.2.1路面为正弦激励本文主要讨论的是当路面为正弦激励时的情况，取激振力振幅A=5mm，用Matlab进行仿真后可得出随着激励频率的增大，实施模糊控制后的减振效果图。图4-5 车身加速度幅值减振图