PID控制下含时滞主动悬架系统稳定性与参数研究

本文主要探讨了基于PID控制算法的含时滞主动悬架系统的研究。在实际的汽车悬挂系统中，主动悬架能够根据道路条件实时调整，提供更好的乘坐舒适性和操控稳定性。然而，时滞问题是无法避免的，它源于悬架组件之间的摩擦、传感器和执行器的响应延迟、信号处理时间以及数据传输时滞等。 作者首先构建了一个两自由度1/4汽车主动悬架的力学模型，考虑了地面激励、轮胎和车身的垂直位移，以及弹簧刚度、质量等因素。动力学方程（1）描述了系统的运动行为，区分了有无时滞的情况。在无时滞情况下，系统的状态和输出可以用线性微分方程来表示，而在含时滞情况下，则需要引入额外的时滞项。 PID控制策略在此被应用于闭环控制，其目标是通过调节输入信号以优化悬架系统的动态性能。Routh-Hurwitz稳定判据被用来分析系统的稳定性，确定当系统处于临界状态时的最小时滞量。这意味着超过这个阈值，系统的稳定性将受到威胁，可能导致不稳定运行。 通过MATLAB/SIMULINK进行仿真实验，作者模拟了悬架系统对阶跃输入和谐波输入的响应，结果显示时滞的存在显著降低了系统的响应速度和控制精度。特别是当时滞超过临界值时，系统表现出不稳定的行为。此外，研究还揭示了临界时滞量不仅受制于PID控制器的参数，还与系统其他参数，如弹簧刚度、质量和控制算法的数值算法和仿真步长密切相关。 因此，对于主动悬架系统的优化设计，理解并控制时滞至关重要。通过精确的数学建模、有效的PID参数调整，以及合理的仿真方法，可以最大程度地减小时滞的影响，确保主动悬架系统的稳定性和性能。这在提升车辆行驶品质和安全性方面具有实际应用价值。