طراحي تحليلي كنترل كننده بهينه ي غيرخطي مقيد براي سيستم تعليق فعال خودرو با درنظر گرفتن محدوديت ديناميك عملگر

Analytical Design of Constrained Nonlinear Optimal Controller for Vehicle Active Suspension System considering the Limitation of Hydraulic Actuator

در اين مقاله، يك قانون كنترل بهينه‌ي غيرخطي مقيد براي سيستم تعليق فعال خودرو با در نظر گرفتن محدوديت ديناميك عملگر هيدروليكي به صورت تحليلي توسعه داده مي‌شود. در استخراج اين قانون كنترلي جديد، اثرات غيرخطي¬ در نيروهاي فنر، ميرايي و عملگر هيدروليكي در نظر گرفته شده است. ورودي كنترلي سيستم، جابجايي قرقره شير هيدروليك است كه درعمل محدود بوده و بايد قيد آن در استخراج قانون كنترلي لحاظ شود. در روش پيشنهادي، ابتدا مسئله‌ي كنترلي مذكور با استفاده از ايده‌ي پيش‌بين و با تشكيل شاخص عملكردي كه تركيب وزن‌داري از پاسخ‌هاي پيش‌بيني شده‌ي سيستم غيرخطي و ورودي كنترلي است به يك مسئله بهينه‌سازي غيرخطي مقيد تبديل مي‌شود. سپس اين مسئله بهينه سازي با استفاده از قضيه‌ي كن- تاكر بصورت تحليلي حل شده و قانون كنترل بهينه‌ي مقيد براي سيستم تعليق بدست مي‌آيد. قانون بدست آمده به شكل بسته بوده و براي حل و پياده‌سازي راحت مي‌باشد. ‌در نهايت، عملكرد كنترل كننده‌ي پيشنهادي با استفاده از شبيه سازي مدل خودرو روي يك جاده با ورودي تصادفي مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. نتايج نشان‌دهنده كاهش چشمگير شتاب بدنه و بهبود راحتي سفر با استفاده از ورودي كنترلي محدود شده مي‌باشد. ضمن اينكه ديگر پاسخ‌هاي سيستم تعليق اعم از جابجايي تعليق و جابجائي تاير نيز در وضعيت مناسبي مي‌باشند.

In this paper, a constrained nonlinear optimal control law is analytically developed for vehicle active suspension system considering the limitation of hydraulic actuator. In the design of the controller, the nonlinear characteristics of spring and damper forces and hydraulic actuator are considered. The control input is the displacement of the hydraulic valve spool which is bounded in practice and its constraint should be considered in the design process. In the proposed method, the control problem is firstly transformed to a constrained nonlinear optimization problem by performing a performance index defined as a weighted combination of predicted responses of nonlinear suspension system and control input. Then, this equivalent constrained optimization problem is solved using Kuhn-Tucker theorem to find the constrained optimal control law. The derived control law is in the closed form which is easy to solve and implementation. The controller performance is evaluated through computer simulation of the vehicle suspension model excited by a random road input. The obtained result indicate a remarkable decrease of the body acceleration which leads to the ride comfort. Meanwhile, other suspension responses including suspension and tire deflections are in suitable ranges.