强非线性坦克模型随机振动的随机最优控制

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坦克车辆常行驶于崎岖不平的路面,过大的车体振动将严重影响坦克车辆的作战性能与战场生存能力,因此对坦克车辆的振动控制是一个重要的研究课题。智能悬架的使用可以使行驶稳定,提高坦克的作战性能。但目前对于智能悬架的研究多是基于线性的两自由度悬架模型。由于坦克车辆所使用的扭杆悬架采用斜杆转动方式支承,从而导致系统振动的几何强非线性,其非线性随机振动控制具有不同于普通车辆的显著特点。目前关于这类斜杆支承系统非线性随机振动的随机最优控制尚缺乏研究。因此基于这样的背景,本文主要工作为:1考虑大变形下,坦克系统车体与车轮的垂直耦合运动,建立两自由度坦克模型及磁流变阻尼器的运动微分方程,再转化为强非线性的耦合振动方程;根据动态规划原理建立HJB方程,考虑阻尼器仅能产生半主动控制力以及所产生控制力的有界性,基于Bang-Bang控制策略设计半主动反馈控制律;通过对于不同强度与车速的随机路面激励下系统半主动控制与被动控制响应的比较,评估控制效果。另一方面,在实际控制系统中,从状态测量到控制执行的时滞对于反馈控制系统是不可避免的。对于控制系统的时滞,由τ秒(时滞时长)前的状态,确定当前控制力,进而分析控制时滞所带来的影响。数值结果表明:所设计的反馈控制律可以大大降低坦克系统的随机振动,但控制时滞会使系统随机振动控制效果降低。2对于所建立两自由度坦克模型的非对称非线性动力学方程,发现其系统位移响应中心偏离平衡位置。因此,针对这一特殊现象,构造简化的单自由度系统方程,利用谐波平衡法研究其响应的“零漂”现象,并利用龙格库塔法验证该方法解的准确性,最终探究“零漂”产生的原因。数值结果表明:响应“零漂”产生的原因主要在于系统方程中的非对称项,当非对称项消失,“零漂”现象也随之消失。3对于系统参数的不确定性偏差,采用极大极小最优控制作为鲁棒控制策略,考虑不确定参数与阻尼器控制力的有界性,根据最坏的系统来确定最优控制以达到鲁棒性;数值结果表明:所设计的半主动极大极小有界控制律可以有效地降低不确定性非线性坦克系统随机振动,且控制效果具有很好的鲁棒性。4对于非线性坦克系统具有噪声观测的最优有界控制问题,考虑观测噪声的影响与阻尼器控制力的有界性,先基于扩展卡尔曼滤波器,确定最优估计状态,再对估计方程,由动态规划原理确定动态规划方程,进而确定最优半主动控制律;数值结果表明:所设计的部分可观测非线性系统最优控制策略具有很好的控制效果与鲁棒性。
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