可解释的、基于物理原理的建模方法，以及针对越野车辆磁流变悬浮系统的节能型扰动补偿控制技术

《MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING》：Interpretable physics-guided modelling and energy-efficient disturbance-compensated control for magnetorheological suspensions of off-road vehicles

　　

赖鹏|郭一鸣|庄莉|穆海龙|沈雨瑞|华德正|吴俊|张婷|刘新华

摘要

磁流变（MR）阻尼器被广泛认为是非公路车辆振动衰减的有效解决方案，但其固有的非线性和滞后性对精确力跟踪和实时控制构成了重大挑战。为了解决这个问题，本文提出了一种新的控制框架，该框架将基于物理引导的可微分优化的逆模型（PG-DOIM）集成到复合主动扰动抑制控制（ADRC）架构中，用于控制MR悬挂系统。首先，根据动态测试数据确定了一个改进的Bouc-Wen前向模型，以表征阻尼器的固有特性。与传统的黑盒数据驱动方法不同，所提出的PG-DOIM将力跟踪问题重新表述为一个规则化的可微分优化层，用于计算所需的指令电压。该逆向求解器嵌入到复合ADRC控制架构中，并通过扩展状态观测器和节能的事件触发机制来补偿建模误差和外部干扰。四分之一车辆模拟和道路实验表明，所提出的方法在抑制车身加速度和减少悬挂系统偏移方面显著优于其他代表性控制策略。值得注意的是，引入事件触发机制后，控制更新频率降低了46.4%，同时保持了相当的振动隔离性能。进一步分析功率谱密度显示，在人类敏感的频率范围内，振动能量大幅减少，从而提高了乘客的乘坐舒适度。