为了提高四轮转向(4WS)汽车的操纵稳定性和主动安全性,建立汽车二自由度四轮转向模型和系统状态方程,应用LQR最优控制理论建立了以横摆角速度和质心侧偏角为优化目标的四轮转向线性控制二次型最优控制模型,并基于路径跟踪策略建立预瞄驾驶员方向控制模型。基于"人-车-路"闭环控制系统,在Matlab/Simulink、CarSim联合仿真环境下对普通前轮转向、前后轮转角比例控制、LQR控制的控制效果进行验证。结果表明LQR控制器能够很好地改善汽车质心侧偏角和横摆角速度的动态响应特性,高速控制效果最佳,基于LQR控制的4WS汽车具有更好的道路循迹能力、高速稳定性和主动安全性。

针对传统悬架的刚度和阻尼不能随汽车行驶状况变化而调节的弊端,将航空领域先进的电动静液压作动器(electro-hydrostatic actuator,EHA)技术应用于汽车悬架控制,设计了基于EHA的电动静液压新型主动悬架结构。与传统采用各类阀件的液压伺服车辆主动悬架相比,EHA主动悬架结构简单、可靠性高。利用AMEsim建立了二自由度EHA主动悬架模型,该模型主要由簧载质量、非簧载质量、路面输入、弹簧和EHA作动器构成。同时,利用Matlab/Simulink软件设计了EHA主动悬架地棚控制器和线性二次型(LQG)最优控制器。将AMEsim模型导入Matlab/Simulink中,开展了EHA主动悬架的地棚控制和LQG控制联合仿真研究。仿真结果表明,相比地棚控制,LQG控制效果较好,车身加速度降低26.2%,悬架动挠度降低19.8%,轮胎动载荷降低18.4%,很大程度上改善了汽车的平顺性和操纵稳定性。

为提高磁悬浮主轴—转子系统运行状态的控制性能,从非线性角度对电主轴上主动磁力轴承—转子系统的动力学特性进行了研究。在考虑转子偏心造成的不平衡力周期性影响的情况下,建立了2自由度的磁悬浮主轴—转子动力学模型。通过模型简化与线性化近似处理构建系统状态空间模型,选择LQR控制器作为系统全状态反馈控制方法,设计出多种群遗传算法来实现对加权矩阵的优化设计,很大程度上解决了标准遗传算法未成熟收敛问题,增强了遗传算法全局搜索能力。在Simulink中的仿真实验结果表明：该算法收敛至最优值速度更快,响应时间较标准遗传算法减少58%,同时LQR控制系统具有更好的动态稳定性。