本发明属于空气悬架控制，本发明涉及一种基于预设性能的空气悬架滑模控制器及控制方法。
背景技术：
1、空气悬架是一种先进的悬架系统，它采用气体作为弹性元件，可以实现车身高度的实时调整和优化。然而，由于空气悬架具有强耦合、非线性和时变的特性，传统的控制方法难以实现良好的控制效果。
2、申请号为2023102623133公开了一种面向电控空气悬的预设性能控制器的设计方法，以控制车辆簧载质量高度为目的，建立性能函数约束误差，设计预设性能函数对初始误差进行变换，实现对系统瞬态性能的约束，采用backstepping算法设计控制器计算期望输出，最后转为pwm信号控制电控空气悬架的电磁阀充放气，实现调高控制。尽管该控制器在瞬态性能约束方面表现良好，但对参数变化和外部扰动的鲁棒性有待提高。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于预设性能的空气悬架滑模控制器及控制方法，设计饱和函数对滑模控制器抖动进行抑制，优化了空气悬架调高过程中的响应速度和稳定性，提高了汽车在不同路况和载荷变化下的空气悬架系统控制性能。
2、实现本发明目的的技术解决方案为：
3、一种基于预设性能的空气悬架滑模控制方法，包括以下步骤：
4、s01：建立空气悬架车高调节模型；
5、s02：根据空气悬架高度追踪误差值，获取性能函数并转换误差；
6、s03：根据转换后的误差设计空气悬架调高滑模控制器；
7、s04：设计饱和函数优化滑模控制器；
8、s05：基于控制量转换电磁阀控制信号，对空气悬架的充放气进行控制。
9、优选的技术方案中，所述空气悬架车高调节模型为：
10、
11、其中，x1＝zs为簧载质量垂向位移，为簧载质量垂向速度，x3＝p为空气弹簧内部压强，分别为x1、x2、x3、zu的一阶导数，为非簧载质量垂向速度，为空气弹簧有效面积，pa为大气压，ms为簧载质量，α为阻力系数，g为重力加速度，u为虚拟控制输出，β为气体绝热系数，ae为空气弹簧面积，δ为空气弹簧相关系数，v为空气弹簧内部有效容积，为空气悬架充放气过程中空气流量变化率，b(t)为时变扰动。
12、优选的技术方案中，步骤s01还包括，根据空气悬架车高调节模型得到空气弹簧内部压强x3：
13、
14、优选的技术方案中，步骤s02中获取性能函数并转换误差的方法包括：
15、定义x1对应的目标值为xd，空气弹簧高度追踪误差值为e＝x1-xd，有以下对应关系：
16、
17、定义性能函数并转换误差为：
18、λ(t)＝(λ(0)-λ∞)exp(-lt)+λ∞
19、其中，l＞0为跟踪误差收敛的速率下界，t为时间，有以下关系：0＜|e(0)|＜λ(0)，0＜λ∞＜λ(0)；因此，λ(t)＞0且λ(t)指数级趋近λ∞；
20、跟踪误差表示为：
21、e(t)＝λ(t)s(ε)
22、则误差预设性能函数定义为：
23、
24、函数s(ε)满足以下条件：
25、1)s(ε)为连续光滑且单调递增函数；
26、2)-1＜s(ε)＜1；
27、3)且
28、基于以上条件，s(ε)为：
29、
30、由-1＜s(ε)＜1，得-λ(t)＜λ(t)s(ε)＜λ(t)即，
31、-λ(t)＜e(t)＜λ(t)
32、因此，跟踪误差集表示为：
33、
34、优选的技术方案中，步骤s03中设计空气悬架调高滑模控制器的方法包括：
35、根据双曲正切函数，s(ε)的逆函数为：
36、
37、对ε求导：
38、
39、再对求导，得：
40、
41、其中，
42、则有为使ε趋近于0，设计滑模函数为：得：
43、
44、由于空气悬架控制器输出得：
45、
46、其中，ψ，ζ，p，w为滑模控制器调节参数，且ψ＞0，p>w，σ为滑模函数，sgn(σ)为滑模函数的符号函数。
47、优选的技术方案中，步骤s04设计饱和函数优化滑模控制器的方法包括：
48、选择一个饱和函数sat(σ)代替sgn(σ)函数，sat(σ)表示为：
49、
50、最终，空气悬架控制器输出表达为：
51、
52、其中，δ为滑模边界层。
53、优选的技术方案中，步骤s05基于控制量转换电磁阀控制信号的方法包括：
54、电磁阀充放气模型为：
55、
56、其中，q为气体质量流量，γ为空气比热容，pdn为下游压力，pup为上游压力，cq是流量系数，t为室内温度，s表示单位时间内通过某个截面的流体的横截面积，r为理想气体常数，b为临界压力；
57、基于上式，电磁阀控制信号转换为占空比信号，表示为：
58、
59、其中，vas为空气悬架体积，r为比例常数，k为气体的物质的量。
60、本发明还公开了一种基于预设性能的空气悬架滑模控制器，包括：
61、空气悬架车高调节模型构建模块，建立空气悬架车高调节模型；
62、性能函数并转换误差获取模块，根据空气悬架高度追踪误差值，获取性能函数并转换误差；
63、空气悬架调高滑模控制器设计模块，根据转换后的误差设计空气悬架调高滑模控制器；
64、滑模控制器优化模块，设计饱和函数优化滑模控制器；
65、电磁阀控制信号转换模块，基于控制量转换电磁阀控制信号，对空气悬架的充放气进行控制。
66、优选的技术方案中，所述空气悬架车高调节模型为：
67、
68、其中，x1＝zs为簧载质量垂向位移，为簧载质量垂向速度，x3＝p为空气弹簧内部压强，分别为x1、x2、x3、zu的一阶导数，为非簧载质量垂向速度，为空气弹簧有效面积，pa为大气压，ms为簧载质量，α为阻力系数，g为重力加速度，u为虚拟控制输出，β为气体绝热系数，ae为空气弹簧面积，δ为空气弹簧相关系数，v为空气弹簧内部有效容积，为空气悬架充放气过程中空气流量变化率，b(t)为时变扰动。
69、本发明又公开了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述的基于预设性能的空气悬架滑模控制方法。
70、本发明与现有技术相比，其显著优点为：
71、1、该方法引入预设性能函数，使高度误差始终保持在预设的性能函数范围内，从而确保空气悬架的瞬态性能得到有效保证。
72、2、该方法采用了滑模控制方法，设计饱和函数对滑模控制器抖动进行抑制，优化了空气悬架调高过程中的响应速度和稳定性，提高了汽车在不同路况和载荷变化下的空气悬架系统控制性能。具有较强的鲁棒性，能够应对系统参数变化和外部干扰，实现更为精确的悬架高度控制，并在复杂工况下表现出良好的稳定性。
73、3、该方法引入终端滑模控制，该方法不仅保证了系统稳定性，还确保了在有限时间内达到期望性能，这对于提高悬架系统的动态响应至关重要。
1.一种基于预设性能的空气悬架滑模控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于预设性能的空气悬架滑模控制方法，其特征在于，所述空气悬架车高调节模型为：
3.根据权利要求2所述的基于预设性能的空气悬架滑模控制方法，其特征在于，步骤s01还包括，根据空气悬架车高调节模型得到空气弹簧内部压强x3：
4.根据权利要求2所述的基于预设性能的空气悬架滑模控制方法，其特征在于，步骤s02中获取性能函数并转换误差的方法包括：
5.根据权利要求4所述的基于预设性能的空气悬架滑模控制方法，其特征在于，步骤s03中设计空气悬架调高滑模控制器的方法包括：
6.根据权利要求5所述的基于预设性能的空气悬架滑模控制方法，其特征在于，步骤s04设计饱和函数优化滑模控制器的方法包括：
7.根据权利要求6所述的基于预设性能的空气悬架滑模控制方法，其特征在于，步骤s05基于控制量转换电磁阀控制信号的方法包括：
8.一种基于预设性能的空气悬架滑模控制器，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的基于预设性能的空气悬架滑模控制器，其特征在于，所述空气悬架车高调节模型为：
10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现权利要求1-7任一项所述的基于预设性能的空气悬架滑模控制方法。
