基于MATLAB/Simulink的线性二次高斯（LQG）控制车辆主动悬架仿真系统

资 源 简 介

本项目在MATLAB/Simulink环境中构建四分之一车辆模型，模拟随机路面激励下的车辆动态响应。通过设计LQG控制器（结合卡尔曼滤波与LQR优化），实现对主动悬架作动力的实时控制与性能对比分析。

详 情 说 明

基于线性二次高斯（LQG）控制的车辆主动悬架动力学仿真与分析系统

项目介绍

本项目在MATLAB/Simulink环境中构建了一个四分之一车辆主动悬架系统的动力学仿真与分析平台。系统采用线性二次高斯（LQG）控制策略，通过卡尔曼滤波器进行状态估计，并结合线性二次调节器（LQR）实现最优控制。核心目标是模拟车辆在随机路面激励下的动态响应，量化评估主动悬架相对于被动悬架在提升乘坐平顺性和轮胎接地性方面的性能优势。

功能特性

• 高保真车辆建模：基于牛顿-欧拉方程建立线性的四分之一车辆状态空间模型，准确反映簧上/簧下质量、悬架与轮胎刚度/阻尼等关键参数的影响。
• 标准路面激励：依据ISO 8608标准，采用白噪声通过成形滤波器生成时域随机路面高程输入，模拟真实路面不平度。
• 先进LQG控制：集成LQR最优控制器与卡尔曼状态观测器，实现对主动作动力的实时优化计算，有效抑制车身振动。
• 全面性能对比：系统对比分析主动悬架与被动悬架在时域响应（如车身加速度）、频域特性（功率谱密度）以及关键性能指标（均方根值RMS）上的差异。
• 直观结果可视化：自动生成时程曲线对比图、频域分析图和性能指标汇总表，支持控制器估计误差分析。

使用方法

1. 参数配置：运行主脚本，根据需要修改main.m脚本中的车辆物理参数（簧上/下质量、刚度、阻尼）和控制器参数（LQR权重矩阵Q、R，噪声协方差）。
2. 执行仿真：运行主脚本，程序将自动调用Simulink模型进行动力学仿真。LQG控制器将在Simulink中实时计算最优作动力。
3. 结果分析：仿真结束后，系统将自动绘制并显示被动悬架与主动悬架的动态响应对比曲线、性能指标RMS对比表以及功率谱密度图，供用户进行分析评估。

系统要求

• 软件平台：需要安装MATLAB（建议R2018b或更高版本）及Simulink仿真环境。
• 必要工具箱：控制系统工具箱（用于LQR设计及状态空间建模）、Signal Processing Toolbox（用于频域分析）。
• 硬件配置：无特殊要求，标准个人计算机即可顺畅运行。

文件说明

主脚本文件整合了本项目的主要工作流程，其核心功能包括：定义车辆模型参数与悬架系统特性，设置LQG控制器所需的权重矩阵与噪声统计特性，执行Simulink模型的调用与仿真计算，并对仿真输出数据进行后处理，完成时域与频域响应的可视化绘图以及关键性能指标的定量计算与对比展示。