本发明专利技术公开了一种考虑铁损的电动汽车永磁同步电机命令滤波模糊控制方法。所述模糊控制方法在传统的反步设计方法中引入命令滤波技术，通过引入补偿信号，减小了滤波产生的误差，成功地克服了在传统反步控制中由于连续求导所引起的“计算爆炸”问题；本发明专利技术控制方法利用模糊逻辑系统逼近系统中的非线性函数，将命令滤波反步技术与模糊自适应方法结合起来构造了模糊自适应速度控制器；通过本发明专利技术控制方法调节后，电机运行能快速达到稳定状态，更适合像电动汽车驱动系统这样需要快速动态响应的控制对象，仿真结果表明采用本发明专利技术的控制方法能够克服参数不准确的影响并且利于保证理想的控制效果，实现对转速的快速、稳定地响应。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
近几年，依靠燃烧汽油、柴油作为主要驱动力的传统汽车所产生的尾气排放导致 环境污染越来越严重。为此，各个国家力求寻找发展一种新能源汽车能够有效地降低大气 污染。电动汽车的出现和发展让人们展望到改善空气质量的新方向。电动汽车是指以车载 电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电动汽车的 组成包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。其 优点在于：一方面实现废气的零排放，即使按所耗电量换算为发电厂的排放量；另一方面 是噪声低，电动汽车在行驶运行中基本是宁静的，特别适合在需要降低噪声污染的城市道 路上行驶；第三方面，电动汽车具有高能效、结构简单、经久耐用以及维修方便等特点。 电力驱动及控制系统是电动汽车的核心部分，也是区别于内燃机汽车的最大不同 点。应用在电动汽车上的电机驱动系统具有较高的起动转矩，从静止不动到高速运行的宽 工作电压范围，除此之外，还要求其在所有速度范围内都具有高效率，因此对电机控制的性 能直接影响汽车的性能指标和安全性。尽管各种不同结构的电机都可以用于电动汽车，但 是由于永磁同步电机与普通交流变频电机相比具有高效率、高力矩惯量比、高能量密度，是 一种低碳环保电机，所以永磁同步电机经常应用于追求高性能的电动汽车应用中。与此同 时，铁磁损耗能够降低发电电压的频率和大小，它可以被看作是一个与数值成比例的、附加 的负载。在铁损很小的永磁同步电机中，铁损的影响也不是小到可以忽略不计，所以铁损是 不能被忽略的。 由于永磁同步电机的动态数学模型具有高度的非线性、多变量的特点，因此在电 动汽车上永磁同步电机需要一套更复杂的控制方法。为满足实际应用对于电动汽车更高的 要求，提出了模糊逻辑控制、反步法控制和滑模控制等基于最近现代控制理论的控制策略。 所有的这些方法都假定可以得到动态系统方程。反步法是一种控制具有不确定性、非线性 的系统，尤其是那些不满足给定条件的系统的方法。反步法最大的优点是可以用虚拟控制 变量简化原始的高阶系统，从而最终的输出结果可以通过合适的Lyapunov方程来自动的 得到。然而，传统反步控制中对虚拟控制函数进行连续求导，容易引起"计算爆炸"问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种考虑铁损的电动汽车永磁同步电机命令滤波模糊控 制方法，该控制方法引入命令滤波技术，使用模糊逻辑系统来逼近未知的非线性项，应用自 适应模糊反步法技术来使跟踪误差能够收敛到原点的一个充分小的邻域内，能够有效地解 决在参数不确定和有负载扰动的情况下考虑铁损的永磁同步电机的速度跟踪控制的问题。 ，包括如下步骤： a建立考虑铁损的永磁同步电机的动态模型： 其中，wy表示电机角速度，np表示极对数，J表示转动惯量，表示负载转矩；i d 和iq表示d-q轴定子电流；u jP uq表示d-q轴定子电压；i^和i%表示d-q轴励磁电流分 量；LjPLq表示d-q轴电感；Lld和Llq表示d-q轴漏感；Lnd和Lnq表示d-q轴励磁电感；R1 和R。表示定子电阻和铁心损耗电阻；APM是转子永磁体的励磁磁通； 为简化永磁同步电机的动态模型，定义新的变量：b设计一种考虑铁损的永磁同步电机驱动系统的控制方法，永磁同步电机的动态 数学模型简化为两个近似独立的子系统，即由状态变量（Xl，x2,X3)和控制输入Uq组成的子 系统以及由状态变量（x4,X5)和控制输入叫组成的子系统； 疋乂跟足不差变里为ZiXIXij，ZgX2Xi，c，Z3X3Xg，。，Z4X4，Z5X5X4, c;定义Xld为期望的速度信号，a= 1，2, 4)为虚拟控制信号，xli(：，x2i。，x4i。为命令 滤波输出，h=(i= 1，. . .，5)为正的设计参数； 控制方法设计的每一步都会选取一个合适Lyapunov函数构建一个虚拟控制函数 或者真实的控制律：控制方法的设计具体包括以下步骤：Lyapunov函数：R.:= ?&f/2 7 对V1 求导得到： Vt = ???- Tl - Jxu,) (4) 选择./:0) = -7:.-戎由万能逼近定理，对于任意小的正数ei，存在模糊逻辑系 统忙S1(Z1)使得非线性函数其中，S1表示逼近误差，并满足不 等式IS1I<E1，定义变量4为Q1估计值，并且珂-4， S(Z) = 1为基向径函数，s; (Z)选用高斯函数如下： 式中，Pi=T是Gaussian函数分布曲线的中心位置，而ni则为其 宽度； b. 2根据方程毛=-4? + ^￥4 + ，对z2求导得到误差动态方程： % =為-氣e，选择Lyapunov函数：g=K+ 4/2，对V2求导得： V2^VljTz2z2 =V1 +z2 (AjX3 + ^2XjX4 +^vTj-^x2 -itt } (7) 选择f2(Z2) = 由万能逼近定理，对于任意小的正数e2,存在模糊 逻辑系统A(Z2)使得非线性函数./2 (Z2) =RY2 (Z2) + 4 (Z2)，其中，S2表示逼近误差， 并满足不等式IS2I<e2; b. 3根据方程弋=AA+?+ +cA，对Z3求导得到误差动态方程：之=? -i2,t，选 择Lyapunov函数：K3 =f7:: + /2，对V3求导得到： Ki =K+Z3Lr =V2 +Z3(b4x3 +bsxz +CiU^-X2,J}. (10) 选择f3(Z3) =b4x3+b5x2,由万能逼近定理，对于任意小的正数e3,存在模糊逻辑系 统r/5：3(Z3)使得非线性函数/3 (?) = %? (?) + ? (Z3)，其中，S3表示逼近误差，并满足 不等式IS3| <e3; b. 4根据方程= --??? ,对Z4求导得到误差动态方程：Z4 =X4，选择 Lyapunov函数：K, =K+Z42/2，对V4求导得到 6 +zA= 6 +z3(￥广); 选择f4 (Z4) =-Id1X4-Id2X1X2,由万能逼近定理，对于任意小的正数e4,存在模糊逻 辑系统Wwz4)使得非线性函数f4 (? ) = <& (Z4) + & (Z4 )，其中，S4表示逼近误差，并 满足不等式IS4|彡e4; b. 5根据方程冬+?? ，对Z5求导得到误差动态方程：之=i5 -%t;，选 择 Lyapunov 函数：g =:? +2;/2 对V5求导得到玫=F4 + 25之=匕 +Z5 (Z)4X5 + 65x4 +C1Wii -i4.￡); 选择f5(Z5) =b4x5+b5x4,由万能逼近定理，对于任意小的正数e5,存在模糊逻辑系 统％V5(Z5)使得非线性函数/s(Z5) =ff/S5(Z5) + 55(Z5)，其中，S5表示逼近误差，并满足 不等式IS5| <e5; 因此，^和#是有界的，因为是0常数，所以參是有界的，又因为Z1=v，Ip U,II是有界的，因此Z1也是有界的； 因此x(t)和其他所有控制信号在任何时间段内都是有界的，由公式（31)得到： 本专利技术引入命令滤波技术，通过自适应模糊控制方法所设计的控制器能保证速度 的跟踪误差能够收敛到原点的一个充分小的邻域内，实本文档来自技高网...
【技术保护点】
考虑铁损的电动汽车永磁同步电机命令滤波模糊控制方法，其特征在于，包括如下步骤：a建立考虑铁损的永磁同步电机的动态模型：dωγdt=npλPMJioq-TLJdioqdt=RcLmqiq-RcLmqioq-npLdLmqωiod-npλPMLmqωdiqdt=-R1Llqiq+RcLlqioq+1Llquqdioddt=RcLmdid-RcLmdiod+npLqLmdωioqdiddt=-R1Lldid+RcLldiod+1Lldud---(1)]]>其中，ωγ表示电机角速度，np表示极对数，J表示转动惯量，TL表示负载转矩；id和iq表示d‑q轴定子电流；ud和uq表示d‑q轴定子电压；iod和ioq表示d‑q轴励磁电流分量；Ld和Lq表示d‑q轴电感；Lld和Llq表示d‑q轴漏感；Lmd和Lmq表示d‑q轴励磁电感；R1和Rc表示定子电阻和铁心损耗电阻；λPM是转子永磁体的励磁磁通；为简化永磁同步电机的动态模型，定义新的变量：x1=ωγ,x2=ioq,x3=iq,x4=iod,x5=ida1=npλpM,b1=Rc/Lmq,b2=-npLd/Lmq,b3=-npλpM/Lmqb4=-R1/Llq,b5=Rc/Llq,c1=1/Llq---(2)]]>永磁同步电机的动态数学模型用如下方程来表示：x·1=a1x2/J-TL/Jx·2=b1x3-b1x2+b2x1x4+b3x1x·3=b4x3+b5x2+c1uqx·4=b1x5-b1x4-b2x1x2x·5=b4x5+b5x4+c1ud---(3)]]>其中，x·1=dωγdt,x·2=dioqdt,x·3=diqdt,x·4=dioddt,x·5=diddt;]]>b设计一种考虑铁损的永磁同步电机驱动系统的控制方法，永磁同步电机的动态数学模型简化为两个近似独立的子系统，即由状态变量(x1，x2，x3)和控制输入uq组成的子系统以及由状态变量(x4，x5)和控制输入ud组成的子系统；定义跟踪误差变量为z1＝x1‑x1d，z2＝x2‑x1,c，z3＝x3‑x2,c，z4＝x4，z5＝x5‑x4,c；定义x1d为期望的速度信号，αi(i＝1,2,4)为虚拟控制信号，x1,c,x2,c,x4,c为命令滤波输出，ki＝(i＝1，...,5)为正的设计参数；控制方法设计的每一步都会选取一个合适Lyapunov函数构建一个虚拟控制函数或者真实的控制律：控制方法的设计具体包括以下步骤：b.1根据方程对z1求导得到误差动态方程：选择Lyapunov函数：对V1求导得到：V·1=z1(a1x2-TL-Jx·1d)---(4)]]>选择由万能逼近定理，对于任意小的正数ε1，存在模糊逻辑系统使得非线性函数其中，δ1表示逼近误差，并满足不等式|δ1|≤ε1，定义变量为θi估计值，并且S(Z)＝[s1(Z),s2(Z),…,sl(Z)]T为基向径函数，si(Z)选用高斯函数如下：si(Z)=exp[-(Z-μi)T(Z-μi)η2i],i=1,2,...,l]]>式中，μi＝[μi1,…,μiq]T是Gaussian函数分布曲线的中心位置，而ηi则为其宽度；构建虚拟控制函数α1=1a1(-k1z1-θ^1TS1)---(5)]]>按照公式(5)，将公式(4)改写为：V·1=z1[a1(z2+x1,c-α1+α1)+W1TS1+δ1]=z1[a1z2+a1(x1,c-α1)-k1z1+θ^1TS1+δ1]=-k1z12+a1z1z2+a1z1(x1,c-α1)+z1(θ~1TS1+δ1)---(6)]]>b.2根据方程对z2求导得到误差动态方程：选择Lyapunov函数：对V2求导得：V·2=V·1+z2z·2=V·1+z2(b1x3+b2x1x4+b3x1-b1x2-x·1,c)---(7)]]>选择f2(Z2)＝b2x1x4+b3x1‑b1x2，由万能逼近定理，对于任意小的正数ε...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于金鹏，马玉梅，于海生，山炳强，李伟，曲子扬，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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