混合动力汽车用BSG交流电机抗干扰复合控制器的构造方法技术

本发明专利技术公开一种混合动力汽车用BSG交流电机抗干扰复合控制器的构造方法，以转速、负载转矩作为负载补偿控制器的输入，其输出为电压ud1、uq1；以最优控制器增益矩阵、参考转速、参考电流、转速、电流id、iq作为状态反馈控制器的输入，其输出为电压ud2、uq2；以转速和电流iq作为电压解耦控制器的输入，其输出为电压ud3、uq3；采用控制器参数优化模块获得最优控制器增益矩阵；将电压ud1、uq1、ud2、uq2、ud3、uq3相结合构成限压控制器的第一部分输入，通过花朵授粉算法来获得状态反馈控制器的全局最优参数，在保证电机安全运行的前提下，能够有效提高供给电机的最大电压，抑制控制器的饱和现象。

Construction Method of Anti-interference Compound Controller for BSG AC Motor for Hybrid Electric Vehicle

The invention discloses a construction method of BSG AC motor anti-jamming composite controller for hybrid electric vehicle, which takes speed and load torque as input of load compensation controller, and its output is voltage ud1 and uq1. The optimal controller gain matrix, reference speed, reference current, speed, current ID and IQ are input of state feedback controller, and its output is voltage ud2 and uq2. Speed and current IQ are the input of voltage decoupling controller, and their output are voltage UD3 and uq3. The optimal controller gain matrix is obtained by parameter optimization module of the controller. The voltage ud1, uq1, ud2, uq2, UD3 and uq3 are combined to form the first part of the input of the voltage limiting controller. The global optimal parameters of the state feedback controller are obtained by flower pollination algorithm to ensure the safety of the motor. Under the premise of full operation, it can effectively increase the maximum voltage of the motor and restrain the saturation of the controller.

【技术实现步骤摘要】
混合动力汽车用BSG交流电机抗干扰复合控制器的构造方法
本专利技术属于智能汽车控制以及电力传动控制设备
，特别涉及一种采用皮带驱动起动/发电一体机(Belt-drivenStarterGenerator，简称BSG)用交流电机控制器的构造方法。
技术介绍
汽车的电动化是汽车工业实现节能和减排的关键途径，采用皮带驱动起动/发电一体机(BSG)的弱混合动力技术的节能汽车被认为是现阶段汽车实现节能减排的最佳方案之一。BSG是一种特别针对传动汽车发动机的怠速和瞬间起动工况进行优化的混合动力系统。该系统能实现传统汽车在城市复杂工况如堵车、等待红绿灯时发动机怠速时停机、汽车起动时迅速带动发动机到怠速工况以及汽车制动时对能量进行回收的功能。目前采用较多的BSG电机控制系统主要有以下两种：(1)转速开环恒压频比控制：该控制系统多只需控制变量的幅值，而且反馈值与给定值成正比关系，所以控制原理与结构简单。恒压频比控制存在一个明显的缺点，就是转子震荡和失步问题没有得到解决，采用单变量系统的控制，稳定性能不高，动态性能不够理想，参数难以设计等缺点也十分明显。(2)基于PI控制器的双闭环矢量控制：使用双闭环控制系统，内环为电流环，外环为转速环，通过转速和电流的负反馈分别调节转速和电流。此种控制器的缺点也很明显，整个控制系统有多个PI控制器，需要整定的控制器参数至少六个，实际应用中会带来很大的工作量；而且由于双闭环控制结构的固有缺陷，系统的动态特性会受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对智能汽车BSG用电机现有控制方案存在的缺陷，提供一种能有效提高智能汽车BSG系统最大扭矩，并得到更快响应速度的BSG交流电机高性能控制器的构造方法。本专利技术采用的技术方案是包括以下步骤：步骤A：将2r/2s坐标变换模块、SVPWM、逆变器模块、BSG交流电机、3s/2r坐标变换模块作为一个整体组成BSG电机系统，BSG电机系统以电压ud、uq为输入，以转速ω和电流id、iq为输出；步骤B：构造负载补偿控制器、状态反馈控制器和电压解耦控制器，以转速ω、负载转矩Tl作为负载补偿控制器的输入，其输出为电压ud1、uq1；以最优控制器增益矩阵Kbest、参考转速ωref、参考电流转速ω、电流id、iq作为状态反馈控制器的输入，其输出为电压ud2、uq2；以转速ω和电流iq作为电压解耦控制器的输入，其输出为电压ud3、uq3；采用控制器参数优化模块获得最优控制器增益矩阵Kbest；步骤C：将电压ud1、uq1、ud2、uq2、ud3、uq3相结合，构成限压控制器的第一部分输入是：将转速ω和电流iq作为限压控制器的第二部分输入，限压控制器的输出是所述的电压ud、uq。本专利技术的有益效果是：1、通过构建状态反馈控制器取代传统双闭环控制系统，有效克服了双闭环系统的固有缺陷，提升了系统的动态性能。构建电压解耦控制器保证了系统的控制精度。构建负载补偿控制器提升了BSG系统的响应速度。将上述三个子控制器构成高性能控制器，有效解决了智能汽车用BSG电机现有控制的缺陷，设计简单、控制效果优良，具有很强的高性能能力。2、通过花朵授粉算法来获得状态反馈控制器的全局最优参数，在提升控制器效果的同时减少了参数调整的工作量。3、本专利技术采用了一种新型的、结合当前电机运行状况的动态电压约束处理方式进一步提升了车辆的动力性。与传统的固定电压限幅方式相比，本专利技术采用的方式在保证电机安全运行的前提下，能够有效提高供给电机的最大电压，抑制控制器的饱和现象，缩短调节时间。4、本专利技术所需控制变量和输入变量均为可测、易测变量，且本专利技术的控制算法只需通过模块化软件编程实现，并不需要增加额外的仪器设备，在没有增加控制成本的前提下，有效提高了控制器的控制品质，有利于工程实现。附图说明图1是图1中由2r/2s坐标变换模块11、SVPWM12、逆变器模块13、交流电机14、3s/2r坐标变换模块15作为一个整体组成的BSG电机系统1的等效框图；图2是图1中控制器参数优化模块3的优化方法流程图。图3是将控制器参数优化模块3和状态反馈控制器22串联，将状态反馈控制器22、负载补偿控制器21、电压解耦控制器23并联之后并与限压控制器24串联组成的抗干扰复合控制器2对BSG电机系统1进行控制的结构框图；图中：1.BSG电机系统；2.抗干扰复合控制器；3.控制器参数优化模块；11.2r/2s坐标变换模块；12.SVPWM；13.逆变器模块；14.BSG交流电机；15.3s/2r坐标变换模块；21.负载补偿控制器；22.状态反馈控制器；23.电压解耦控制器；24.限压控制器；41.转速给定模块；42.电流给定模块；43.内燃机。具体实施方式如图1所示，首先形成BSG电机系统1。将2r/2s坐标变换模块11、SVPWM12、逆变器模块13、BSG交流电机14、3s/2r坐标变换模块15作为一个整体组成BSG电机系统1。该BSG电机系统1以电压ud、uq为输入，以转速ω和电流id、iq为输出。2r/2s坐标变换模块11的两个输入分别为电压ud和uq，ud和uq经过坐标变换得到两相静止坐标系下的控制电压uα和uβ，该控制电压uα和uβ值作为SVPWM调节模块的输入，其输出为开关脉冲信号0和1(0代表关闭，1为开通)，该开关脉冲信号作为逆变器13的输入，输出驱动BSG交流电机14的三相电流ia、ib、ic。BSG交流电机14的输出为转速ω，将三相电流ia、ib、ic作为3s/2r坐标变换模块15的输入，输出为同步旋转坐标系下的电流id、iq。建立BSG电机系统1的数学模型。通过分析、等效与推导，建立BSG电机系统1的数学模型为：式中x＝[idiqωsw]T，u＝[uduq]T分别为BSG电机系统1的状态变量和控制变量，取系统的三个输出id、iq、ω以及转速误差的积分sw为系统的状态变量，控制变量为BSG电机系统1的两个输入ud和uq。A为系统系数矩阵，B为输入系数矩阵。A和B的值由电机参数决定，Tl为负载转矩，E为转矩系数矩阵，构造BSG电机系统的抗干扰复合控制器的解析表达式，考虑BSG电机系统1的负载突变、参数时变等不确定性扰动特性，可以得到BSG电机系统1的控制器的输出u为：u＝u1+u2+u3(1-2)式中u1、u2、u3分别为负载补偿控制器21、状态反馈控制器22和电压解耦控制器23输出的电压。负载补偿控制器21输出的电压u1是：式中kt为BSG电机的转矩系数，Bω为BSG交流电机14的摩擦系数、Tq为BSG交流电机14的时间常数，J为转动惯量，kt＝3.32，Bω＝0.058，Tq＝0.035，J＝0.032kgm2。分别为转速ω的二阶和一阶导数。Tl为BSG交流电机14的的负载。状态反馈控制器22输出的电压u2是：式中K为2×4的状态反馈控制器增益矩阵，其值直接影响系统的响应特性。在线性二次型最优理论中，所设计的控制器应兼顾控制性能与能量损耗，选取的控制器的增益矩阵K应使下式最小：式中的第一部分代表控制器的跟踪性能，第二部分代表控制能量，Q和R为权重矩阵，代表控制性能和能量损耗的相对重要性，其值对抗干扰复合控制器的性能有直接影响，由花朵授粉算法得到。基于权重矩阵Q和R，状态反馈控制器22的增益矩阵K可由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合动力汽车用BSG交流电机抗干扰复合控制器的构造方法，其特征是包括以下步骤：步骤A：将2r/2s坐标变换模块(11)、SVPWM(12)、逆变器模块(13)、BSG交流电机(14)、3s/2r坐标变换模块(15)作为一个整体组成BSG电机系统(1)，BSG电机系统(1)以电压ud、uq为输入，以转速ω和电流id、iq为输出；步骤B：构造负载补偿控制器(21)、状态反馈控制器(22)和电压解耦控制器(23)，以转速ω、负载转矩Tl作为负载补偿控制器(21)的输入，其输出为电压ud1、uq1；以最优控制器增益矩阵Kbest、参考转速ω

【技术特征摘要】
1.一种混合动力汽车用BSG交流电机抗干扰复合控制器的构造方法，其特征是包括以下步骤：步骤A：将2r/2s坐标变换模块(11)、SVPWM(12)、逆变器模块(13)、BSG交流电机(14)、3s/2r坐标变换模块(15)作为一个整体组成BSG电机系统(1)，BSG电机系统(1)以电压ud、uq为输入，以转速ω和电流id、iq为输出；步骤B：构造负载补偿控制器(21)、状态反馈控制器(22)和电压解耦控制器(23)，以转速ω、负载转矩Tl作为负载补偿控制器(21)的输入，其输出为电压ud1、uq1；以最优控制器增益矩阵Kbest、参考转速ωref、参考电流idref、转速ω、电流id、iq作为状态反馈控制器(22)的输入，其输出为电压ud2、uq2；以转速ω和电流iq作为电压解耦控制器(23)的输入，其输出为电压ud3、uq3；采用控制器参数优化模块(3)获得最优控制器增益矩阵Kbest；步骤C：将电压ud1、uq1、ud2、uq2、ud3、uq3相结合，构成限压控制器(24)的第一部分输入是：将转速ω和电流iq作为限压控制器(24)的第二部分输入，限压控制器(24)的输出是所述的电压ud、uq，。2.根据权利要求1所述的混合动力汽车用BSG交流电机抗干扰复合控制器的构造方法，其特征是：步骤B中，控制器参数优化模块(3)的参数优化分为以下十个步骤：步骤一，随机生成N组权重矩阵Q和R；步骤二，计算出增益矩阵K；步骤三，将增益矩阵K输出给状态反馈控制器22；步骤四，驱动轮毂电机系统(1)，得到在当前增益矩阵K下离散的电机输出转速ωn和电流idn,；步骤五，计算当前权重矩阵的适应度值F：步骤六，确定本次迭代中N组权重矩阵中适应度最好的一组权重矩阵[QR]i1。步骤七，利用花朵授粉算法更新所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓东，胡昌昌，陈龙，周卫琪，杨泽斌，李可，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32