电动汽车模糊滑模回馈充电控制器及其回馈充电控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电动汽车模糊滑模回馈充电控制器及其回馈充电控制方法。本发明专利技术电动汽车模糊滑模回馈充电控制器，包括蓄电池充电控制器，蓄电池充电控制器的输出端依次连接驱动/隔离电路、回馈制动充电系统、传感采集电路，传感采集电路最后连接回蓄电池充电控制器。本发明专利技术回馈充电控制方法包括建立DC/DC变换器回馈充电时的系统模型阶段、建立回馈充电下的DC/DC变换器T‑S模糊模型阶段、计算变换器占空比的预测值阶段、模糊滑模充电控制器综合设计阶段。本发明专利技术控制方法具有很强的鲁棒性，能够回收更多的制动能量，可有效提高电动汽车的续航里程数；本发明专利技术控制器结构简单、成本低廉、可靠性高。

Fuzzy sliding mode feedback charging controller of electric vehicle and its feedback charging control method

The invention discloses an electric vehicle fuzzy sliding mode feedback charging controller and a feedback charging control method thereof. The invention of electric vehicle charging feedback fuzzy sliding mode controller, including battery charging controller and battery charging controller output end connected drive / isolation circuit, feedback brake charging system, sensor acquisition circuit, sensor acquisition circuit finally connects back to the battery charging controller. The feedback control method of charging stage, including system model DC/DC converter feedback when charging the establishment of T DC/DC converter feedback charging under the S fuzzy model, calculation of converter stage accounted for prediction than the null value, fuzzy sliding mode controller integrated charging stage design stage. The control method of the invention has strong robustness, can recover more braking energy, can effectively improve the mileage of electric vehicles, the controller has the advantages of simple structure, low cost and high reliability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电动汽车充电控制
，具体涉及一种电动汽车用双向DC/DC变换器的T-S模糊变结构回馈充电控制方法，及模糊滑模控制器。
技术介绍
纯电动汽车是一种零排放、零污染的绿色交通工具，在国家新能源汽车扶持政策的支持下，越来越受到消费者的欢迎。但因受到电池容量不足和充电方式不便而带来的续航里程不足，则严重制约着纯电动汽车的发展。在电池技术瓶颈难以实质性突破的情况下，基于能量再生的回馈充电作为一种有效延长纯电动汽车续航里程数的技术得到了广泛的研究。从技术上看，回馈充电的实现需要确定功率变换器拓扑结构、设计充电控制方法。回馈充电时，由于反电势幅值一般低于蓄电池开路电压，电动汽车中DC/DC变换器的主要作用作为升压变换器将输出电压提升至足够高的水平；而正常驱动时，将蓄电池中的能量以期望的大小提供给电机以使车辆行驶前进。目前，在不需要设计单独的控制电路情况下，大多数车用DC/DC变换器不能实现能量在蓄电池和电机间的双向流动；少数能实现双向流动的变换器，由于需要较多的电路元件，导致结构复杂、成本增加。而在充电控制方法上，大部分仍停留在需要精确数学模型的传统控制技术上。然而，仅仅依靠传统的控制手段难以获得较高的控制性能。这是由于：一方面，包含有电机、变换器、蓄电池和车体的充电系统具有复杂的机电耦合动力学特征，在电动汽车运行时，电机参数、行驶路况、负载大小、驾驶模式及电池电压等因素都是变化的，难以建立其精确的数学模型。另一方面，绝大多数充电控制均是基于小信号分析方法，即在某个稳定工作点处进行线性化处理，难以满足系统在大范围车速、全局工作环境下的线性化要求。与此同时，电动汽车在复杂行驶工况下，因为温升、车辆参数不确定性、不确定输入电压、输出负载变化和电池充电时的等效负载电阻变化，造成传统控制器性能下降，控制系统缺乏鲁棒性。因此，设计结构简单、控制精度高、稳定性强和能源高效利用的回馈充电控制方法，对提高电动汽车行驶的安全性、稳定性和续航里程数有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种电动汽车模糊滑模回馈充电控制器，该电动汽车模糊滑模回馈充电控制器，具有控制精度高、鲁棒性强、结构简单的优点，从而可有效提高电动汽车的续航里程数。本专利技术的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：该电动汽车模糊滑模回馈充电控制器，它包括蓄电池充电控制器，蓄电池充电控制器的输出端依次连接驱动/隔离电路、回馈制动充电系统、传感采集电路，传感采集电路最后连接回蓄电池充电控制器。具体的，所述蓄电池充电控制器由数字信号处理器DSP(TMS320F2812)实现。具体的，所述回馈制动充电系统包括一个蓄电池、四个电流传感器SA1～SA4、两个电压传感器SV1、SV2、储能电容C、双向DC/DC变换器和星形连接的直流电动机；蓄电池的上端串联电流传感器SA1后下端并联接有电压传感器SV1；储能电容C与电压传感器SV2并联，再与释能电阻R串联后与电压传感器SV1并联；双向DC/DC变换器由六个功率管T1～T6组成，上桥臂为T1、T3和T5，下桥臂为T4、T2和T6，每桥连接中点分别串联电流传感器SA2、SA3、SA4后与直流电动机的相绕组连接。具体的，所述驱动/隔离电路包括光电隔离器件U1和驱动控制电路U2，光电隔离器件U1采用光电耦合芯片4N25，驱动控制电路U2采用芯片IR2122S。具体的，所述传感采集电路包括电压、电流传感器和两通道运算放大器U4、U5，电压、电流传感器采用HAS200-P，运算放大器采用LF353。本专利技术的第二个目的在于提供基于上述电动汽车模糊滑模回馈充电控制器的回馈充电控制方法，该方法包括建立DC/DC变换器回馈充电时的系统模型阶段、建立回馈充电下的DC/DC变换器T-S模糊模型阶段、计算变换器占空比的预测值阶段、模糊滑模充电控制器综合设计阶段；(一)所述的建立DC/DC变换器回馈充电时的系统模型阶段的步骤如下：(1)计算充电电路的系统模型；回馈充电情况下，使用与正常驱动情况下的同一套DC/DC变换电路；采用六管全桥脉冲宽度调制，无需额外增加电路单元；以A相和B相为例分析数学模型，在开关开通、关断两种情况下，研究控制目标为蓄电池充电电压、电流时系统的数学模型，以输出为电池充电电压y＝Vo(t)为例来说明；令状态变量x＝[iL vc]T，电路的系统模型由下述方程给出： { x · = A O N x + B O N e a b + g O N x · = A O F F x + B O F F e a b 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车模糊滑模回馈充电控制器，其特征在于：它包括蓄电池充电控制器(1)，蓄电池充电控制器(1)的输出端依次连接驱动/隔离电路(4)、回馈制动充电系统(3)、传感采集电路(2)，传感采集电路(2)最后连接回蓄电池充电控制器(1)。

【技术特征摘要】
2016.01.12 CN 20161001837071.一种电动汽车模糊滑模回馈充电控制器，其特征在于：它包括蓄电池充电控制器(1)，蓄电池充电控制器(1)的输出端依次连接驱动/隔离电路(4)、回馈制动充电系统(3)、传感采集电路(2)，传感采集电路(2)最后连接回蓄电池充电控制器(1)。2.根据权利要求1所述的电动汽车模糊滑模回馈充电控制器，其特征在于：所述回馈制动充电系统(3)包括一个蓄电池、四个电流传感器SA1～SA4、两个电压传感器SV1、SV2、储能电容C、双向DC/DC变换器和星形连接的直流电动机；蓄电池的上端串联电流传感器SA1后下端并联接有电压传感器SV1；储能电容C与电压传感器SV2并联，再与释能电阻R串联后与电压传感器SV1并联；双向DC/DC变换器由六个功率管T1～T6组成，上桥臂为T1、T3和T5，下桥臂为T4、T2和T6，每桥连接中点分别串联电流传感器SA2、SA3、SA4后与直流电动机的相绕组连接。3.根据权利要求1所述的电动汽车模糊滑模回馈充电控制器，其特征在于：所述驱动/隔离电路(4)包括光电隔离器件U1和驱动控制电路U2，光电隔离器件U1采用光电耦合芯片4N25，驱动控制电路U2采用芯片IR2122S。4.根据权利要求1所述的电动汽车模糊滑模控制器，其特征在于：所述传感采集电路(2)包括电压、电流传感器和两通道运算放大器U4、U5，电压、电流传感器采用HAS200-P，运算放大器采用LF353。5.一种基于权利要求1所述电动汽车模糊滑模回馈充电控制器的回馈充电控制方法，其特征在于：它包括建立DC/DC变换器回馈充电时的系统模型阶段、建立回馈充电下的DC/DC变换器T-S模糊模型阶段、计算变换器占空比的预测值阶段、模糊滑模充电控制器综合设计阶段；(一)所述的建立DC/DC变换器回馈充电时的系统模型阶段的步骤如下：(1)计算充电电路的系统模型；回馈充电情况下，使用与正常驱动情况下的同一套DC/DC变换电路；采用六管全桥脉冲宽度调制，无需额外增加电路单元；以A相和B相为例分析数学模型，在开关开通、关断两种情况下，研究控制目标为蓄电池充电电压、电流时系统的数学模型，以输出为电池充电电压y＝vo(t)为例来说明；令状态变量x＝[iL vc]T，电路的系统模型由下述方程给出： x · = A O N x + B O N e a b + g O N x · = A O F F x + B O F F e a b + g O F F , y = C O N x + f O N y = C O F F x + f O F F ; ]]>式中开关开通、关断下的矩阵分别为CON＝[0 RbR-1]，COFF＝[RbRcR-1 RbR-1]，fON＝fOFF＝RcR-1vb；系数a1＝-(2Rm+Rs+Rd)/2Lm，a2＝-1/CR，a3＝-(Rm+Rd)/Lm-RcRb/(2LmR)，a4＝Rb/(2LmR)，g1＝-a2vb，g2＝-Rc/(2LmR)vb；符号Lm是绕组电感，Rm是绕组电阻，Rs和Rd分别是电源开关和续流二极管的导通电阻，C和Rc分别是电池直流侧电容器电容和寄生电阻，Rb是电池等效内阻，R＝Rc+Rb，vc是电容器上的电压降，vb表示电池电动势，ib为流过电池的回馈充电电流，eab为两相绕组反电动势，vo为输出电压；电路模型中的输出方程为充电电压方程，当输出为充电电流时，其输出方程改写为io＝-R-1vc+R-1vb；(2)计算状态空间平均模型；在电路模型两边分别乘以PWM占空比d(t)和d'(t)＝1-d(t)，并进行平均化处理，求得状态空间平均模型为： x · m = A ‾ x m + B ‾ e a b + g ‾ y m = C ‾ m x m + f ‾ ; ]]>式中矩阵xm、ym分别是单个PWM周期内的状态变量平均值和输出电压平均值；对于给定占空比令可求得处静态工作点的状态变量稳态值为： x m = x ‾ = - A ‾ - 1 ( B ‾ e a b + g ‾ ) y m = y ‾ = - C A ‾ - 1 ( B ‾ e a b + g ‾ ) ; ]]>式中和分别表示xm和ym的稳态值；由于在工作点处存在小信号的干扰，则变量的瞬时值可写为：其中d(t)、x(t)、y(t)为变量瞬时值，为小信号扰动；(3)计算状态空间小信号及积分控制模型；利用小信号扰动分析方法分离出稳态变量和瞬态变量，忽略扰动量的二次及以上高阶项，求得状态空间小信号模型为： x ^ · m ( t ) = A ‾ x ^ m ( t ) + E ‾ d ^ ( t ) y ^ m ( t ) = C ‾ x ^ m ( t ) ; ]]>式中矩阵对状态空间平均和状态空间小信号两种模型而言，都依赖于工作点处占空比稳态值为实现输出电压的零稳态跟踪误差，引入积分状态变量：xe＝∫e·dt＝∫(yr-ym)·dt，式中跟踪误差e＝yr-ym，yr为期望输出电压；将状态空间小信号模型改写为如下积分控制模型： x ^ · a ( t ) = A ‾ a x ^ a ( t ) + E ‾ a d ^ ( ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张细政，
申请(专利权)人：湖南工程学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43