一种基于内模的电动汽车速度跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于内模的电动汽车速度跟踪控制方法，该方法包括：步骤1，选择永磁同步电机作为驱动电机并将电机模型与电动汽车传动系统整合，建立整体系统的非线性数学模型；步骤2，将电动汽车的速度跟踪和干扰抑制问题描述为一个全局鲁棒伺服控制问题；步骤3，设计内模，将整体系统的全局鲁棒伺服控制问题转化为由整体系统和内模组成的增广系统的全局鲁棒镇定问题；步骤4，采用反步法设计状态反馈控制器，解决增广系统的全局鲁棒镇定问题。本发明专利技术针对电动汽车行驶过程中运行环境造成系统参数变化和系统外界干扰引入的现象，设计了基于内模的状态反馈控制器，实现了电动汽车速度跟踪控制。

An electric vehicle speed tracking control method based on internal model

【技术实现步骤摘要】
一种基于内模的电动汽车速度跟踪控制方法
本专利技术涉及伺服系统控制领域，具体涉及一种基于内模的电动汽车速度跟踪控制方法。
技术介绍
随着世界石油资源短缺和环境污染日益严重，寻找新形式的能源代替石油为汽车提供动力已成为必然的趋势，而电动汽车则是新能源汽车中的主力军。永磁同步电机因其功率因数高、低损耗等优良性能而被广泛应用在电动汽车中。然而，把永磁同步电机用作电动汽车的驱动装置时，电机或汽车传动系统参数的变化以及系统外界干扰的引入会直接影响电机的控制性能，进而影响车辆的行驶特性。此外，非线性输出调节理论近年来经历了快速的发展，而作为其常用控制策略的内模控制方法能够解决复杂系统的轨迹跟踪与干扰抑制问题，并具有良好的鲁棒性。针对电动汽车的整体复杂非线性系统，内模控制方法可以实现高精度的速度跟踪与干扰抑制性能，并允许整体系统的所有参数未知。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于内模的电动汽车速度跟踪控制方法。针对电动汽车的整体复杂系统，设计了内模控制器，从而实现了高精度的速度跟踪与干扰抑制性能，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于内模的电动汽车速度跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：选择永磁同步电机作为驱动电机并将电机模型与电动汽车传动系统整合，建立整体系统的非线性数学模型；/n步骤2：将电动汽车的速度跟踪和干扰抑制问题描述为一个全局鲁棒伺服控制问题；/n步骤3：设计内模，将整体系统的全局鲁棒伺服控制问题转化为由整体系统和内模组成的增广系统的全局鲁棒镇定问题；/n步骤4：采用反步法设计状态反馈控制器，解决增广系统的全局鲁棒镇定问题。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于内模的电动汽车速度跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选择永磁同步电机作为驱动电机并将电机模型与电动汽车传动系统整合，建立整体系统的非线性数学模型；
步骤2：将电动汽车的速度跟踪和干扰抑制问题描述为一个全局鲁棒伺服控制问题；
步骤3：设计内模，将整体系统的全局鲁棒伺服控制问题转化为由整体系统和内模组成的增广系统的全局鲁棒镇定问题；
步骤4：采用反步法设计状态反馈控制器，解决增广系统的全局鲁棒镇定问题。


2.根据权利要求1所述的一种基于内模的电动汽车速度跟踪控制方法，其特征在于，步骤1中，选择永磁同步电机作为驱动电机并将电机模型与电动汽车传动系统整合，建立整体系统的非线性数学模型，其过程如下：
1.1，永磁同步电机数学模型如下：












其中θM为电机转子角度，ωM为电机转子角速度，id,iq,ud,ud为dq轴定子电流与电压，JM为电机的转动惯量，TL为电机的负载转矩，Φv为转子磁链，p为电机极对数，Rs,L为定子电阻与电感，B为粘性摩擦系数；
1.2，通过分析电动汽车在行驶过程中的受力，可以得到电动汽车传动系统的模型如下：



其中v为汽车行驶速度，m为汽车的整体质量，g为重力加速度，FL为汽车受到的牵引力，χroad为路面坡度，Fwind为空气阻力，FR为滚动阻力；
1.3，建立空气阻力Fwind的模型如下：



其中cair为空气阻力系数，ρa为空气密度，AL为车辆迎风正面面积；
1.4，建立滚动阻力FR的模型如下：
FR＝m(cr1+cr2rωW)(4)
其中cr1,cr2是取决于轮胎和轮胎压力的常数，r为车轮半径，ωW为车轮转速；
1.5，将车轮转速ωW与汽车行驶速度v关系表示如下：



1.6，根据牛顿第二定律得出车轮转速与车轮所受力矩之间的关系如下：



其中JW为车轮转动惯量，TW为连接车轮传动轴的输出转矩，Tf为车轮的摩擦转矩；
1.7，根据传动部分转矩关系与速度关系得出如下关系式：
TW＝ntnfTL,ωW＝ntnfωM(7)
其中nt,nf分别为变速箱和主减速器的变速比；
1.8，结合公式(1)～(7)，得到永磁同步电机驱动电动汽车的整体系统数学模型如下：









其中n＝ntnf；δ＝JW+mr2+n2JM；β＝rm；


3.根据权利要求2所述的一种基于内模的电动汽车速度跟踪控制方法，其特征在于，步骤2中，将电动汽车的速度跟踪和干扰抑制问题描述为一个全局鲁棒伺服控制问题，其过程如下：
2.1，假定车轮的参考转速ωd和包含摩擦转矩的等效干扰βcr1+βgsinχroad+Tf可由如下的外部系统产生：



其中A1,G1,G2为定常矩阵；
2.2，令：x1,1＝ωW,x1,2＝iq,x2,1＝id,u1＝uq,u2＝ud,a16＝np,a22＝np,将系统(8)写为如下形式：



其中e1为车轮转速跟踪误差，e2为d轴电流跟踪误差；
2.3，考虑不确定因素所产生的系统参数摄动，定义不确定参数其中为整体系统的标称值，w∈R13；将系统(9)与(10)相结合，得到如下的紧凑形式：






e＝H(x,u,v,w).(11)
其中x＝(x1,1,x1,2,x2,1)T,u＝(u1,u2)T，



2.4，此时系统(8)的全局速度跟踪控制问题已被描述为系统(11)的全局鲁棒伺服控制问题，其控制目标为在保证从任意初始值出发的闭环系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：平兆武，李垚熠，熊邦国，黄云志，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34