开关磁阻轮毂电机减振及脉动抑制复合控制系统构造方法技术方案

本发明专利技术公开一种开关磁阻轮毂电机减振及脉动抑制复合控制系统构造方法，由速度给定模块、转矩实时查表模块、转矩脉动计算模块、径向力实时查表模块、径向力脉动计算模块、抗干扰滑模速度控制模块、转矩脉动抑制非线性优化模块、电流控制器模块、参考电流调节模块、转矩与径向力耦合模块、直接径向力迟滞控制器、逻辑与模块构造开关磁阻轮毂电机减振及脉动抑制复合控制系统；有效地将转矩脉动抑制控制和直接径向力控制结合起来，有利于协调减小振动和抑制转矩脉动之间存在的矛盾，本发明专利技术的实施只需要可测、易测的输入和输出变量，因此不需要增加额外的检测设备，有效地实现了开关磁阻轮毂电机振动和转矩脉动的协调控制。

Construction method of composite control system for vibration reduction and pulsation suppression of SRM

【技术实现步骤摘要】
开关磁阻轮毂电机减振及脉动抑制复合控制系统构造方法
本专利技术属于车用电机控制应用
，具体是一种开关磁阻轮毂电机的减振及脉动抑制的复合系统的构造方法，所构造的系统。
技术介绍
轮毂电机是一种车轮内装电机，具有省略大量传动部件、可实现多种复杂的驱动方式和便于采用多种新能源车技术等优点，但缺点是增大了簧下质量和轮毂的转动惯量，对车辆的操稳性和平顺性有所影响，因此需要电机具有较高功率密度和和运行平顺性。目前轮毂电机多为感应电机和永磁电机，对于感应电机，其调速性能较差，不易进行精准控制，对电机的控制系统要求较高；对于永磁电机，由于存在永磁材料，所以在高温和高磁场环境下的稳定性难以保证。开关磁阻电机以其结构简单牢固、成本低和可靠性高等优点，适用于高速运行和恶劣环境。然而传统的开关磁阻电动机因其呈双凸极的定转子结构，存在着转矩脉动和振动噪声相对较大的固有问题，这些缺点不满足轮毂电机对运行平顺性的要求。针对这一问题，如果采用传统的角度位置控制、电流斩波控制以及电压斩波控制等方法很难有效地减小振动和抑制转矩脉动，因为在减小振动和抑制转矩脉动之间存在着矛盾，减小振动往往是以增大了转矩脉动、减低系统效率为代价的，因此，为了有效地解决这一个矛盾，使得轮毂电机具有较好的运行平顺性，需采用一种新的复合控制技术。中国专利申请号为201510033024.1、名称为“一种降低开关磁阻电机振动与噪声的方法、装置”的文献中提出的控制方法，使定子密封腔内的冷却介质在开关磁阻电机启动后迅速沸腾来进一步起到减振降噪的作用，该方法主要通过引入外部冷却装置来实现更好地减振降噪，且无法消除转矩波动，因此无法满足轮毂电机对运行平顺性的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有开关磁阻轮毂电机的缺陷，提供一种能有效减小开关磁阻轮毂电机振动和转矩脉动的复合控制系统的构造方法，所构造的复合控制系统在不增大转矩脉动的情况下能减小振动和噪声，同时也增加控制系统的鲁棒性，使得控制系统在各种复杂恶劣的运行环境下具有较好的抗干扰性和稳定性。本专利技术开关磁阻轮毂电机减振及脉动抑制复合控制系统构造方法采用的技术方案是具有以下步骤：步骤A：构造以开关驱动信号S为输入，以开关磁阻轮毂电机的位置角θ、速度ω和相电流Iph为输出的开关磁阻轮毂电机系统；步骤B：构造以实时转矩Te、转速ω和参考转速ωr为输入，以参考转矩Tr为输出的抗干扰滑模速度控制模块；构造以所述的参考转矩Tr、转速ω为输入，以参考电流Ir*、开通角θon和导通角θp为输出的转矩脉动抑制非线性优化模块；构造以参考电流Ir、相电流Iph、开通角θon、导通角θp和位置角θ为输入，以开关信号ST为输出的电流控制器模块；构造以所述的参考转矩Tr为输入，以参考径向力Fr为输出的转矩与径向力耦合模块；构造以所述的参考径向力Fr为输入、以开关信号SF为输出的直接径向力迟滞控制器；构造以转矩变化值σT、径向力变化值σF和参考电流Ir*为输入，以所述的参考电流Ir为输出的参考电流调节模块。步骤C：由速度给定模块、转矩实时查表模块、转矩脉动计算模块、径向力实时查表模块、径向力脉动计算模块、抗干扰滑模速度控制模块、转矩脉动抑制非线性优化模块、电流控制器模块、参考电流调节模块、转矩与径向力耦合模块、直接径向力迟滞控制器、逻辑与模块构造开关磁阻轮毂电机减振及脉动抑制复合控制系统；所述的速度给定模块输出参考转速ωr至抗干扰滑模速度控制模块；所述的开关磁阻轮毂电机系统输出的位置角θ和相电流Iph信号分别输入至径向力实时查表模块、转矩实时查表模块和电流控制器模块中，速度ω分别输入至抗干扰滑模速度控制模块和转矩脉动抑制非线性优化模块中；转矩实时查表模块输出实时转矩Te，径向力实时查表模块输出实时径向力Fs，实时转矩Te分别输入到转矩脉动计算模块和抗干扰滑模速度控制模块中，径向力实时查表模块输出的实时径向力Fs分别输入到径向力脉动计算模块和直接径向力迟滞控制器中，电流控制器模块输出的开关信号ST和直接径向力迟滞控制器输出的开关信号SF共同输入至逻辑与模块中，逻辑与模块输出实际开关信号S至开关磁阻轮毂电机系统，实现减振及脉动抑制的复合控制。本专利技术的有益之处在于：1、本专利技术所构造的复合控制系统，有效地将转矩脉动抑制控制和直接径向力控制结合起来，有利于协调减小振动和抑制转矩脉动之间存在的矛盾，使得电机的振动和转矩脉动都在可以接受的范围，该复合控制系统设计简单、实现方便，并且控制效果较好。2、考虑到开关磁阻轮毂电机系统的机械参数受干扰而变化，本专利技术构造了一种抗干扰滑模速度控制模块，它是基于一种趋近速度快、抖振小的新型趋近律而设计的，能实时估计出干扰值并前馈给滑模速度控制器，有效地提高了系统的抗干扰性能，相比于传统的PID速度控制器，该抗干扰滑模速度控制模块能很好地跟踪实际转矩，鲁棒性好。3、本专利技术构造了转矩脉动抑制非线性优化模块，将智能算法应用于非线性建模中，相比较于传统的插值查表法，具有更高的计算准确度。4、本专利技术的实施只需要可测、易测的输入和输出变量，因此不需要增加额外的检测设备，相应的控制算法只需要通过软件编程实现，故在没有增加控制成本的前提下，有效地实现了开关磁阻轮毂电机振动和转矩脉动的协调控制。附图说明图1是开关磁阻轮毂电机系统10的等效框图；图2是抗干扰滑模速度控制模块30的等效框图；图3是转矩脉动抑制非线性优化模块40的等效框图；图4是电流控制器模块50的等效框图；图5是构造直接径向力迟滞控制器80中的切换规则示意图；图6是参考电流调节器60的算法过程示意图；图7是开关磁阻轮毂电机减振及脉动抑制复合控制系统的构成图。图中：1.转矩脉动抑制控制模块；2.直接径向力控制模块；10.开关磁阻轮毂电机系统；11.功率变换器模块；12.开关磁阻轮毂电机；13.位置检测模块；14.电流检测模块；15.速度计算模块；21.速度给定模块；22.转矩实时查表模块；23.转矩脉动计算模块；24.径向力实时查表模块；25.径向力脉动计算模块；30.抗干扰滑模速度控制模块；31.滑模速度控制器；32.抗干扰滑模观测器；40.转矩脉动抑制非线性优化模块；41.最小二乘支持向量回归机；42.训练测试样本；50.电流控制器模块；51.实时角度控制模块；52.逻辑或模块；53.电流斩波控制模块；60.参考电流调节模块；70.转矩与径向力耦合模块；80.直接径向力迟滞控制器；90.逻辑与模块。具体实施方式本专利技术具体的实施分以下8步：1、如图1所示，构造开关磁阻轮毂电机系统10。将功率变换器模块11、开关磁阻轮毂电机12、位置检测模块13、电流检测模块14和速度计算模块15作为一个整体构成开关磁阻轮毂电机系统10。该开关磁阻轮毂电机系统10以开关驱动信号S为输入，以开关磁阻轮毂电机12的位置角θ、速度ω和相电流Iph为输出。功率变换器模块11的输出端分别连接开关磁阻轮毂电机12和电流检测模块14的输入端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关磁阻轮毂电机减振及脉动抑制复合控制系统构造方法，其特征是具有以下步骤：/n步骤A：构造以开关驱动信号S为输入，以开关磁阻轮毂电机的位置角θ、速度ω和相电流I

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻轮毂电机减振及脉动抑制复合控制系统构造方法，其特征是具有以下步骤：
步骤A：构造以开关驱动信号S为输入，以开关磁阻轮毂电机的位置角θ、速度ω和相电流Iph为输出的开关磁阻轮毂电机系统(10)；
步骤B：构造以实时转矩Te、转速ω和参考转速ωr为输入，以参考转矩Tr为输出的抗干扰滑模速度控制模块(30)；构造以所述的参考转矩Tr、转速ω为输入，以参考电流Ir*、开通角θon和导通角θp为输出的转矩脉动抑制非线性优化模块(40)；构造以参考电流Ir、相电流Iph、开通角θon、导通角θp和位置角θ为输入，以开关信号ST为输出的电流控制器模块(50)；构造以所述的参考转矩Tr为输入、以参考径向力Fr为输出的转矩与径向力耦合模块(70)；构造以所述的参考径向力Fr为输入、以开关信号SF为输出的直接径向力迟滞控制器(80)；构造以转矩变化值σT、径向力变化值σF和参考电流Ir*为输入，以所述的参考电流Ir为输出的参考电流调节模块(60)；
步骤C：由速度给定模块(21)、转矩实时查表模块(22)、转矩脉动计算模块(23)、径向力实时查表模块(24)、径向力脉动计算模块(25)、抗干扰滑模速度控制模块(30)、转矩脉动抑制非线性优化模块(40)、电流控制器模块(50)、参考电流调节模块(60)、转矩与径向力耦合模块(70)、直接径向力迟滞控制器(80)、逻辑与模块(90)构造开关磁阻轮毂电机减振及脉动抑制复合控制系统；所述的速度给定模块(21)输出参考转速ωr至抗干扰滑模速度控制模块(30)；所述的开关磁阻轮毂电机系统10输出的位置角θ和相电流Iph信号分别输入至径向力实时查表模块(24)、转矩实时查表模块(22)和电流控制器模块(50)中，速度ω分别输入至抗干扰滑模速度控制模块(30)和转矩脉动抑制非线性优化模块(40)中；转矩实时查表模块(22)输出实时转矩Te，径向力实时查表模块(24)输出实时径向力Fs，实时转矩Te分别输入到转矩脉动计算模块(23)和抗干扰滑模速度控制模块(30)中，径向力实时查表模块(24)输出的实时径向力Fs分别输入到径向力脉动计算模块(25)和直接径向力迟滞控制器(80)中，电流控制器模块(50)输出的开关信号ST和直接径向力迟滞控制器(80)输出的开关信号SF共同输入至逻辑与模块(90)中，逻辑与模块(90)输出实际开关信号S至开关磁阻轮毂电机系统(10)，实现减振及脉动抑制的复合控制。


2.根据权利要求1所述的开关磁阻轮毂电机减振及脉动抑制复合控制系统构造方法，其特征是：步骤B中，由抗干扰滑模观测器(32)和滑模速度控制器(31)相串联构成抗干扰滑模速度控制模块(30)，抗干扰滑模观测器(32)的输入值是实时转矩Te和速度ω，其输出值是实时干扰值滑模速度控制器(31)的输入值是实时干扰值速度ω和参考转速ωr，其输出值是参考转矩Tr；滑模速度控制器(31)由式得到，参考转矩值
s为切换函数；η为等速趋近系数；k为指数趋近系数；x为系统状态变量；α取1.4；β取1.2；σ取0.3；J为转动惯量；D为阻尼系数；TL为负载转矩。


3.根据权利要求1所述的开关磁阻轮毂电机减振及脉动抑制复合控制系统构造方法，其特征是：步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓东，邬江陵，陈龙，蔡英凤，周卫琪，田翔，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32