【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电动汽车电动机，尤其涉及一种基于双层模型预测控制的电驱动系统扭振抑制策略。
技术介绍
1、电驱动系统是多场耦合的强非线性系统，电驱动系统中的电机与减速齿轮是刚性连接，因此电机中的扭矩波动和齿轮传动系统的内外部激励会引起电驱动系统的扭转振动。扭转振动会在传动链上产生循环交变应力，影响传动链的疲劳寿命，尤其是高振幅或高频率的扭转振动会对传动链造成较大损害。
2、在一些瞬态条件下，如启动、制动、正负扭矩切换和其他非平稳过度，会导致电驱动系统发生扭转振动，使电机转子的转速、转矩发生明显波动，激发电驱系统内部间隙撞击，对机械部分带的瞬态突变的扭矩冲击。而扭矩冲击会影响齿轮副的啮合特性，加剧振动噪声问题。电驱动系统扭矩快速突变的特点使得动力传动系统承受了相比燃油车更为强烈的扭矩激励，从而使得扭振现象表现得更为严重。因此，如何抑制电驱动系统的扭转振动已成为当前的研究热点。
3、电驱动系统的主动控制方法可以减小扭振。永磁同步电机主要有三种控制策略，分别是磁场定向控制(foc)、直接转矩控制(dtc)和模型预测控制(mpc)。foc控制主要应用于感应电机，foc控制虽然可以获得良好的稳态性能，但是动态响应仍需进一步改善。dtc控制是根据电机的数学模型直接在静态坐标系中计算和控制电机磁链和转矩，dtc控制转矩的响应速度较快，但输出平稳性相对较差。mpc具有更好的动态性能且便于实现，模型预测控制可分为连续模型预测控制(ccs－mpc)和有限集模型预测控制(fcs—mpc)。
4、目前针对电驱动系统的特
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于双层模型预测控制的电驱动系统扭振抑制策略，针对电动汽车工况复杂多变的特点，综合考虑电驱动系统重的非线性因素，建立双层模型预测控制策略，可有效减小一体化电驱动系统的扭振，增强电驱动系统的稳定性，提升整车舒适性。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于双层模型预测控制的电驱动系统扭振抑制策略，包括以下步骤：
3、s1：数学模型搭建：建立永磁同步电机数学模型和齿轮传动系统集中参数模型；
4、s2：上层mpc搭建：双自由度模型预测控制(tdf-mpc)作为上层mpc；上层mpc将转矩作为控制量，电机转速、车轮转速、电机转角、车轮转角作为状态量反馈输出到上层mpc中，计算预测时域的状态量和控制量；根据优化目标求解二次规划问题的最优解，最后将最优解输出到下层mpc中；
5、s3：下层mpc搭建：永磁同步电机两步双矢量模型预测转矩控制(tsdv－mptc)作为下层mpc；下层mpc根据代价函数选择两个最优电压矢量并同时计算两个最优电压矢量的作用时间，最后将最优电压矢量及其作用时间输入至电机控制器中；
6、s4：评价指标：采用纵向冲击度、转矩波动系数以及谐波畸变率评价扭振抑制策略的性能。
7、进一步，所述步骤s2具体包括以下步骤：为了简化上层mpc控制器，减少计算时间，提高控制器响应速度，将电机和齿轮传动系统简化为双自由度模型；
8、s21：预测模型：
9、简化模型中整车等效惯量为：
10、上式中，i1为输入级小齿轮转动惯量，i2为输入级大齿轮转动惯量，i3为输出级小齿轮转动惯量，i4为输出级大齿轮转动惯量，ig为差速器转动惯量，iw为车轮转动惯量，iv为整车转动惯量，iv'为整车等效转动惯量，i12为一级齿轮减速比，i34为二级齿轮减速比；
11、根据动力传动系统简化模型，建立扭转振动微分方程：
12、
13、上式中，kv为等效整车刚度，cv为等效整车阻尼；
14、设状态量控制量u＝tm,扰动量为d＝tl；
15、建立的状态空间方程为：
16、s22：预测输出：
17、根据控制器采样周期ts采用前向欧拉法对状态空间方程及其系数进行离散化处理，得到新的状态空间方程为：
18、
19、为了系统稳定并减少静态误差，将上述的离散模型改为增量模型：
20、
21、其中，δx(k)＝x(k)-x(k-1)，δu(k)＝u(k)-u(k-1)；
22、模型预测控制利用当前时刻的状态变量和求解的控制量去预测未来的结果；
23、s23：最优化及反馈控制：
24、在抑制扭转振动的同时也要保证电机的输出转矩能够满足驾驶员的动力需求；电机的输出转矩与需求转矩偏差需控制在合理范围内，综合控制目标如下：
25、
26、rc(k+1)＝[r(k+1)r(k+2)…r(k+np)]t；
27、上式中，rc为参考序列；q和r为权重矩阵；||q(y-rc)||2是控制扭振波动尽量小；||rδu||2电机输出扭矩变化率；
28、在实际控制系统中，电机输出转矩和转矩变化受到电机性能的限制；因此，控制变量的约束如下：
29、上式中，umin、umax分别是电机转矩的最大值和最小值；δumin、δumax分别是电机转矩增量的最小值和最大值；
30、将上述带约束的优化问题转化为二次规划问题，在每次迭代中将不等式约束问题转化为等式约束问题，求解得到最优解序列δu*，将序列第一个值与上一时刻的控制量相加，即可得到当前时刻的控制量u(k)，然后根据系统的新状态变量更新mpc预测模型，实现滚动优化求解。
31、进一步，所述步骤s3具体包括以下步骤：
32、s31：建立永磁同步电机离散数学模型：
33、为了计算下一个时刻的永磁同步电机的状态量，采用前向欧拉法对永磁同步电机数学模型进行离散化处理，得到定子电流的变化率模型为：
34、
35、s32：选择电压矢量：
36、两步双矢量预测模型预测转矩控制就是在传统模型预测转矩控制所选择出电压矢量vopt1的基础上，再进行一次电压矢量选择来确定第2个最优电压矢量vopt2；最优电压矢量vopt2通过代价函数选择；代价函数为：上式中是转矩参考值；
37、将预测出的vopt1计算得到的转矩的预测值代入到上述的代价函数，使代价函数最小的电压矢量为最优电压矢量；
38、通过一阶欧拉离散法可得dq轴电流在k+n时刻的预测值为：
39、
40、上式中，上标p代表该变量的预测值；n＝1,2；
41、两电平逆变器可以产生6个有效电压和2个零电压矢量，共7种电压矢量；在进行vopt2选择时，将最优电压矢量vopt1和7个备选电压矢量分别组合，并且预分配每个组合中两个电压矢量的作用时间；然后利用上述dq轴电流在k+n时刻的预测值的数学模型预测电流，同时考本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于双层模型预测控制的电驱动系统扭振抑制策略，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于双层模型预测控制的电驱动系统扭振抑制策略，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：为了简化上层MPC控制器，减少计算时间，提高控制器响应速度，将电机和齿轮传动系统简化为双自由度模型；
3.根据权利要求1所述的一种基于双层模型预测控制的电驱动系统扭振抑制策略，其特征在于：所述步骤S3具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于双层模型预测控制的电驱动系统扭振抑制策略，其特征在于：两步双矢量模型预测转矩控制策略控制方法如下：
【技术特征摘要】
1.一种基于双层模型预测控制的电驱动系统扭振抑制策略，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于双层模型预测控制的电驱动系统扭振抑制策略，其特征在于：所述步骤s2具体包括以下步骤：为了简化上层mpc控制器，减少计算时间，提高控制器响应速度，将电机和齿轮传动系统简...
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