CN103414432A - 一种混合动力车带式驱动启动发电机控制器的构造方法 - Google Patents

一种混合动力车带式驱动启动发电机控制器的构造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种混合动力车带式驱动启动发电机控制器的构造方法，步骤为：将扩展逆变器控制模块、混合动力车BSG、电流检测模块、转速转角检测与计算模块构成复合被控对象；建立复合被控对象模型和复合被控对象逆模型；将复合被控对象逆模型串联在复合被控对象前；用复合被控对象与复合被控对象模型的输出误差驱动复合被控对象逆模型；将复合被控对象与参考模型的输出误差在线调整逆控制器的权值参数；将逆控制器、复合被控对象模型、复合被控对象逆模型、参考模型构成自适应逆控制器。本发明的方法可将混合动力车BSG系统扰动控制与系统动态特性控制分开单独处理，并且可以使两者的控制同时达到最佳效果，具有很强的鲁棒性和抗干扰能力。

Description

一种混合动力车带式驱动启动发电机控制器的构造方法
技术领域
本发明涉及混合动力车带式驱动启动发电机（以下简称为BSG）系统自适应逆控制器的构造方法，适用于混合动力车BSG系统的高性能控制，属于BSG混合动力技术领域。
背景技术
与传统汽车相比，混合动力汽车在节能与减排方面具有显著的优点，已成为解决当今社会能源枯竭和环境污染双重危机的有效手段之一，其中采用BSG技术的混合动力汽车由于可以进一步降低车辆怠速工作时油耗与排放，受到了越来越多的重视。
在BSG混合动力汽车中，BSG技术采用皮带传动与发动机相连，实现了电机与发电机的一体化。当汽车正常行驶时，BSG与传统汽车的发电机工作相同，由发动机带动发电，给电池充电；当汽车停车时，BSG也停止运行；当汽车再次启动时，BSG将快速启动发动机，实现汽车在行驶过程中的即起即停功能以及制动能量回收功能，从而可以有效降低发动机在怠速时的燃油消耗，并提升车辆的排放水平。
混合动力车BSG系统一般采用诸如PID控制的反馈控制方法，该方法对BSG本身参数有较大的依懒性，由于BSG本身参数具有严重的非线性、强耦合性及时变特性，PID控制方法的实际效果很难达到理论分析的效果，而且PID控制方法不能同时兼顾系统动态控制、系统镇定、系统扰动消除的最优效果，而自适应逆控制策略能很好地解决PID控制方法不足之处，因此有必要研究混合动力汽车用BSG系统的自适应逆控制器。 
发明内容
针对现有技术中混合动力汽车用BSG系统存在的上述问题，本发明提供一种混合动力车BSG系统自适应逆控制器的构造方法，采用该方法构造的自适应逆控制器可以对系统给定信号以及扰动信号分别进行控制，且二者可以达到最优控制效果，具有较强的鲁棒性。
本发明的技术方案是：
一种混合动力车带式驱动启动发电机控制器的构造方法，包括以下步骤：
（1）将扩展逆变器控制模块、混合动力车带式驱动启动发电机、电流检测模块、以及转速转角检测与计算模块作为一个整体构成复合被控对象；其中扩展逆变器控制模块的输出同时作为混合动力车带式驱动启动发电机和电流检测模块的输入，混合动力车带式驱动启动发电机的输出作为转速转角检测与计算模块的输入；
（2）建立复合被控对象的复合被控对象模型和复合被控对象逆模型，并离线确定其参数；
（3）将复合被控对象逆模型作为逆控制器，串联在复合被控对象之前，对系统动态特性进行开环控制；
（4）将复合被控对象与复合被控对象模型进行比较，确定出复合被控对象实际输出                                               
Figure 2013102918244100002DEST_PATH_IMAGE002
与复合被控对象模型输出
Figure DEST_PATH_IMAGE004
的误差
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，用该误差去驱动复合被控对象逆模型，复合被控对象逆模型的输出反馈到复合被控对象模型的输入端，并在逆控制器的输出中减去，作为复合被控对象的输入
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
（5）将复合被控对象与参考模型进行比较，确定出复合被控对象实际输出
Figure 101544DEST_PATH_IMAGE002
与参考模型给定输出
Figure DEST_PATH_IMAGE010
的误差
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，该误差通过最小均方差自适应滤波算法在线调整逆控制器的权值参数；
（6）将逆控制器、复合被控对象模型、复合被控对象逆模型以及参考模型共同构成自适应逆控制器，控制复合被控对象。
进一步，步骤（1）中，扩展逆变器控制模块由PI调节器、Park逆变换器、SVPWM逆变器串联而成；电流检测模块由Clark变换器和Park变换器串联而成；转速转角检测与计算模块由光电编码盘和转速转角计算部分串联而成；复合被控对象的输入为给定交轴电流
Figure 454902DEST_PATH_IMAGE008
，输出为混合动力车带式驱动启动发电机实际转速
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；
进一步，步骤（2）中，离线确定参数的具体步骤为：采集复合被控对象的输入控制电流信号
Figure DEST_PATH_IMAGE018
、以及输出转速信号，用输入控制电流信号
Figure 840237DEST_PATH_IMAGE018
同时驱动复合被控对象和复合被控对象模型，两者输出之差即为整个系统的扰动，并用该扰动驱动复合被控对象逆模型，从而离线确定复合被控对象模型和复合被控对象逆模型的参数。
进一步，步骤（3）中，复合被控对象逆模型的参数在步骤（5）中在线调整。
进一步，步骤（5）中，采用最小均方差自适应滤波算法调整逆控制器的权值参数的公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
和分别为下一时刻和当前时刻逆控制器的权值；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为最小均方差（以下简称为LMS）自适应滤波算法的学习速率，即收敛因子；
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为当前时刻的转速误差；
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为当前时刻逆控制器的给定输入；
Figure DEST_PATH_IMAGE030
表示当前的采样时刻。
本发明的有益效果是：
1、自适应逆控制策略是将复合被控对象的逆模型串联在被控对象之前，作为串联控制器对复合被控对象进行控制，使系统的输入输出影射关系唯一，因而使混合动力车BSG系统输出响应没有超调，具有很好的跟随性。
2、自适应逆控制策略将混合动力车BSG系统的参数摄动与外界扰动统一归结为扰动，并通过复合被控对象逆模型反馈至复合被控对象输入端，消除扰动影响，从而将系统扰动控制与系统动态特性控制分开单独处理，使两者的控制可以同时达到最佳效果。 
附图说明
图1是本发明中复合被控对象的构成结构图；
图2是图1的等效简化图；
图3是本发明中复合被控对象模型和复合被控对象逆模型的建模结构图；
图4是本发明中混合动力车BSG自适应逆控制器的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明具体的实施分以下7步：
1、如图1所示，将PI调节器、Park逆变换器、SVPWM逆变器相串联构成扩展逆变器控制模块；将Clark变换器和Park变换器相串联构成电流检测模块；将光电编码盘和转速转角计算部分串联构成转速转角检测与计算模块；
2、如图1所示，将扩展逆变器控制模块、混合动力车BSG 、电流检测模块、以及转速转角检测与计算模块作为一个整体构成复合被控对象；其中扩展逆变器控制模块的输出同时作为混合动力车BSG 和电流检测模块的输入，混合动力车BSG 的输出作为转速转角检测与计算模块的输入；复合被控对象的输入为给定交轴电流，输出为混合动力车BSG实际转速
Figure 180323DEST_PATH_IMAGE016
；图1的简化结构图如图2所示。
3、采集复合被控对象的输入控制电流信号、以及输出转速信号，用输入控制电流信号
Figure 103783DEST_PATH_IMAGE018
同时驱动复合被控对象和复合被控对象模型，两者输出之差即为整个系统的扰动，并用该扰动驱动复合被控对象逆模型，从而离线确定复合被控对象模型和复合被控对象逆模型的参数，如图3所示；
4、将离线建立的复合被控对象逆模型（其参数将在步骤6中在线调整）作为逆控制器，串联在复合被控对象之前，对系统动态特性进行开环控制；
5、将复合被控对象与复合被控对象模型进行比较，确定出复合被控对象实际输出与复合被控对象模型输出
Figure 782075DEST_PATH_IMAGE004
的误差
Figure 243143DEST_PATH_IMAGE006
，用该误差去驱动复合被控对象逆模型，复合被控对象逆模型的输出反馈到复合被控对象模型的输入端，并在逆控制器的输出中减去，作为复合被控对象的输入
Figure 859938DEST_PATH_IMAGE008
；
6、将复合被控对象与参考模型进行比较，确定出复合被控对象实际输出
Figure 163880DEST_PATH_IMAGE002
与参考模型给定输出的误差
Figure 394059DEST_PATH_IMAGE012
，利用该误差按下式通过LMS自适应滤波算法在线调整逆控制器的权值参数
Figure 666909DEST_PATH_IMAGE014
                    
式中，和
Figure 97256DEST_PATH_IMAGE014
分别为下一时刻和当前时刻逆控制器的权值；为LMS自适应滤波算法的学习速率，即收敛因子；
Figure 944175DEST_PATH_IMAGE026
为当前时刻的转速误差；
Figure 826681DEST_PATH_IMAGE028
为当前时刻逆控制器的给定输入；
Figure 366115DEST_PATH_IMAGE030
表示当前的采样时刻；
       7、如图4所示，将逆控制器、复合被控对象模型、复合被控对象逆模型以及参考模型共同构成自适应逆控制器，控制复合被控对象。
根据以上所述，便可以实现本发明。 
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种混合动力车带式驱动启动发电机控制器的构造方法，包括以下步骤：
（1）将扩展逆变器控制模块、混合动力车带式驱动启动发电机、电流检测模块、以及转速转角检测与计算模块作为一个整体构成复合被控对象；其中扩展逆变器控制模块的输出同时作为混合动力车带式驱动启动发电机和电流检测模块的输入，混合动力车带式驱动启动发电机的输出作为转速转角检测与计算模块的输入；
（2）建立复合被控对象的复合被控对象模型和复合被控对象逆模型，并离线确定其参数；
（3）将复合被控对象逆模型作为逆控制器，串联在复合被控对象之前，对系统动态特性进行开环控制；
（4）将复合被控对象与复合被控对象模型进行比较，确定出复合被控对象实际输出                                                
Figure 2013102918244100001DEST_PATH_IMAGE001
与复合被控对象模型输出
Figure 361776DEST_PATH_IMAGE002
的误差
Figure 2013102918244100001DEST_PATH_IMAGE003
，用该误差去驱动复合被控对象逆模型，复合被控对象逆模型的输出反馈到复合被控对象模型的输入端，并在逆控制器的输出中减去，作为复合被控对象的输入
Figure 878077DEST_PATH_IMAGE004
；
（5）将复合被控对象与参考模型进行比较，确定出复合被控对象实际输出与参考模型给定输出
Figure DEST_PATH_IMAGE005
的误差
Figure 870490DEST_PATH_IMAGE006
，该误差通过最小均方差自适应滤波算法在线调整逆控制器的权值参数；
（6）将逆控制器、复合被控对象模型、复合被控对象逆模型以及参考模型共同构成自适应逆控制器，控制复合被控对象。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力车带式驱动启动发电机控制器的构造方法，其特征在于，步骤（1）中，扩展逆变器控制模块由PI调节器、Park逆变换器、SVPWM逆变器串联而成；电流检测模块由Clark变换器和Park变换器串联而成；转速转角检测与计算模块由光电编码盘和转速转角计算部分串联而成；复合被控对象的输入为给定交轴电流
Figure 988487DEST_PATH_IMAGE004
，输出为混合动力车带式驱动启动发电机实际转速
Figure 742817DEST_PATH_IMAGE008
。
3.根据权利要求1所述的一种混合动力车带式驱动启动发电机控制器的构造方法，其特征在于，步骤（2）中，离线确定参数的具体步骤为：采集复合被控对象的输入控制电流信号
Figure DEST_PATH_IMAGE009
、以及输出转速信号
Figure 604462DEST_PATH_IMAGE008
，用输入控制电流信号
Figure 65531DEST_PATH_IMAGE009
同时驱动复合被控对象和复合被控对象模型，两者输出之差即为整个系统的扰动，并用该扰动驱动复合被控对象逆模型，从而离线确定复合被控对象模型和复合被控对象逆模型的参数。
4.根据权利要求1所述的一种混合动力车带式驱动启动发电机控制器的构造方法，其特征在于，步骤（3）中，复合被控对象逆模型的参数在步骤（5）中在线调整。
5.根据权利要求1所述的一种混合动力车带式驱动启动发电机控制器的构造方法，其特征在于，步骤（5）中，采用最小均方差自适应滤波算法调整逆控制器的权值参数的公式为：
，
上式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
和分别为下一时刻和当前时刻逆控制器的权值；
Figure 448342DEST_PATH_IMAGE012
为最小均方差自适应滤波算法的学习速率，即收敛因子；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为当前时刻的转速误差；
Figure 154130DEST_PATH_IMAGE014
为当前时刻逆控制器的给定输入；
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示当前的采样时刻。
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