CN104853951B - 用于控制机动车辆电动马达的旋转速度的系统以及对应方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制电动或混合推进机动车辆的电动马达的旋转速度的系统和对应方法，该系统包括使用了一个控制模型的用于调节扭矩设定点的一个基于反馈的调节器，该调节器的输入变量(C设定点)是驾驶员要求的扭矩设定点，并且该调节器使用了一种纯延迟(Hpadé(s))。

Description

用于控制机动车辆电动马达的旋转速度的系统以及对应方法
技术领域
本发明涉及对机动车辆电动马达的旋转速度的控制并且更具体地涉及减小该旋转速度的振荡。
背景技术
对电动马达的旋转速度的控制总体上使之有可能理解作用于加速踏板和制动踏板上的驾驶员产生正或负的扭矩设定点的意愿。这个扭矩设定点被传输至功率电子部件(斩波器、逆变器等)来产生电气设定点(电流和电压)以便获得马达的所希望扭矩以及最终的旋转速度。
总体上，“动力传动系”用来指代确保扭将矩设定点传输到车轮的所有机电构件(功率电子装置、电动马达、发动机悬架、减速齿轮等)。
常规地，为了遵循从0到正值改变的扭矩设定点，马达的旋转速度将增大到对应于所希望扭矩的值。也就是说，这种增大总体上不是线性的(理想反应)并且发生振荡。
当正常运行时，该扭矩设定点经历变化。这些变化一般并不完美地遵循马达的速度，并且在马达的旋转速度趋势中可以观察到被阻尼的振荡。这些振荡是车辆驾驶员所讨厌的。
并且，由于这些电动机器能够以非常短的延迟时间产生非常强的扭矩水平，与配备有热力发动机的动力传动系相比就增强了以上描述的现象。
已经提出的是通过基于发动机速度(或车辆速度)的测量值来校正扭矩设定点从而减小振荡。更具体地，已经提出的是对发动机速度进行二次求导以由此仅提取出讨厌的振荡、并且将二次求导的发动机速度乘以一个系数以便最终从扭矩设定点中减去这个结果。
这个方案适用于在具有热力发动机的车辆中出现的振荡。这个方案并不是快到足以处理电动驱动或混合驱动的车辆中的振荡的。而且，这个方案具有的缺点是相对于不能预期的振荡而言会延迟。
还能够参考文件WO 2012/011521，该文件提出使用直接校正器和基于反馈的校正器。此文件的直接校正器对扭矩设定点的变化进行滤波以避免过度激发在传动系的共振区域内的频率。该基于反馈的校正器通过修改动力传动系在共振区域内的频率响应的增益和相位来减小振荡。
图1示出了文件WO 2012/011521的直接校正器和基于反馈的校正器的联合体的示意性表示。首先例如从由车辆踏板供应的信息生成一个扭矩设定点Ccons，并且该扭矩设定点对应于驾驶员希望的扭矩设定点。这个设定点Ccons被应用于具有以下传递函数的直接校正器1的输入：
其中：
Gobj(s)是目标传递函数，也就是没有振荡的，
是控制模型，也就是动力传动系的模型。
加法器2通过第一输入与校正器1的输出相联。加法器2的输出与另一个加法器3的第一输入相联，该另一个加法器的另一个输入接收干扰Cperturb。加法器3的输出与具有传递函数G(s)的动力传动系4通信。动力传动系4使得能够获得马达的旋转速度ωmot。
在此文件中描述的基于反馈的校正器包括一个具有传递函数的校正器5，该校正器的输出与马达速度ωmot进行比较(减法器6)。减法器6的输出与具有以下传递函数的一个额外校正器7相联：
其中H(s)被选择来校正振荡。
控制模型具有的频率响应揭示了伴随有相移的共振区域。此外，这个控制模型是不完整的并且没有精确地与真实的动力传动系相对应，虽然它旨在当以下关系成立时起作用：
这个关系并不能将动力传动系的老化和其特性在多种车辆上的分散性考虑在内。
发明内容
本发明的目的是获得适合于电动车辆的振荡减小、是提出更好的控制模型、并且是获得更好的频率响应。
根据另一个方面，提出了一种用于控制具有电动或混合推进器的机动车辆的电动马达的旋转速度的系统，该系统包括使用了一种控制模型的针对扭矩设定点的一个基于反馈的校正器。
根据一般特征，该校正器的输入量是驾驶员请求的该扭矩设定点，并且该校正器使用了纯延迟。
因此，与现有技术中提出的方案相比，在该校正器的输入处应用的直接就是驾驶员请求的扭矩而不是在反馈循环之后获得的设定点。因此更容易发展该控制模型，并且也简化了校正。
而且，虽然在现有技术中没有使用纯延迟，但在此应用的是使用了这样的延迟的校正。因此对于高于共振频率的频率而言获得了对动力传动系的更好表示。
该纯延迟可以是帕德(Padé)近似，例如可以按两个多项式之比的形式设定的有理函数。该帕德函数非常适合于对纯延迟进行近似。
该控制模型可以包括一个第一低通滤波器，该第一低通滤波器具有与机电时间常数相对应的一个第一时间常数，也就是专用于所有机电系统的时间常数。这样的低通滤波器使得能够更接近于动力传动系的响应。
该控制模型可以包括一个第二低通滤波器，该第二低通滤波器具有低于第一时间常数、甚至远低于第一时间常数的一个第二时间常数。因此针对频率响应的相移获得了对动力传动系的更好表示。
该系统可以进一步包括用于计算驾驶员请求的扭矩设定点与同该车辆动力传动系进行通信的通过反馈获得的一个扭矩设定点之和以获得该马达的一个旋转速度的器件、用于使用一个控制模型和一种纯延迟来计算该马达的该旋转速度与该校正器的输出之差的器件、以及针对这个差的结果的具有所述通过反馈获得的扭矩设定点作为输出的一个额外校正器。
该系统可以包括一个高通滤波器，该高通滤波器适合于对该额外校正器的的输出进行滤波、适合于供应所述通过反馈获得的扭矩设定点。使用高通滤波器尤其使得能够减弱动力传动系与校正器之间的所有静态误差的影响。
根据另一个方面，一种用于控制具有电动或混合推进器的机动车辆的电动马达的旋转速度的方法，该方法包括使用一个控制模型的一种基于反馈的校正。
根据该方法的一般特征，驾驶员请求的扭矩设定点是通过使用一种纯延迟通过反馈来校正的。
该纯延迟可以是帕德近似。
这种校正可以包括一种第一低通滤波，该第一低通滤波具有与机电时间常数相对应的一个第一时间常数。
该控制模型包括一个第二低通滤波，该第二低通滤波具有低于所述第一时间常数的一个第二时间常数。
该方法可以进一步包括计算驾驶员所请求的扭矩设定点与同该车辆动力传动系进行通信的通过反馈获得的一个扭矩设定点之和以获得该马达的一个旋转速度、通过使用一个控制模型和一种纯延迟来计算该马达的该旋转速度与该校正的结果之差、并且对这个差的结果进行额外校正以获得所述通过反馈获得的扭矩设定点。
该方法包括一个高通滤波以便获得所述通过反馈获得的扭矩设定点。
附图说明
通过阅读纯粹作为非限制性实例并且参照附图给出的以下说明，将会清楚其他目的、特征和优点，在附图中：
-之前已经被描述过的图1示意性地展示了根据现有技术对马达旋转速度的控制，
-图2展示了根据本发明一种实施方式和实施例对马达旋转速度的控制，
-图3展示了根据本发明的控制模型的频率响应。
具体实施方式
图2示出了控制系统10，在该控制系统中一方面将驾驶员通过踏板所要求的扭矩设定点Ccons供应至加法器11的第一输入并且供应至校正器12。加法器11的输出连接至加法器13以加上干扰Cperturb。加法器13的输出是扭矩设定点，该扭矩设定点被供应给具有传递函数G(s)的传动系14，该传动系作出响应而控制电动马达获得旋转速度ωmot。
校正器12具有传递函数x HPadé(s)，其中HPadé(s)是纯延迟，例如帕德(Padé)近似。校正器12的输出连接至减法器15，该减法器计算该控制模型以纯延迟建模的旋转速度与马达真实旋转速度ωmot之差。
减法器15的输出与一个旨在减弱振荡且具有以下传递函数的额外校正器16的输入进行通信：
该额外校正器16的输出与一个高通滤波器17进行通信，该高通滤波器将经校正的设定点供应至加法器11的另一个输入。该高通滤波器可以具有由截止脉冲ωHP限定的传递函数：
该帕德近似尤其非常适合于对延迟进行近似、并且可以用以下有理函数的形式来呈现：
其中Pm(s)和Qn(s)是由以下两个方程限定的两个多项式：
有可能将n选择成等于m并限制为2阶(n＝m＝2)。接着根据以下方程来表达纯延迟τ的传递函数HPadé：
而且，控制模型可以包括两个低通滤波器。更确切地讲，控制模型可以包括具有专门针对所有机电系统的第一时间常数Tp1的一个第一低通滤波器。这个第一低通滤波器可以具有以下传递函数：
此外，控制模型可以包括具有被选择为远小于Tp1的第二时间常数Tp2(Tp1<<Tp2)的另一个低通滤波器。这个第二低通滤波器可以具有以下传递函数：
因此能够获得一种使得能够获得就频率响应相移而言的更好再现的控制模型。
因此能够选择一种包括以下形式的两个低通滤波器的控制模型：
其中：
b2、b1和b0是该传递函数的零点，b2是静态增益，
ωp是共振频率，并且
ζ是共振频率下的阻尼因子。
可以注意到，与在现有技术(WO 2012/011521)中使用的控制模型相比，没有积分器(也就是1/s)并且存在两个低通滤波器。这个没有积分器的模型更加对应于动力传动系的响应。
该校正器的传递函数最终可以写成：
图3以连续线示出了校正器的分贝增益(曲线C1)随马达旋转速度(单位是弧度每秒)而变的趋势。在这个图中，还用不连续的线(曲线C2)表示出在车辆动力传动系上测量的增益。在图3中还表示出了该模型的相位(单位是度)(曲线C3)并且通过不连续的线表示出了在车辆动力传动系上测量的相位。
应注意的是，所获得的相移是特别接近所测量出的。因此具有传递函数的控制模型使得能够获得更好的频率响应。
还可以注意到，本发明使得能够获得更好的稳定性裕度，尤其是相对于增益裕度、相位裕度和延迟裕度而言。
为了确定这些裕度，必须获得该系统的传递函数，并且更确切而言是通过考虑干扰与马达速度之间的传递函数、通过假定在理想情况下
在这个传递函数中，并且如以上所述的，校正器的函数H(s)是为了减小振荡。可以将以下形式加于H(s)上：
其中计算出p1和p0以求解以下方程：
其中，项β使得能够根据该控制模型的共振频率来将校正器H(s)的时间常数参数化。这个方程具有唯一解，并且参数q2、q1、q0、p1和p0表达为β、ω0和ζ的函数。
通过使用如以上定义的2阶帕德近似，通过以下方程计算出了系数p1和p0：
并且接着将干扰与马达速度之间的传递函数写成：
可以注意到，没有振荡器，也就是说以下项不出现：(s2+2ζω0s+ω0 2)。
最后能够计算出通过反馈的校正器的稳定性裕度，其中对于高通滤波器而言，获得以下传递函数：
这种传递(参见图2)的开环传递函数Hbo(s)是：
本领域技术人员将能够计算这样的传递函数的所述裕度。在此，获得了4.16分贝的增益裕度、122.16度的相位裕度、以及49.8毫秒的延迟裕度。滤波的截止脉冲是5xω0。
可以注意到，对于分散性和对延迟的求导获得了更好的稳定性以及良好稳健性。
通过本发明，通过使用更好的控制模型以良好的频率响应获得了适合于电动车辆的振荡减小。

Claims (12)

1.一种用于控制具有电动或混合推进器的机动车辆的电动马达的旋转速度的系统，该系统包括使用了一种控制模型的针对扭矩设定点的一个基于反馈的校正器，其特征在于，该基于反馈的校正器的输入量(Ccons)是驾驶员请求的该扭矩设定点，并且该基于反馈的校正器使用了纯延迟(Hpadé(s))以确定经校正的扭矩设定点，其中动力传动系接收该经校正的扭矩设定点并且响应于所接收的该经校正的扭矩设定点控制电动马达的旋转速度。
2.如权利要求1所述的系统，其中，该纯延迟是帕德近似(Hpadé(s))。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中，该控制模型包括一个第一低通滤波器，该第一低通滤波器具有对应于机电时间常数的一个第一时间常数(Tp1)。
4.如权利要求3所述的系统，其中，该控制模型包括一个第二低通滤波器，该第二低通滤波器具有低于所述第一时间常数的一个第二时间常数(Tp2)。
5.如权利要求中1或2所述的系统，进一步包括用于计算驾驶员请求的扭矩设定点(Ccons)与同该机动车辆的动力传动系(G(s))进行通信的通过反馈获得的一个扭矩设定点之和以获得该马达的一个旋转速度(ωmot)的器件、用于使用一个控制模型和一种纯延迟来计算该马达的该旋转速度与该基于反馈的校正器的输出之差的器件、以及针对这个差的结果的具有所述通过反馈获得的扭矩设定点作为输出的一个额外校正器(16)。
6.如权利要求1或2所述的系统，包括适用于供应通过反馈获得的扭矩设定点的一个高通滤波器(17)。
7.一种用于控制具有电动或混合推进器的机动车辆的电动马达的旋转速度的方法，该方法包括使用一个控制模型的针对扭矩设定点的一种基于反馈的校正，其特征在于，是通过使用一种纯延迟(Hpadé(s))通过反馈来校正驾驶员请求的扭矩设定点(Ccons)以确定经校正的扭矩设定点，并且基于该经校正的扭矩设定点控制电动马达的旋转速度。
8.如权利要求7所述的方法，其中，该纯延迟是帕德近似(Hpadé(s))。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中该校正包括一个第一低通滤波，该第一低通滤波具有对应于机电时间常数的一个第一时间常数(Tp1)。
10.如权利要求9所述的方法，其中，该控制模型包括一个第二低通滤波，该第二低通滤波具有低于所述第一时间常数的一个第二时间常数(Tp2)。
11.如权利要求7或8所述的方法，进一步包括计算驾驶员所请求的扭矩设定点(Ccons)与同该机动车辆的动力传动系(G(s))进行通信的通过反馈获得的一个扭矩设定点之和以获得该马达的一个旋转速度(ωmot)、通过使用一个控制模型和一种纯延迟来计算该马达的该旋转速度与该校正的结果之差、并且对这个差的结果进行额外校正以获得所述通过反馈获得的扭矩设定点。
12.如权利要求7或8所述的方法，包括一个高通滤波器(17)以便获得所述通过反馈获得的扭矩设定点。
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