CN114257132A - 一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器 - Google Patents

一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器 Download PDF

Info

Publication number
CN114257132A
CN114257132A CN202111609890.2A CN202111609890A CN114257132A CN 114257132 A CN114257132 A CN 114257132A CN 202111609890 A CN202111609890 A CN 202111609890A CN 114257132 A CN114257132 A CN 114257132A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
disturbance
input
calculation module
controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111609890.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114257132B (zh
Inventor
孙晓东
薛铭洲
金志佳
吴旻凯
陈龙
田翔
周卫琪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN202111609890.2A priority Critical patent/CN114257132B/zh
Publication of CN114257132A publication Critical patent/CN114257132A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114257132B publication Critical patent/CN114257132B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/11—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines using DC generators and DC motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/34—Modelling or simulation for control purposes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明公开一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器，其由误差补偿模块、扰动优化模块、收敛控制器、自抗扰控制器、自调节控制器、非线性扰动观测器以及比值计算模块组成，其串接在运动轨迹模块和终端模块之间且连接包含有永磁同步电机的电动汽车驱动电机系统输出端；非线性扰动观测器由一阶微分器、参数估计模块、一次比例计算模块、开立方二阶计算模块、乘积计算模块、三次比例计算模块、开立方一阶计算模块、二次比例计算模块以及三个一阶积分器组成，在电机模型不确定和存在负载扰动的情况下，实现扰动优化信号增益的实时调节，满足电机驱动系统的变化要求，实现未测量状态估计的零误差，提升控制性能。

Description

一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器
技术领域
本发明属于汽车驱动控制领域，特别涉及用于电动汽车的永磁同步电机的控制器。
背景技术
目前新能源汽车根据能量来源主要分为三类：一是只由蓄电池提供能源的纯电动汽车，二是燃油机和蓄电池共同工作的混合动力汽车，三是采用氢能源等清洁能源的燃料电池汽车。由于电动汽车主要运行在城市中，实现零污染排放，所以大力推动新能源汽车产业的发展能够显著提高城市空气质量，降低噪音水平。由于电动汽车运行情况比较复杂，对高精度，高扭矩，低功耗和动态响应迅速方面有要求，所以在目前电池容量问题无法获得重大突破的情况下，电动汽车驱动控制系统的设计显得极为重要。直流电机因其电机自身结构，面对电动汽车复杂工况无法满足可靠性要求。开关磁阻电机在运行状态下的噪声和抖动是比较突出的问题。感应电机因其结构简单，易于弱磁控制，但是功率密度和扭矩密度较低。永磁同步电机转子使用永磁体，利用稀土永磁体特性替代感应电机的电磁感应作用，有效减少损耗，因其自身结构特点，永磁同步电机较感应电机体积小，重量轻和调速范围广，所以在电动汽车驱动电机领域具有广阔前景。
目前，传统驱动电机控制方法以难以达到现代工业的性能标准，因此，为了从根本上挺高电动汽车动力性性能，需要新的控制算法来提高驱动电机的动态响应速度、实时跟踪精度等。中国专利申请号为202010004868.4，名称是“一种新能源汽车驱动电机鲁棒最优抗干扰控制器的构造方法”的文献中提出的控制器，在局限于模型不确定误差下提高抗干扰性能，但未考虑负载扰动情况下的控制效果，所涉及自构造神经网络控制器和误差观测器结构复杂，输入量繁多，增加了控制器成本，此外，其无法在线调节控制增益，不便于实际操作。
发明内容
本发明的目的是优化现有电动汽车永磁同步电机的控制，提供了一种既能保证系统运行期间稳定性又能实时调节控制增益实现为测量状态估计零误差的电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器，解决电机模型误差和存在负载扰动下控制效果不佳的缺陷。
本发明一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器采用的技术方案是：其串接在运动轨迹模块和终端模块之间且连接包含有永磁同步电机的电动汽车驱动电机系统输出端，终端模块的输出端连接电动汽车驱动电机系统输入端，其由误差补偿模块、扰动优化模块、收敛控制器、自抗扰控制器、自调节控制器、非线性扰动观测器以及比值计算模块组成，运动轨迹模块输出期望运动轨迹xd至所述的误差补偿模块；所述的误差补偿模块以期望运动轨迹xd以及非线性扰动观测器输出的转子位置角度估计值
Figure BDA0003435036440000021
转子角速度估计值
Figure BDA0003435036440000022
为输入，输出轨迹误差e及其微分值
Figure BDA0003435036440000023
所述的扰动优化模块以轨迹误差e及其微分值
Figure BDA0003435036440000024
为输入，计算得到优化扰动值s；所述的收敛控制器以轨迹误差微分
Figure BDA0003435036440000025
优化扰动值s以及反馈的收敛值μ作为输入，输出收敛导数
Figure BDA0003435036440000026
收敛导数
Figure BDA0003435036440000027
经第一个微分模块运算后得到收敛值μ；所述的自抗扰控制器以优化扰动值s和收敛值μ作为输入，得到自抗扰控制电流iq2：所述的期望运动轨迹xd经第二个微分模块作微分运算后得到其一阶导数
Figure BDA0003435036440000028
一阶导数
Figure BDA0003435036440000029
输入到比值计算模块中，该一阶导数
Figure BDA00034350364400000210
经第三个微分模块运算后得到二阶导数
Figure BDA00034350364400000211
二阶导数
Figure BDA00034350364400000212
输入到自调节控制器中；比值计算模块以一阶导数
Figure BDA00034350364400000213
为输入，输出
Figure BDA00034350364400000214
值，J0是标定等效转动惯量，Tf0是标定非线性摩擦力；所述的自调节控制器以轨迹误差微分值
Figure BDA00034350364400000215
二阶导数
Figure BDA00034350364400000216
Figure BDA00034350364400000217
值以及终端扰动估计值
Figure BDA00034350364400000218
为输入，计算出自调节控制电流iq1：所述的自调节控制电流iq1和自抗扰控制电流iq2相加得到优化电流i′q，优化电流i′q分别输入到非线性扰动观测器和终端模块中，由终端模块计算出参考电流iq *，参考电流iq *输入至电动汽车驱动电机系统中得到转子位置角度θ，转子位置角度θ输入到非线性扰动观测器中；所述的非线性扰动观测器以转子位置角度θ、优化电流i′q以及
Figure BDA00034350364400000219
值作为输入，输出终端扰动估计值
Figure BDA00034350364400000220
转子位置角度估计值
Figure BDA00034350364400000221
和转子角速度估计值
Figure BDA00034350364400000222
所述的转子位置角度估计值
Figure BDA00034350364400000223
和转子角速度估计值
Figure BDA00034350364400000224
输入到误差补偿模块中，所述的终端扰动估计值
Figure BDA00034350364400000225
输入到自调节控制器中。
进一步地，所述的非线性扰动观测器由一阶微分器、参数估计模块、一次比例计算模块、开立方二阶计算模块、乘积计算模块、三次比例计算模块、开立方一阶计算模块、二次比例计算模块以及三个一阶积分器组成，一阶微分器以转子位置角度θ为输入，计算得到转子角速度
Figure BDA00034350364400000226
参数估计模块以转子位置角度θ和转子角速度
Figure BDA00034350364400000227
为输入，估计出初端转子位置角度估计值
Figure BDA00034350364400000228
和初端角速度估计值
Figure BDA00034350364400000229
转子位置角度θ与初端转子位置角度估计
Figure BDA00034350364400000230
作差得到误差eθ；位置角度误差eθ分别输入一次比例计算模块、开立方二阶计算模块、乘积计算模块、三次比例计算模块、开立方一阶计算模块和二次比例计算模块中；位置角度误差eθ经一次比例计算模块计算得到
Figure BDA0003435036440000031
并输出，经开立方二阶计算模块计算得到L3|eθ|2/3×sign(eθ)并输出；初端转子位置角度估计
Figure BDA0003435036440000032
与
Figure BDA0003435036440000033
三者相加得到转子位置角度估计值导数
Figure BDA0003435036440000034
初端转子位置角度估计
Figure BDA0003435036440000035
输入到第一个一阶积分器中，得到转子位置角度估计值
Figure BDA0003435036440000036
位置角度误差eθ经乘积计算模块计算得到L1sign(eθ)并输出，经三次比例计算模块计算得到输出
Figure BDA0003435036440000037
并输出，L1sign(eθ)和
Figure BDA0003435036440000038
相加得到扰动估计值导数
Figure BDA0003435036440000039
扰动估计值导数
Figure BDA00034350364400000310
输入到第二个一阶积分器得到终端扰动估计值
Figure BDA00034350364400000311
位置角度误差eθ经开立方一阶模块计算出L2|eθ|1/3×sign(eθ)并输出，经二次比例计算模块计算出
Figure BDA00034350364400000312
并输出，计算出终端转子角速度估计值导数
Figure BDA00034350364400000313
终端转子角速度估计值导数
Figure BDA00034350364400000314
输入第三个一阶积分器中得到终端转子角速度估计值
Figure BDA00034350364400000315
L1、L2、L3、ω0、ε为非线性扰动观测器增益常数，L1、L2、L3取值为0～10；ω0为40～60；ε为0～1。
本发明的有益效果是：
1、本发明在电机模型不确定误差和存在负载扰动的情况下，能实现良好的动态响应，实现扰动优化信号增益的在线实时调节，满足电机驱动系统的变化要求。
2、本发明的非线性扰动观测器保证了整个控制系统的稳定性和未测量状态估计的零误差。
3、本发明基于永磁同步电动机输出反馈位置跟踪控制，输入量少，只有运动估计模块的输出，控制结构简单，有效克服了控制系统繁琐复杂同时效果不佳的缺陷，抗扰动性能显著增强。
附图说明
图1是本发明一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器及其与运动轨迹模块31、终端模块38和电动汽车驱动电机系统1相连接的结构框图；
图2是图1中的电动汽车驱动电机系统1的构成框图；
图3是图1中的非线性扰动观测器37的构成原理框图。
图中：1.电动汽车驱动电机系统；2.优化抗扰动控制器；11.电流环PI模块；12.电压坐标变换模块；13.SVPWM模块；14.逆变器；15.永磁同步电机；16.电流坐标变换模块；15.永磁同步电机；20.一阶微分器；21.参数估计模块；22.一次比例计算模块；23.开立方二阶计算模块；24.乘积计算模块；25.三次比例计算模块；26.开立方一阶计算模块；27.二次比例计算模块；31.运动轨迹模块；32.误差补偿模块；33.扰动优化模块；34.自调节控制器；35.收敛控制器；36.自抗扰控制器；37.非线性扰动观测器；38.终端模块；39.比值计算模块；
281.第一个一阶积分器；282.第二个一阶积分器；283.第三个一阶积分器。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器2由误差补偿模块32、扰动优化模块33、收敛控制器35、自抗扰控制器36、自调节控制器34、非线性扰动观测器37以及比值计算模块39组成，串接在运动轨迹模块31和终端模块38之间，并且连接电动汽车驱动电机系统1的输出端，终端模块38的输出端连接电动汽车驱动电机系统1。
优化抗扰动控制器2的输入端连接运动轨迹模块31，优化抗扰动控制器2接受期望运动轨迹xd，运动轨迹模块31输出期望运动轨迹xd至误差补偿模块32；优化抗扰动控制器2输出优化电流i′q，优化抗扰动控制器2的输出端经终端模块38连接电动汽车驱动电机系统1，电动汽车驱动电机系统1包含永磁同步电机。终端模块38以优化电流i′q为输入，输出电动汽车驱动电机系统1所需的参考电流iq *。电动汽车驱动电机系统1接收参考电流iq *，输出转子位置角度θ。同时转子位置角度θ作为反馈，输入优化控制器2中。
误差补偿模块32的输出端分别连接扰动优化模块33、自调节控制器34和收敛控制器35，误差补偿模块32以期望运动轨迹xd以及非线性扰动观测器37输出的转子位置角度估计值
Figure BDA0003435036440000041
转子角速度估计值
Figure BDA0003435036440000042
为输入，对输入的三个信号进行误差补偿计算，得到轨迹误差e及其微分值
Figure BDA0003435036440000043
Figure BDA0003435036440000044
误差补偿模块32将轨迹误差e及其微分值
Figure BDA0003435036440000045
输入至扰动优化模块33，将微分值
Figure BDA0003435036440000046
分别输入至自调节控制器34和收敛控制器35中。
扰动优化模块33以轨迹误差e及其微分值
Figure BDA0003435036440000047
为输入，根据下式计算得到优化扰动值s：
Figure BDA0003435036440000048
其中，k0、k1与k2为优化增益，k0取值为25～35；k1取值为5～15；k2取值为5～15，α、β为误差增益，0＜β＜2，α＞β。
扰动优化模块33的输出端分别连接收敛控制器35和自抗扰控制器36，将优化扰动值s分别输入到收敛控制器35和自抗扰控制器36中。
收敛控制器35以误差补偿模块输出的轨迹误差微分
Figure BDA0003435036440000051
扰动优化模块33输出的优化扰动值s以及反馈的收敛值μ作为输入，根据下式计算出收敛导数
Figure BDA0003435036440000052
Figure BDA0003435036440000053
其中，δ、ψ为收敛控制器35的增益，其值都为正常数，其取值范围为：0＜δ＜200，0＜ψ＜10，γ为误差增益，且0＜γ＜2。
收敛导数
Figure BDA0003435036440000054
经第一个微分模块作微分运算后，得到收敛值μ，将该收敛值μ反馈再给收敛控制器35。同时，将该收敛值μ输入自抗扰控制器36中。
自抗扰控制器36以扰动优化模块33输出的优化扰动值s和收敛值μ作为输入，根据下式计算得到自抗扰控制电流iq2：
iq2＝-(η+μ)|s|γ·sign(s)，
其中，η为自抗扰控制36的增益，η为正常数，其取值为：0＜η＜100。
运动轨迹模块31输出的期望运动轨迹xd经第二个微分模块作微分运算后得到其一阶导数
Figure BDA0003435036440000055
一阶导数
Figure BDA0003435036440000056
输入到比值计算模块39中。同时，该一阶导数
Figure BDA0003435036440000057
经第三个微分模块作微分运算后得到二阶导数
Figure BDA0003435036440000058
该二阶导数
Figure BDA0003435036440000059
输入到自调节控制器34中。
比值计算模块39以一阶导数
Figure BDA00034350364400000510
为输入，输出的是
Figure BDA00034350364400000511
值；其中，J0是标定等效转动惯量，Tf0是标定非线性摩擦力。
电动汽车驱动电机系统1的机械数学模型为：
Figure BDA00034350364400000512
式中，θ是转子位置角度，J是包括负载下的等效转动惯量，Tf是非线性摩擦力，TL是负载转矩，包括未知外部扰动。KT是电机的转矩常数KT＝1.5pψf，p为转子极对数，ψf为永磁体磁链。考虑到模型的不确定性，机械数学模型可以写为：
Figure BDA00034350364400000513
其中，KT0，J0，Tf0分别是标定电机转矩常数、标定等效转动惯量以及标定非线性摩擦力；ΔKT，ΔJ，ΔTf0分别是电机转矩误差常数、等效转动惯量误差以及非线性摩擦力误差，Td是扰动量。
比值计算模块39基于上述的机械数学模型得到标定等效转动惯量J0、标定非线性摩擦力Tf0，从而可以计算出
Figure BDA0003435036440000061
值。比值计算模块39的输出端分别连接自调节控制器34和非线性扰动观测器37，将计算出
Figure BDA0003435036440000062
值分别输入到自调节控制器34和非线性扰动观测器37中。
自调节控制器34以轨迹误差微分值
Figure BDA0003435036440000063
期望运动轨迹xd的二阶导数
Figure BDA0003435036440000064
值以及非线性扰动观测器37输出的终端扰动估计值
Figure BDA0003435036440000065
为输入，根据下式计算出自调节控制电流iq1：
Figure BDA0003435036440000066
将自调节控制器34输出的自调节控制电流iq1和自抗扰控制器36输出的自抗扰控制电流iq2相加，得到优化电流i′q：i′q＝iqx+iq2。
优化电流i′q作为整个优化抗扰动控制器2的输出，将优化电流i′q分别输入到非线性扰动观测器37和终端模块38中，由终端模块38计算出参考电流iq *：
Figure BDA0003435036440000067
其中，KT0是标定电机转矩常数，J0是标定等效转动惯量。
终端模块38的输出端连接电动汽车驱动电机系统1，最终将参考电流iq *输入至电动汽车驱动电机系统1中得到转子位置角度θ，转子位置角度θ输入到非线性扰动观测器37中。
非线性扰动观测器37以转子位置角度θ、优化电流i′q以及比值计算模块39输出的
Figure BDA0003435036440000068
值作为输入，输出的是终端扰动估计值
Figure BDA0003435036440000069
转子位置角度估计值
Figure BDA00034350364400000610
和转子角速度估计值
Figure BDA00034350364400000611
非线性扰动观测器37的输入端分别连接误差补偿模块32和自调节控制器34，将其中的转子位置角度估计值
Figure BDA00034350364400000612
和转子角速度估计值
Figure BDA00034350364400000613
输入到误差补偿模块32中，将终端扰动估计值
Figure BDA00034350364400000614
输入到自调节控制器34中。
如图2所示的电动汽车驱动电机系统1，其以参考电流iq *为输入，以转子位置角度θ为输出。其由电流环PI模块11、电压坐标变换模块12、SVPWM模块13、逆变器14、永磁同步电机15和电流坐标变换模块16组成，其中，电流环PI模块11、电压坐标变换模块12、SVPWM模块13、逆变器14和永磁同步电机15依次串联，电流环PI模块11以电压参考电流id *＝0、iq *为输入，输出为d、q轴电压ud、uq。d、q轴电压ud、uq为电压坐标变换模块12的输入，电压坐标变换模块12输出为α、β轴电压uα、uβ。α、β轴电压uα、uβ输入SVPWM模块13，SVPWM模块13输出为开关信号Sa,b，c。开关信号输入逆变器14，逆变器14输出为三相电流ia、ib、ic。永磁同步电机15以三相电流ia、ib、ic为输入，输出转子位置角度θ。同时，三相电流ia、ib、ic通过电流坐标变换模块16转换为d、q轴电流id、iq，d、q轴电流id、iq再反馈至电流环PI模块11。
如图3所示的非线性扰动观测器37，由一阶微分器20、参数估计模块21、一次比例计算模块22、开立方二阶计算模块23、乘积计算模块24、三次比例计算模块25、开立方一阶计算模块26、二次比例计算模块27以及三个一阶积分器281、282、283组成。一阶微分器20和参数估计模块21相串联，转子位置角度θ分别输入到一阶微分器20和参数估计模块21中。一阶微分器20以转子位置角度θ为输入，计算得到转子角速度
Figure BDA0003435036440000071
并将其输入到转子角速度
Figure BDA0003435036440000072
中。
参数估计模块21以转子位置角度θ和转子角速度
Figure BDA0003435036440000073
为输入，分别对转子位置角度θ和转子角速度
Figure BDA0003435036440000074
进行估计，得到初端转子位置角度估计值
Figure BDA0003435036440000075
和初端角速度估计值
Figure BDA0003435036440000076
将转子位置角度θ与初端转子位置角度估计
Figure BDA0003435036440000077
作差得到误差eθ。
将位置角度误差eθ分别输入一次比例计算模块22、开立方二阶计算模块23乘积计算模块24、三次比例计算模块25、开立方一阶计算模块26和二次比例计算模块27中。其中，位置角度误差eθ经一次比例计算模块22计算得到
Figure BDA0003435036440000078
并输出，位置角度误差eθ经开立方二阶计算模块23计算得到L3|eθ|2/3×sign(eθ)并输出。
初端转子位置角度估计
Figure BDA0003435036440000079
与一次比例计算模块22输出的
Figure BDA00034350364400000710
二阶计算模块23输出的L3|eθ|2/3×sign(eθ)三者相加，得到转子位置角度估计值导数
Figure BDA00034350364400000711
Figure BDA00034350364400000712
其中，ω0、ε、L3为非线性扰动观测器增益常数，ω0取值为40～60，ε取值为0～1，L3取值为0～10。
初端转子位置角度估计
Figure BDA0003435036440000081
输入到第一个一阶积分器281中，得到转子位置角度估计值
Figure BDA0003435036440000082
作为非线性扰动观测器37的第一个输出值。
位置角度误差eθ分别输入乘积计算模块24和三次比例计算模块25中，位置角度误差eθ经乘积计算模块24计算得到L1sign(eθ)并输出，位置角度误差eθ经三次比例计算模块25计算得到输出
Figure BDA0003435036440000083
并输出，两个输出相加得到扰动估计值导数
Figure BDA0003435036440000084
Figure BDA0003435036440000085
其中，L1为非线性扰动观测器增益常数，取值为0～10。
扰动估计值导数
Figure BDA0003435036440000086
输入到第二个一阶积分器282，得到终端扰动估计值
Figure BDA0003435036440000087
作为非线性扰动观测器37的第二个输出值。
将位置角度误差eθ分别输入到开立方一阶模块26和二次比例计算模块27中，位置角度误差eθ经开立方一阶模块26计算出L2|eθ|1/3×sign(eθ)并输出，位置角度误差eθ经二次比例计算模块27计算出
Figure BDA0003435036440000088
并输出。
将开立方一阶模块26输出的L2|eθ|1/3×sign(eθ)、二次比例计算模块27输出的
Figure BDA0003435036440000089
第二个一阶积分器282输出的终端扰动估计值
Figure BDA00034350364400000810
以及所述的优化电流i′q这四者相加后再减去比值计算模块39输出的
Figure BDA00034350364400000811
值，得到终端转子角速度估计值导数
Figure BDA00034350364400000812
Figure BDA00034350364400000813
其中，L2为非线性扰动观测器增益常数，取值为0～10。
终端转子角速度估计值导数
Figure BDA00034350364400000814
输入第三个一阶积分器283中，作为第三个一阶积分器283的输入，经第三个一阶积分器283得到终端转子角速度估计值
Figure BDA00034350364400000815
此终端转子角速度估计值
Figure BDA00034350364400000816
作为非线性扰动观测器37的第三个输出值。
非线性扰动观测器37输出的终端转子角速度估计值
Figure BDA00034350364400000817
和初端转子位置角度估计
Figure BDA00034350364400000818
一起输入到误差补偿模块32中，非线性扰动观测器37输出的终端扰动估计值
Figure BDA00034350364400000819
输入到自调节控制器34中。
本发明工作时，串接在电动汽车驱动电机系统1的输入端，在电机模型不确定和存在负载扰动的情况下，控制器能够实现扰动优化信号增益的实时调节，满足电机驱动系统的变化要求，保证了整个控制系统的稳定性，实现未测量状态估计的零误差，提升了优化抗扰动控制器的控制性能，从而实现电动汽车动力性能的进一步提高。

Claims (9)

1.一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器，其串接在运动轨迹模块(31)和终端模块(38)之间且连接包含有永磁同步电机的电动汽车驱动电机系统输出端，终端模块(38)的输出端连接电动汽车驱动电机系统输入端，其特征是：其由误差补偿模块(32)、扰动优化模块(33)、收敛控制器(35)、自抗扰控制器(36)、自调节控制器(34)、非线性扰动观测器(37)以及比值计算模块(39)组成，运动轨迹模块(31)输出期望运动轨迹xd至所述的误差补偿模块(32)；所述的误差补偿模块(32)以期望运动轨迹xd以及非线性扰动观测器(37)输出的转子位置角度估计值
Figure FDA0003435036430000011
转子角速度估计值
Figure FDA0003435036430000012
为输入，输出轨迹误差e及其微分值
Figure FDA0003435036430000013
所述的扰动优化模块(33)以轨迹误差e及其微分值
Figure FDA0003435036430000014
为输入，计算得到优化扰动值s；所述的收敛控制器(35以)轨迹误差微分
Figure FDA0003435036430000015
优化扰动值s以及反馈的收敛值μ作为输入，输出收敛导数
Figure FDA0003435036430000016
收敛导数
Figure FDA0003435036430000017
经第一个微分模块运算后得到收敛值μ；所述的自抗扰控制器(36)以优化扰动值s和收敛值μ作为输入，得到自抗扰控制电流iq2：所述的期望运动轨迹xd经第二个微分模块作微分运算后得到其一阶导数
Figure FDA0003435036430000018
一阶导数
Figure FDA0003435036430000019
输入到比值计算模块(39)中，该一阶导数
Figure FDA00034350364300000110
经第三个微分模块运算后得到二阶导数
Figure FDA00034350364300000111
二阶导数
Figure FDA00034350364300000112
输入到自调节控制器(34)中；比值计算模块(39)以一阶导数
Figure FDA00034350364300000113
为输入，输出
Figure FDA00034350364300000114
值，J0是标定等效转动惯量，Tf0是标定非线性摩擦力；所述的自调节控制器(34)以轨迹误差微分值
Figure FDA00034350364300000115
二阶导数
Figure FDA00034350364300000116
值以及终端扰动估计值
Figure FDA00034350364300000117
为输入，计算出自调节控制电流iq1：所述的自调节控制电流iq1和自抗扰控制电流iq2相加得到优化电流i′q，优化电流i′q分别输入到非线性扰动观测器(37)和终端模块(38)中，由终端模块(38)计算出参考电流iq *，参考电流iq *输入至电动汽车驱动电机系统中得到转子位置角度θ，转子位置角度θ输入到非线性扰动观测器(37)中；所述的非线性扰动观测器(37)以转子位置角度θ、优化电流i′q以及
Figure FDA00034350364300000118
值作为输入，输出终端扰动估计值
Figure FDA00034350364300000119
转子位置角度估计值
Figure FDA00034350364300000120
和转子角速度估计值
Figure FDA00034350364300000121
所述的转子位置角度估计值
Figure FDA00034350364300000122
和转子角速度估计值
Figure FDA00034350364300000123
输入到误差补偿模块(32)中，所述的终端扰动估计值
Figure FDA00034350364300000124
输入到自调节控制器(34)中。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器，其特征是：所述的非线性扰动观测器(37)由一阶微分器(20)、参数估计模块(21)、一次比例计算模块(22)、开立方二阶计算模块(23)、乘积计算模块(24)、三次比例计算模块(25)、开立方一阶计算模块(26)、二次比例计算模块(27)以及三个一阶积分器(281、282、283)组成，一阶微分器(20)以转子位置角度θ为输入，计算得到转子角速度
Figure FDA0003435036430000021
参数估计模块(21)以转子位置角度θ和转子角速度
Figure FDA0003435036430000022
为输入，估计出初端转子位置角度估计值
Figure FDA0003435036430000023
和初端角速度估计值
Figure FDA0003435036430000024
转子位置角度θ与初端转子位置角度估计
Figure FDA0003435036430000025
作差得到误差eθ；位置角度误差eθ分别输入一次比例计算模块(22)、开立方二阶计算模块(23)、乘积计算模块(24)、三次比例计算模块(25)、开立方一阶计算模块(26)和二次比例计算模块(27)中；位置角度误差eθ经一次比例计算模块(22)计算得到
Figure FDA0003435036430000026
并输出，经开立方二阶计算模块(23)计算得到L3|eθ|2/3×sign(eθ)并输出；初端转子位置角度估计
Figure FDA0003435036430000027
与
Figure FDA0003435036430000028
L3|eθ|2/3×sign(eθ)三者相加得到转子位置角度估计值导数
Figure FDA0003435036430000029
初端转子位置角度估计
Figure FDA00034350364300000210
输入到第一个一阶积分器(281)中，得到转子位置角度估计值
Figure FDA00034350364300000211
位置角度误差eθ经乘积计算模块(24)计算得到L1sign(eθ)并输出，经三次比例计算模块(25)计算得到输出
Figure FDA00034350364300000212
并输出，L1sign(eθ)和
Figure FDA00034350364300000213
相加得到扰动估计值导数
Figure FDA00034350364300000214
扰动估计值导数
Figure FDA00034350364300000215
输入到第二个一阶积分器(282)得到终端扰动估计值
Figure FDA00034350364300000216
位置角度误差eθ经开立方一阶模块(26)计算出L2|eθ|1/3×sign(eθ)并输出，经二次比例计算模块(27)计算出
Figure FDA00034350364300000217
并输出，计算出终端转子角速度估计值导数
Figure FDA00034350364300000218
终端转子角速度估计值导数
Figure FDA00034350364300000219
输入第三个一阶积分器(283)中得到终端转子角速度估计值
Figure FDA00034350364300000220
L1、L2、L3、ω0、ε为非线性扰动观测器增益常数，L1、L2、L3取值为0～10；ω0为40～60；ε为0～1。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器，其特征是：所述的终端转子角速度估计值导数
Figure FDA00034350364300000221
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器，其特征是：所述的优化扰动值
Figure FDA00034350364300000222
k0、k1与k2为优化增益，k0为25～35；k1为5～15；k2为5～15，α、β为误差增益，0＜β＜2，α＞β。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器，其特征是：所述的收敛导数
Figure FDA0003435036430000031
δ、ψ为收敛控制器的增益，0＜δ＜200，0＜ψ＜10，γ为误差增益，0＜γ＜2。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器，其特征是：所述的自抗扰控制电流iq2＝-(η+μ)|s|γ·sign(s)，η为自抗扰控制的增益，0＜η＜100。
7.根据权利要求1所述的一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器，其特征是：所述的自调节控制电流
Figure FDA0003435036430000032
8.根据权利要求1所述的一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器，其特征是：所述的参考电流
Figure FDA0003435036430000033
KT0是标定电机转矩常数，J0是标定等效转动惯量。
9.根据权利要求1所述的一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器，其特征是：所述的电动汽车驱动电机系统以参考电流iq *为输入，以转子位置角度θ为输出，由电流环PI模块(11)、电压坐标变换模块(12)、SVPWM模块(13)、逆变器(14)、永磁同步电机(15)和电流坐标变换模块(16)组成，电流环PI模块(11)、电压坐标变换模块(12)、SVPWM模块(13)、逆变器(14)和永磁同步电机(15)依次串联，电流环PI模块(11)以电压参考电流id *＝0、iq *为输入，输出为d、q轴电压ud、uq。d、q轴电压ud、uq为电压坐标变换模块(12)的输入，电压坐标变换模块(12)输出为α、β轴电压uα、uβ，α、β轴电压uα、uβ输入SVPWM模块(13)，SVPWM模块(13)输出为开关信号Sa，b，c，开关信号输入逆变器(14)，逆变器(14)输出为三相电流ia、ib、ic，永磁同步电机(15)以三相电流ia、ib、ic为输入，输出转子位置角度θ，三相电流iq、ib、ic通过电流坐标变换模块(16)转换为d、q轴电流id、iq再反馈至电流环PI模块(11)。
CN202111609890.2A 2021-12-27 2021-12-27 一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器 Active CN114257132B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111609890.2A CN114257132B (zh) 2021-12-27 2021-12-27 一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111609890.2A CN114257132B (zh) 2021-12-27 2021-12-27 一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114257132A true CN114257132A (zh) 2022-03-29
CN114257132B CN114257132B (zh) 2023-06-13

Family

ID=80797977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111609890.2A Active CN114257132B (zh) 2021-12-27 2021-12-27 一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114257132B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106788031A (zh) * 2016-12-27 2017-05-31 广东工业大学 一种自抗扰控制的永磁同步电机调速系统及方法
US20180246482A1 (en) * 2017-02-24 2018-08-30 Linestream Technologies System parameter identification method based on rate-limited relay with hysteresis and sinusoidal injection
CN111756286A (zh) * 2020-06-03 2020-10-09 江苏大学 一种高性能鲁棒永磁同步轮毂电机复合控制器
CN111835254A (zh) * 2020-06-04 2020-10-27 浙江工业大学 一种基于有限时间吸引律的永磁同步电机速度控制方法
CN113364377A (zh) * 2021-03-09 2021-09-07 天津大学 一种永磁同步电机自抗扰位置伺服控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106788031A (zh) * 2016-12-27 2017-05-31 广东工业大学 一种自抗扰控制的永磁同步电机调速系统及方法
US20180246482A1 (en) * 2017-02-24 2018-08-30 Linestream Technologies System parameter identification method based on rate-limited relay with hysteresis and sinusoidal injection
CN111756286A (zh) * 2020-06-03 2020-10-09 江苏大学 一种高性能鲁棒永磁同步轮毂电机复合控制器
CN111835254A (zh) * 2020-06-04 2020-10-27 浙江工业大学 一种基于有限时间吸引律的永磁同步电机速度控制方法
CN113364377A (zh) * 2021-03-09 2021-09-07 天津大学 一种永磁同步电机自抗扰位置伺服控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAODONG SUN ET AL.: "An Improved Model Predictive Current Control for PMSM Drives Based on Current Track Circle" *
YINSHENG LI ET AL.: "Active disturbance rejection control for permanent magnet synchronous motor with noise: analysis of parameter characteristics of extended state observer" *
崔东明 等: "永磁同步电机调速系统自抗扰控制策略的研究" *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114257132B (zh) 2023-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111555680B (zh) 一种永磁同步电机无差拍预测电流控制方法
CN110454329B (zh) 一种风电机组桨距角控制方法
CN103401501A (zh) 一种基于模糊自抗扰控制的pmsm伺服系统控制方法
CN112731805B (zh) 一种基于风速估计的风力发电机最大功率跟踪无传感器鲁棒控制方法
CN107132759A (zh) 一种直线电机驱动fts基于eso滑模改进重复控制方法
CN112019107B (zh) 基于周期事件触发的永磁同步电机终端滑模控制方法
CN110112971B (zh) 一种基于有限时间动态面的异步电动机位置跟踪控制方法
CN109842342B (zh) 一种纯电动汽车用轮毂电机抗干扰智能控制器
CN112886901A (zh) 一种车用开关磁阻电机无位置智能控制器
CN106911282A (zh) 一种改进模糊控制的永磁电机无速度测速系统
CN109873583B (zh) 基于状态受限的永磁同步电机模糊位置跟踪控制方法
CN114362597A (zh) 电动汽车爬坡多电机无位置传感器同步控制方法
CN104242744A (zh) 一种基于优化灰色预测补偿的永磁同步电机转速控制方法
CN114439691A (zh) 基于位置传感器的海上风电机组最大功率跟踪控制方法
CN114257132A (zh) 一种电动汽车永磁同步电机优化抗扰动控制器
CN112737435A (zh) 一种基于t-s模糊滑模控制的步进电机抗干扰系统
CN111293933A (zh) 基于全阶自适应观测器的pmsm传感器抗扰控制方法
He et al. Grey prediction pi control of direct drive permanent magnet synchronous wind turbine
Liu et al. Speed estimation and Parameters Identification simultaneously of PMSM based on MRAS
CN113691179B (zh) 基于固定时间变幂次指数趋近律的永磁同步电机控制方法
CN113489408A (zh) 一种永磁直线电机无速度传感器控制系统
CN113765449A (zh) 基于双Sigmod神经网络电感模型的SRM磁链控制系统与方法
Ju et al. PMSM speed control method based on Kalman filter and dynamic fuzzy control in electric vehicle
CN116470799A (zh) 一种永磁直线同步电机无模型自适应控制方法
Liu et al. Parameter Identification of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Improved MRAS Algorithm

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant