本發(fā)明涉及輪轂電機控制，尤其涉及一種永磁同步輪轂電機自適應(yīng)魯棒控制器的構(gòu)造方法。

背景技術(shù)：

1、不可再生的傳統(tǒng)化石能源的快速消耗及其帶來的環(huán)境污染給當(dāng)今世界帶來了巨大的能源與環(huán)保挑戰(zhàn)。另外，我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展和龐大的人口數(shù)迫切要求汽車走向電動化以實現(xiàn)節(jié)能減排，電動汽車的能源完全依靠電能，具有響應(yīng)快、高效率、低排放等優(yōu)勢。

2、采用輪轂電機是電動汽車研究的熱點，輪轂電機安裝在電動汽車的輪轂中，省去了傳統(tǒng)燃油車的傳動軸、減速器、差速器等傳動部件，因此輪轂直驅(qū)方式具有高效、節(jié)能等優(yōu)勢。另外，電機直接驅(qū)動車輪，電機控制器只需要簡單的指令就能直接控制車輪的轉(zhuǎn)速和扭矩，方便實現(xiàn)復(fù)雜的控制。

3、輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)的控制性能決定著整車性能的好壞。相較于傳統(tǒng)的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制，模型預(yù)測控制具有簡單的原理、快速的動態(tài)響應(yīng)、易于處理多變量、多約束等優(yōu)勢而受到廣泛應(yīng)用。但它存在以下缺點，模型預(yù)測控制建模依賴于電感、電阻和永磁體磁鏈，參數(shù)魯棒性較差。高效的解決方案是采用基于超局部模型的無模型預(yù)測控制，然而建立的超局部模型中的縮放因子仍然依賴于初始電感參數(shù)的設(shè)置，且運行性能因縮放因子的固定而無法形成整個運行域內(nèi)的高效運行。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，而提出的一種永磁同步輪轂電機自適應(yīng)魯棒控制器的構(gòu)造方法，能夠?qū)崟r計算并刷新縮放因子，以滿足整個運行域內(nèi)的高效運行。此外，整個控制過程不包含電機的電感、電阻和永磁體磁鏈，具有較強的參數(shù)魯棒性。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種永磁同步輪轂電機自適應(yīng)魯棒控制器的構(gòu)造方法，包括如下步驟：

4、步驟1、將2r/2s坐標變換模塊、svpwm調(diào)節(jié)模塊、逆變器模塊、輪轂電機、3s/2r坐標變換模塊作為一個整體組成輪轂電機系統(tǒng)；

5、步驟2、建立輪轂電機系統(tǒng)魯棒數(shù)學(xué)模型；

6、步驟3、使用pi控制器獲得電流環(huán)的參考電流；

7、步驟4、利用無模型控制器獲得輪轂電機系統(tǒng)的控制電壓表達式；

8、步驟5、建立控制器參數(shù)辨識器獲得辨識無模型控制器中的縮放因子；

9、步驟6、建立擾動估計器獲得無模型控制器中的總擾動估計值和電流估計值；

10、步驟7、將控制器參數(shù)辨識器和擾動估計器的輸出輸入給無模型控制器形成電流環(huán)的自適應(yīng)魯棒控制器。

11、優(yōu)選地，步驟1中，輪轂電機系統(tǒng)以控制電壓udref、uqref為輸入，以轉(zhuǎn)速ω和電流id、iq為輸出；2r/2s坐標變換模塊的兩個輸入分別為udref、uqref經(jīng)過坐標變換得到兩相靜止坐標系下的控制電壓uα和uβ，該電壓值作為svpwm調(diào)節(jié)模塊的輸入，其輸出為開關(guān)脈沖信號0和1，0代表關(guān)閉，1為開通；該開關(guān)脈沖信號作為逆變器模塊的輸入，輸出驅(qū)動交流電機的三相電流ia、ib、ic，交流電機的輸出為轉(zhuǎn)速ω；將三相電流ia、ib、ic作為3s/2r坐標變換模塊的輸入，輸出為同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電流值id、iq。

12、優(yōu)選地，步驟2中，建立d-q旋轉(zhuǎn)坐標系下的表貼式永磁同步輪轂電機的數(shù)學(xué)模型，通過分析、等效與推導(dǎo)，建立輪轂電機系統(tǒng)的魯棒數(shù)學(xué)模型為：

13、

14、式中分別為魯棒數(shù)學(xué)模型的縮放因子，電機總擾動值的d軸分量和電機總擾動值的q軸分量；本發(fā)明將分別對α和f進行辨識和估計代替計算以提升系統(tǒng)魯棒性。ud、uq分別為輪轂電機的d軸和q軸電壓，id、iq分別為輪轂電機的d軸和q軸電流，ω表示電機轉(zhuǎn)速，r、l、ψ分別為輪轂電機的電阻、電感和永磁體磁鏈參數(shù)。

15、優(yōu)選地，步驟3中，pi控制器的輸入為轉(zhuǎn)速給定模塊輸出的ωref和輪轂電機系統(tǒng)輸出的ω，pi控制器的輸出為q軸參考電流iqref。

16、優(yōu)選地，步驟4中，無模型控制器的輸入為控制器參數(shù)辨識器輸出的縮放因子估計值擾動估計器輸出的總擾動估計值和電流估計值pi控制器輸出的q軸參考電流iqref和電流給定模塊的d軸參考電流idref，其輸出端為控制電壓ud和uq，其推導(dǎo)公式如下：

17、

18、其中，分別為電流估計值的d軸和q軸分量，分別為總擾動估計值的d軸和q軸分量，ts＝10-4為采樣時間。

19、優(yōu)選地，步驟5中，對于控制器參數(shù)辨識器，其輸入為控制器參數(shù)辨識器的輸出并一步延遲的無模型控制器的輸出并一步延遲的ud(k-1)，輪轂電機系統(tǒng)輸出的id，ω和i＝[id?iq]t經(jīng)一步延遲輸出的i(k-1)，控制器參數(shù)辨識器的輸出為縮放因子估計值其表達式如下：

20、

21、式中，權(quán)重因子λ＝103，ud(k-1)為控制電壓d軸分量udref經(jīng)過一步延遲得到的延遲電壓，id(k-1)和iq(k-1)分別為輪轂電機系統(tǒng)輸出的d、q軸電流經(jīng)過一步延遲獲得的d、q軸延遲電流。

22、優(yōu)選地，步驟6中，擾動估計器是利用參數(shù)擾動模塊、控制率模塊和電流估計模塊來獲得電流估計值和總擾動估計值輪轂電機系統(tǒng)輸出的i和電流估計模塊輸出并延遲一步的估計電流做差獲得電流誤差值電流誤差值e經(jīng)過控制率模塊獲得控制率h＝[hdhq]t，其表達式如下：

23、

24、式中a＝5，b＝5，c＝5，μ＝1，γ＝0.5，sign()為符號函數(shù)m為計算函數(shù)，其初始值設(shè)為0。

25、同時，電流誤差值e和經(jīng)由參數(shù)擾動模塊輸出并延遲一步的共同通過參數(shù)擾動模塊計算獲得下一時刻的總擾動估計值其表達式如下：

26、

27、式中，h＝10，s＝[sdsq]t代表電流誤差值e的滑模函數(shù)。

28、然后，參數(shù)擾動模塊輸出并延遲一步的控制率模塊輸出的控制率h、無模型控制器輸出并延遲一步的u(k-1)＝[ud(k-1)uq(k-1)]t以及電流估計模塊輸出并延遲一步的共同經(jīng)過電流估計模塊獲的電流估計值其表達式如下：

29、

30、式中為電流估計值經(jīng)一步延遲獲得的延遲電流估計值。

31、優(yōu)選地，步驟7中，自適應(yīng)魯棒控制器由無模型控制器、控制參數(shù)辨識器和擾動估計器構(gòu)成，該自適應(yīng)魯棒控制器以pi控制器的輸出iqref、電流給定模塊的輸出idref以及輪轂電機系統(tǒng)的輸出id，iq和ω作為輸入，以控制電壓udref、uqref為輸出；控制器參數(shù)辨識器輸出的縮放因子估計值經(jīng)由電機的電流、電壓和轉(zhuǎn)速計算并實時刷新，將其輸入給無模型控制器有效提升了電機電感、電阻和永磁體磁鏈三者的參數(shù)魯棒性；擾動估計器輸出的電流估計值和總擾動估計值^

32、f(k+1)同樣不需要通過電機參數(shù)計算而是基于電流和電壓估計，將其輸入給無模型控制器提升了輪轂電機對電感、電阻和永磁體磁鏈三者的參數(shù)魯棒性。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

34、1、本發(fā)明通過構(gòu)建擾動估計器估計輪轂電機系統(tǒng)的總擾動，有效克服系統(tǒng)運行中溫度變化、外部擾動下傳統(tǒng)預(yù)測模型依賴參數(shù)建模導(dǎo)致的參數(shù)魯棒性差的問題，提升了整車實時運行中的平順性能。

35、2、本發(fā)明通過控制器參數(shù)辨識器實時刷新無模型控制器的縮放因子，以滿足輪轂電機系統(tǒng)整個運行域內(nèi)的高效運行，且辨識器的輸入和輸出均不需要輪轂電機的電磁參數(shù)，有效提升系統(tǒng)的魯棒性。