本發(fā)明屬于混合動(dòng)力車輛控制領(lǐng)域，特別涉及一種用于混合動(dòng)力車的開關(guān)磁阻帶式驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)(以下簡(jiǎn)稱為BSG)系統(tǒng)的智能控制器的構(gòu)造方法。
背景技術(shù)：
：混合動(dòng)力汽車具有高效率、低污染等突出優(yōu)點(diǎn)，帶式驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)(BSG)是混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵部件之一，要求BSG能高效、穩(wěn)定地工作。BSG不同于傳統(tǒng)的汽車發(fā)電機(jī)是將啟動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)分開，BSG將啟動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)集于一身，取代原發(fā)電機(jī)，這樣不僅可以簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，而且可以減少車重。目前，BSG多為混合勵(lì)磁爪極電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)或永磁電機(jī)。然而對(duì)于混合勵(lì)磁爪極電機(jī)，在低速時(shí)獲得高轉(zhuǎn)矩較難，且轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于高速運(yùn)行；對(duì)于感應(yīng)電機(jī)，其調(diào)速性能較差，不易進(jìn)行精準(zhǔn)控制，對(duì)電機(jī)的控制系統(tǒng)要求較高；對(duì)于永磁電機(jī)，由于存在永磁材料，所以在高溫和高磁場(chǎng)環(huán)境下的穩(wěn)定性難以保證。而開關(guān)磁阻電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、成本低和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，適用于高速運(yùn)行和惡劣環(huán)境，已應(yīng)用于BSG系統(tǒng)中。目前對(duì)混合動(dòng)力車用開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)的控制采用的是工業(yè)上常用的角度位置控制、電流斬波控制以及電壓斬波控制等方法，這很難適用于混合動(dòng)力車用BSG系統(tǒng)，特別是混合動(dòng)力汽車行駛工況的復(fù)雜性，勢(shì)必帶來(lái)開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)的參數(shù)時(shí)變、負(fù)載突變、以及各種隨機(jī)擾動(dòng)的干擾。因此，為了從本質(zhì)上解決混合動(dòng)力車用開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)常規(guī)控制方法控制效果欠佳的難題，同時(shí)又要保證混合動(dòng)力車用開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)各項(xiàng)控制性能指標(biāo)，如動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、穩(wěn)態(tài)跟蹤精度和較強(qiáng)的抗干擾能力，需采用新的控制方法。國(guó)內(nèi)相同
技術(shù)領(lǐng)域：
公開的專利申請(qǐng)有：中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01410232599.1、名稱是“一種混合動(dòng)力車BSG轉(zhuǎn)矩波動(dòng)補(bǔ)償控制器及其構(gòu)造方法”，該專利文獻(xiàn)針對(duì)混合動(dòng)力車BSG系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)設(shè)計(jì)了一種轉(zhuǎn)矩波動(dòng)補(bǔ)償控制器，用來(lái)抑制轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，該轉(zhuǎn)矩波動(dòng)補(bǔ)償控制器通過(guò)設(shè)計(jì)電流補(bǔ)償模塊對(duì)q軸電流構(gòu)成電流內(nèi)環(huán)，只能消除轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，而無(wú)法滿足BSG系統(tǒng)參數(shù)時(shí)變和負(fù)載突變的復(fù)雜工況；而且，該控制器研究的對(duì)象是普通交流電機(jī)，并非開關(guān)磁阻電機(jī)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有混合動(dòng)力車用開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)的現(xiàn)有缺陷，提供一種能有效提高開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)各項(xiàng)控制性能指標(biāo)，特別是魯棒性的混合動(dòng)力車用開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)智能控制器的構(gòu)造方法，所構(gòu)造的支持向量機(jī)抗干擾智能控制器能滿足BSG系統(tǒng)參數(shù)時(shí)變和負(fù)載突變的復(fù)雜工況。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括以下步驟：1)將電流控制器模塊、功率變換模塊和開關(guān)磁阻電機(jī)依次串接，與電流檢測(cè)模塊、擾動(dòng)檢測(cè)模塊作為一個(gè)整體等效開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)，開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)以控制電流I為輸入，以速度ω為輸出，并建立開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)方程A、B分別是開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)的速度系數(shù)和電流系數(shù)，Γ為擾動(dòng)；2)將速度ω與速度給定模塊輸出的速度信號(hào)參考值ωr相比較，得到速度誤差值eω，速度誤差值eω依次經(jīng)串接的濾波跟蹤誤差模型、速度控制器模塊、限幅模塊和轉(zhuǎn)矩分配電流求取模塊后輸出電流k1和k2分別為濾波跟蹤誤差模型系數(shù)；3)采用式構(gòu)成優(yōu)化控制器，采用支持向量機(jī)逼近式構(gòu)成支持向量機(jī)控制器，將電流r分別作為優(yōu)化控制器、支持向量機(jī)控制器參數(shù)優(yōu)化模塊的輸入以及支持向量機(jī)控制器的第一個(gè)輸入，將支持向量機(jī)控制器參數(shù)優(yōu)化模塊的輸出γ,σ作為支持向量機(jī)控制器的第二個(gè)輸入，采用式G3＝δsign(r)構(gòu)建魯棒控制器，δ是系數(shù)變量，將電流r作為魯棒控制器的第一個(gè)輸入，采用式構(gòu)建魯棒控制器參數(shù)優(yōu)化模塊，魯棒控制器參數(shù)優(yōu)化模塊的輸入為參數(shù)學(xué)習(xí)率ηδ，輸出為將作為魯棒控制器的第二個(gè)輸入；優(yōu)化控制器的輸出是電流IG1、支持向量機(jī)控制器的輸出是電流IG2、魯棒控制器的輸出是電流IG3；4)將優(yōu)化控制器、支持向量機(jī)控制器以及魯棒控制器并聯(lián)后構(gòu)成智能控制器，將電流IG1、IG2和IG3相結(jié)合輸出控制電流I。進(jìn)一步地，步驟3)中，采用支持向量機(jī)逼近式構(gòu)成支持向量機(jī)控制器的方法是：將速度誤差值eω輸入轉(zhuǎn)矩分配電流控制模塊，轉(zhuǎn)矩分配電流控制模塊輸出控制電流I，對(duì)速度誤差值eω分別求積分和求導(dǎo)得到∫eω(τ)dτ和對(duì)速度信號(hào)參考值ωr求一階和二階導(dǎo)數(shù)得到和組成支持向量機(jī)的訓(xùn)練樣本集離線訓(xùn)練支持向量機(jī)，得到支持向量機(jī)的實(shí)際輸出I*，輸出I*中包含擾動(dòng)Γ的實(shí)際數(shù)值，離線訓(xùn)練得到支持向量機(jī)控制器。本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明通過(guò)構(gòu)造開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)的優(yōu)化控制器、支持向量機(jī)控制器、以及魯棒控制器，有效提高混合動(dòng)力汽車開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性，顯著提高混合動(dòng)力汽車開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)的抗干擾能力和魯棒控制性能。該控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便，并且控制效果較好。2、將混合動(dòng)力汽車開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)的的參數(shù)時(shí)變特性以及負(fù)載突變、外部擾動(dòng)等效為開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)的外部擾動(dòng)變量，采用支持向量機(jī)建立其抗干擾智能控制器的非線性模型，有效提高了該控制器的實(shí)時(shí)性和魯棒性，可以有效克服已有專利201410232599.1采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)存在的過(guò)學(xué)習(xí)、局部最小問(wèn)題。3、采用本發(fā)明所構(gòu)造的控制器，只需要可測(cè)、易測(cè)的輸入和輸出變量，因此不需要增加額外的檢測(cè)設(shè)備；相應(yīng)的控制算法只需要通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，故該控制器在沒(méi)有增加控制成本的前提下，可以有效提高控制器的控制品質(zhì)。附圖說(shuō)明圖1是由電流控制器模塊11、功率變換模塊12、開關(guān)磁阻電機(jī)13、電流檢測(cè)模塊14和擾動(dòng)檢測(cè)模塊15組成的開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16等效示意圖；圖2是利用速度給定模塊21、濾波跟蹤誤差模型41、速度控制器模塊42、限幅模塊43、轉(zhuǎn)矩分配電流求取模塊51、優(yōu)化控制器61、支持向量機(jī)控制器62、支持向量機(jī)控制器參數(shù)優(yōu)化模塊63、魯棒控制器64和魯棒控制器參數(shù)優(yōu)化模塊65構(gòu)成的智能控制器7對(duì)開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是圖2中支持向量機(jī)控制器62離線訓(xùn)練原理框圖。圖中：7.智能控制器；11.電流控制器模塊；12.功率變換模塊；13.開關(guān)磁阻電機(jī)；14.電流檢測(cè)模塊；15.擾動(dòng)檢測(cè)模塊；16.開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)；21.速度給定模塊；22.位置檢測(cè)模塊；23.實(shí)際轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊；24.位置反饋模塊；31.轉(zhuǎn)矩分配電流控制模塊；41.濾波跟蹤誤差模型；42.速度控制器模塊；43.限幅模塊；51.轉(zhuǎn)矩分配電流求取模塊；61.優(yōu)化控制器；62.支持向量機(jī)控制器；63.支持向量機(jī)控制器參數(shù)優(yōu)化模塊；64.魯棒控制器；65.魯棒控制器參數(shù)優(yōu)化模塊。具體實(shí)施方式本發(fā)明混合動(dòng)力車用開關(guān)磁阻啟動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)控制器的構(gòu)造方法具體如下：如圖1所示，將電流控制器模塊11、功率變換模塊12、開關(guān)磁阻電機(jī)13、電流檢測(cè)模塊14和擾動(dòng)檢測(cè)模塊15作為一個(gè)整體等效為開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16，該開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16以控制電流I為輸入，以速度ω為輸出。其中，電流控制器模塊11、功率變換模塊12和開關(guān)磁阻電機(jī)13依次串接。電流檢測(cè)模塊14用以檢測(cè)開關(guān)磁阻電機(jī)13的電流，得到輸出為電流I1，將電流I1輸入電流控制器模塊11。電流控制器模塊11以控制電流I為輸入，將控制電流I與電流檢測(cè)模塊14輸出的電流I1相比較，從而得到電流控制器模塊11的輸出為電壓U，該電壓U作為功率變換模塊12的輸入，功率變換模塊12的輸出為占空比信號(hào)T，該占空比信號(hào)T驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)13。擾動(dòng)檢測(cè)模塊15檢測(cè)開關(guān)磁阻電機(jī)13的總的擾動(dòng)Γ，擾動(dòng)Γ包括參數(shù)的時(shí)變、負(fù)載的突變以及不確定性擾動(dòng)等，最后得到開關(guān)磁阻電機(jī)13的輸出為速度ω。對(duì)開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16進(jìn)行分析、等效與推導(dǎo)，建立開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)方程為：ω··=Aω·+BI+Γ---(1-1)]]>式中，ω和I分別是開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的輸出的速度和輸入的控制電流；分別是速度ω的一階和二階導(dǎo)數(shù)；A和B分別是開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的速度系數(shù)和電流系數(shù)，Γ為擾動(dòng)，與開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的參數(shù)、負(fù)載以及不確定性擾動(dòng)有關(guān)，如此，建立了開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的實(shí)際工作情況，確定A＝141.3，B＝96.2。如圖2所示，采用位置檢測(cè)模塊22檢測(cè)得到開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，位置檢測(cè)模塊22的輸出依次連接位置反饋模塊24和實(shí)際轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊23，將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)通過(guò)位置反饋模塊24和實(shí)際轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊23得到開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的速度ω，將得到開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的速度ω與速度給定模塊21輸出的速度信號(hào)參考值ωr相比較，得到速度誤差值eω，將速度誤差值eω作為濾波跟蹤誤差模型41的輸入，濾波跟蹤誤差模型41將輸入誤差值eω中的明顯干擾值濾除，輸出為速度控制信號(hào)vω，濾波跟蹤誤差模型41的輸出依次串接速度控制器模塊42、限幅模塊43和轉(zhuǎn)矩分配電流求取模塊51，將速度控制信號(hào)vω輸入速度控制器模塊42，速度控制信號(hào)vω轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)vT，為了使轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)vT能保證在可控的范圍之內(nèi)，將轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)vT輸入限幅模塊43，使轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)vT限定在可控的范圍之內(nèi)，輸出得到限幅之后的轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)該控制信號(hào)作為轉(zhuǎn)矩分配電流求取模塊51的輸入，轉(zhuǎn)矩分配電流求取模塊51將限幅之后的轉(zhuǎn)矩控制信號(hào)進(jìn)行合理分配，并獲得電流輸出信號(hào)r，即輸出電流r，通過(guò)分析、等效與推導(dǎo)可得到電流r的表達(dá)式為：r=e·ω+k1eω+k2∫eω(τ)dτ---(1-2)]]>其中，是eω的一階導(dǎo)數(shù)，k1和k2分別為濾波跟蹤誤差模型系數(shù)，根據(jù)開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的實(shí)際工作情況，確定k1＝207，k2＝119.5。將方程(1-1)和(1-2)相結(jié)合，并考慮開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16參數(shù)時(shí)變、負(fù)載突變等不確定性擾動(dòng)特性，可以得到開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的抗干擾智能控制器的解析表達(dá)式G為：G=B-1(r·-Ar)+B-1[(ω··r+k1e·ω+k2eω)-A(ω·r+k1eω+k2∫eω(τ)dτ)-Γ]+δsign|r|=G1+G2+G3---(1-3)]]>其中，G1=B-1(r·-Ar)---(1-4)]]>G2=B-1[(ω··r+k1e·ω+k2eω)-A(ω·r+k1eω+k2∫eω(τ)dτ)-Γ]---(1-5)]]>G3＝δsign(r)(1-6)其中，sign(·)為符號(hào)函數(shù)，δ為魯棒控制器64的系數(shù)變量。對(duì)于其中的表達(dá)式：采用支持向量機(jī)來(lái)逼近解析表達(dá)式G2，構(gòu)成支持向量機(jī)控制器62，具體如下：參見(jiàn)圖3所示，通過(guò)位置檢測(cè)模塊22采集得到開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)輸入實(shí)際轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊23得到速度ω，將速度ω與速度給定模塊21輸出的速度信號(hào)參考值ωr相比較得到速度誤差值eω，以速度誤差值eω作為轉(zhuǎn)矩分配電流控制模塊31的輸入，轉(zhuǎn)矩分配電流控制模塊31的輸出為控制電流I，并將該控制電流I加到開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的輸入端。對(duì)速度誤差值eω分別求積分和求導(dǎo)，得到∫eω(τ)dτ和對(duì)速度給定模塊21輸出的速度信號(hào)參考值ωr求一階和二階導(dǎo)數(shù)，得到和并對(duì)信號(hào)做規(guī)范化處理，組成支持向量機(jī)的訓(xùn)練樣本集最后離線訓(xùn)練支持向量機(jī)，得到支持向量機(jī)的實(shí)際輸出I*，該輸出中包含不確定性的擾動(dòng)Γ的實(shí)際數(shù)值，從而離線訓(xùn)練得到圖2中的支持向量機(jī)控制器62。如此采用支持向量機(jī)來(lái)逼近以辨識(shí)G2解析表達(dá)式，構(gòu)成支持向量機(jī)控制器62，有效地解決了不確定性擾動(dòng)Γ無(wú)法精確建模的難題。如圖2所示，將轉(zhuǎn)矩分配電流求取模塊51的輸出r作為支持向量機(jī)控制器62的第一個(gè)輸入，同時(shí)將轉(zhuǎn)矩分配電流求取模塊51的輸出r作為支持向量機(jī)控制器參數(shù)優(yōu)化模塊63的輸入，支持向量機(jī)控制器參數(shù)優(yōu)化模塊63的輸出γ,σ作為支持向量機(jī)控制器62的第二個(gè)輸入，γ,σ為支持向量機(jī)關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的實(shí)際工作情況，確定γ＝300，σ＝0.24；利用支持向量機(jī)控制器參數(shù)優(yōu)化模塊63輸出的優(yōu)化參數(shù)γ,σ實(shí)時(shí)優(yōu)化支持向量機(jī)控制器62，得到支持向量機(jī)控制器62的輸出為電流IG2。利用公式(1-4)，構(gòu)建優(yōu)化控制器61，將轉(zhuǎn)矩分配電流求取模塊51的輸出電流r作為優(yōu)化控制器61的輸入，得到優(yōu)化控制器61的輸出為電流IG1。利用公式(1-6)，G3＝δsign(r)構(gòu)建魯棒控制器64，將轉(zhuǎn)矩分配電流求取模塊51的輸出電流r作為魯棒控制器64的第一個(gè)輸入。利用以下公式(1-7)，構(gòu)建魯棒控制器參數(shù)優(yōu)化模塊65，魯棒控制器參數(shù)優(yōu)化模塊65的輸入為魯棒控制器參數(shù)優(yōu)化模塊65的參數(shù)學(xué)習(xí)率ηδ，輸出為魯棒控制器系數(shù)變量一階導(dǎo)數(shù)一階導(dǎo)數(shù)作為魯棒控制器64的第二個(gè)輸入，魯棒控制器64的輸出為電流IG3。δ·=ηδ|r|---(1-7)]]>根據(jù)開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的實(shí)際工作情況，確定ηδ＝1.09。將優(yōu)化控制器61的輸出電流IG1、支持向量機(jī)控制器62的輸出電流IG2以及魯棒控制器64的輸出電流IG3相結(jié)合，輸出控制電流I，即開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的輸入，以控制開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16。如此，將支持向量機(jī)控制器參數(shù)優(yōu)化模塊63、支持向量機(jī)控制器62、優(yōu)化控制器61、魯棒控制器64和魯棒控制器參數(shù)優(yōu)化模塊65并聯(lián)之后，串接在依次相串聯(lián)的濾波跟蹤誤差模型41、速度控制器模塊42、限幅模塊43和轉(zhuǎn)矩分配電流求取模塊51之后，與速度給定模塊21一起構(gòu)成抗干擾智能控制器7，實(shí)現(xiàn)對(duì)混合動(dòng)力汽車開關(guān)磁阻BSG系統(tǒng)16的高性能魯棒控制。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3