一種混合動力車bsg轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器及其構(gòu)造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種混合動力車帶式驅(qū)動啟動發(fā)電機(jī)(以下簡稱為BSG)轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器及其構(gòu)造方法，所述轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器控制所述復(fù)合被控對象，所述轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器包括PI調(diào)節(jié)器、擴(kuò)展逆變器控制模塊和電流補(bǔ)償模塊，所述復(fù)合被控對象包括混合動力車BSG、光電編碼盤、以及轉(zhuǎn)速與電角度計算模塊；采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)去構(gòu)建電流補(bǔ)償模塊，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由采用四層結(jié)構(gòu)，并采用Powell算法對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，本發(fā)明所述方法通過采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識電流補(bǔ)償模塊，可以有效地抑制BSG電機(jī)的電流諧波，顯著減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動，使混合動力車BSG系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)特性和很強(qiáng)的魯棒性。
【專利說明】一種混合動力車BSG轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器及其構(gòu)造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混合動力車帶式驅(qū)動啟動發(fā)電機(jī)(以下簡稱為BSG)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器及其構(gòu)造方法，適用于混合動力車BSG系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩波動的有效補(bǔ)償，屬于BSG混合動力【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在相關(guān)部門發(fā)布的《2013年中國機(jī)動車污染防治年報》中，公布了2013年全國機(jī)動車輛污染排放情況。機(jī)動車輛的污染是造成光化學(xué)煙霧污染、灰霾的重要原因，已成為我國空氣污染的重要來源之一，因此機(jī)動車輛污染防治的緊迫性日益凸顯。特別是在國務(wù)院頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》中明確提出了:“2015年當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至每百公里6.9升，到2020年降至5.0升”的目標(biāo)。因此，從我國乘用車保有量的基數(shù)來看，要達(dá)到上述嚴(yán)格的油耗目標(biāo)，僅僅依靠發(fā)展純電動汽車是無法實現(xiàn)的，必須加快混合動力汽車的開發(fā)和推廣。
[0003]眾所周知，汽車怠速時，尾氣中碳?xì)浠衔锖鸵谎趸紳舛雀撸S著車速的提升，碳?xì)浠衔锖鸵谎趸紳舛认陆?。采用BSG技術(shù)的混合動力汽車，在傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)上加裝了帶式驅(qū)動的啟動發(fā)電一體式電機(jī)，可以用來控制發(fā)動機(jī)的啟動與停止。由于取消了發(fā)動機(jī)的怠速運(yùn)行工況，在低速和啟動時可以采用電力，因此顯著的降低了油耗，并且減少了污染物的排放。由此可見，采用BSG技術(shù)的混合動力汽車是實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的最快捷有效的技術(shù)解決手段之一，受到了各國政府和汽車公司越來越多的重視。
[0004]BSG電機(jī)是BSG系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵裝置，高效率、良好的調(diào)壓以及轉(zhuǎn)矩特性是對BSG電機(jī)的基本要求。然而轉(zhuǎn)矩波動是永磁電機(jī)固有特性，如何有效降低甚至消除轉(zhuǎn)矩波動給BSG電機(jī)控制器提出了很高的要求，因此BSG轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制器將成為BSG系統(tǒng)的核心，在很大程度上將成為決定混合動力車燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素之一。轉(zhuǎn)矩大小正比于電流i,，電流i,中的諧波分量如果等于零，轉(zhuǎn)矩將沒有波動。但是由于永磁電機(jī)固有特性，以及不同工況下負(fù)載的變化，轉(zhuǎn)矩存在較大的波動。因此在控制電流給定信號ζ中補(bǔ)償?shù)粲赊D(zhuǎn)矩波動引起的電流波動Aiq，就可以有效地補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩的波動，從而實現(xiàn)BSG轉(zhuǎn)矩的高性能控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了提供一種混合動力車BSG系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器及其構(gòu)造方法，采用該方法構(gòu)造的轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器可以有效抑制地由轉(zhuǎn)矩波動引起的電流波動，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩波動的補(bǔ)償控制。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是依次采用如下步驟:
[0007]一種混合動力車帶式驅(qū)動啟動發(fā)電機(jī)(以下簡稱為BSG)轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器，包括轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器和復(fù)合被控對象兩部分；所述轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器控制所述復(fù)合被控對象，所述轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器包括PI調(diào)節(jié)器、擴(kuò)展逆變器控制模塊和電流補(bǔ)償模塊，所述復(fù)合被控對象包括混合動力車BSG、光電編碼盤、以及轉(zhuǎn)速與電角度計算模塊；[0008]所述擴(kuò)展逆變器控制模塊串聯(lián)在復(fù)合被控對象之前，用以實現(xiàn)對系統(tǒng)動態(tài)特性進(jìn)行開環(huán)控制，所述混合動力車BSG與光電編碼盤同軸相連，所述光電編碼盤同所述轉(zhuǎn)速與電角度計算模塊相連；所述光電編碼盤輸出的A、B、Z三路脈沖信號作為轉(zhuǎn)速與電角度計算模塊的輸入信號，所述轉(zhuǎn)速與電角度計算模塊的輸出信號分別為電角度Θ和轉(zhuǎn)速信號
ωr ；
[0009]所述電流補(bǔ)償模塊由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由八個輸入節(jié)點、一個輸出節(jié)點組成，用于系統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)控制；所述電流補(bǔ)償模塊的輸入端共八路信號，依次分別為復(fù)合被控對象的輸入電流信號ia、ib、i。，復(fù)合被控對象的輸出轉(zhuǎn)速、和電角度Θ信號，以及混合動力車BSG的反電動勢信號ea、eb、e。；所述電流補(bǔ)償模塊輸出端為電流擾動信號Λ iq ；
[0010]所述PI調(diào)節(jié)器的輸入端為復(fù)合被控對象的實際輸出轉(zhuǎn)速ω 與給定轉(zhuǎn)速參考信
號?；'比較得出的誤差ε，所述PI調(diào)節(jié)器的輸出端為電流控制參考信號'將所述電流控制
參考信號(和所述電流擾動信號Aiq進(jìn)行比較的差值彳=/丨-%作為擴(kuò)展逆變器控制模塊的
第一個輸入，擴(kuò)展逆變器控制模塊的第二個輸入為恒值id = 0，擴(kuò)展逆變器控制模塊的第三個輸入是復(fù)合被控對象的輸出電角度Θ信號；所述擴(kuò)展逆變器控制模塊的輸出信號為ia、lb、 ic°
[0011]進(jìn)一步，所述擴(kuò)展逆變器控制模塊由Park逆變換器、Clark逆變換器、CRPWM逆變器串聯(lián)而成；用于將輸入為電流控制信號i,轉(zhuǎn)換成輸出三相控制電流信號ia、ib、i。。
[0012]進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)速與電角度計算模塊由機(jī)械旋轉(zhuǎn)角度計算模塊、電角度計算模塊與轉(zhuǎn)速計算模塊組合而成；其中機(jī)械旋轉(zhuǎn)角度計算模塊用于將光電編碼盤輸出的三路脈沖信號A、B、Z轉(zhuǎn)換為機(jī)械旋轉(zhuǎn)角度θπ，所述機(jī)械旋轉(zhuǎn)角度為電角度計算模塊與轉(zhuǎn)速計算模塊的輸入信號，所述電角度計算模塊與所述轉(zhuǎn)速計算模塊相并聯(lián)。
[0013]一種混合動力車BSG轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器的構(gòu)造方法，包括以下步驟:
[0014]步驟1，首先將混合動力車BSG、光電編碼盤、以及轉(zhuǎn)速與電角度計算模塊相連接構(gòu)成復(fù)合被控對象，此時，復(fù)合被控對象就等效成輸入信號為三相控制電流信號ia、ib、i。，輸出信號分別為電角度Θ和轉(zhuǎn)速信號的簡化被控對象，然后將Park逆變換器、Clark逆變換器、CRPWM逆變器串聯(lián)構(gòu)成擴(kuò)展逆變器控制模塊，并將擴(kuò)展逆變器控制模塊串聯(lián)在復(fù)合被控對象之前，實現(xiàn)對系統(tǒng)動態(tài)特性的開環(huán)控制；
[0015]步驟2，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)去構(gòu)建電流補(bǔ)償模塊，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由采用四層結(jié)構(gòu)，其中輸入層為八個輸入節(jié)點、輸出層為一個輸出節(jié)點，隱含層選為兩層結(jié)構(gòu)，兩個隱含層的節(jié)點數(shù)的確定方法為:首先選取兩個隱含層的節(jié)點數(shù)都為10，然后采用逐步增長法和逐步修剪法，通過試驗逐步添加和刪除各隱含層的節(jié)點個數(shù)，最后得到2層隱含層的節(jié)點數(shù)分別為12 和 6 ;
[0016]步驟3，將階躍激勵信號{ia，ib，ij加到復(fù)合被控對象的輸入端，采集復(fù)合被控對象的轉(zhuǎn)速ω!?和電角度Θ、混合動力車BSG反電動勢信號ea、eb、e。,復(fù)合被控對象的輸入電流信號ia、ib、i。，以及電流擾動信號Λ iq ;
[0017]步驟4，對上述信號進(jìn)行歸一化處理，組成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集Ua，ib，i。，ea, eb,ec, θ，ω , AiJ ;其中，歸一化處理公式為
【權(quán)利要求】
1.一種混合動力車帶式驅(qū)動啟動發(fā)電機(jī)(以下簡稱為BSG)轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器，其特征在于，包括轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器(6)和復(fù)合被控對象(2)兩部分；所述轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器(6)控制所述復(fù)合被控對象(2)，所述轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器(6)包括PI調(diào)節(jié)器(5)、擴(kuò)展逆變器控制模塊(I)和電流補(bǔ)償模塊(4)，所述復(fù)合被控對象(2)包括混合動力車BSG (21)、光電編碼盤(22)、以及轉(zhuǎn)速與電角度計算模塊(3)； 所述擴(kuò)展逆變器控制模塊(I)串聯(lián)在復(fù)合被控對象(2)之前，用以實現(xiàn)對系統(tǒng)動態(tài)特性進(jìn)行開環(huán)控制，所述混合動力車BSG (21)與光電編碼盤(22)同軸相連，所述光電編碼盤(22)同所述轉(zhuǎn)速與電角度計算模塊(3)相連；所述光電編碼盤(22)輸出的A、B、Z三路脈沖信號作為轉(zhuǎn)速與電角度計算模塊(3)的輸入信號，所述轉(zhuǎn)速與電角度計算模塊(3)的輸出信號分別為電角度Θ和轉(zhuǎn)速信號; 所述電流補(bǔ)償模塊⑷由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)(41)成，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(41)由八個輸入節(jié)點、一個輸出節(jié)點組成，用于系統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)控制；所述電流補(bǔ)償模塊(4)的輸入端共八路信號，依次分別為復(fù)合被控對象⑵的輸入電流信號ia、ib、i。，復(fù)合被控對象⑵的輸出轉(zhuǎn)速和電角度Θ信號，以及混合動力車BSG(21)的反電動勢信號ea、eb、e。；所述電流補(bǔ)償模塊(4)輸出端為電流擾動信號Λ iq ； 所述PI調(diào)節(jié)器(5)的輸入端為 復(fù)合被控對象(2)的實際輸出轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速參考信號^丨比較得出的誤差ε，所述PI調(diào)節(jié)器(5)的輸出端為電流控制參考信號(，將所述電流控制參考信號和所述電流擾動信號Λ iq進(jìn)行比較的差值^ =( 作為擴(kuò)展逆變器控制模塊(I)的第一個輸入，擴(kuò)展逆變器控制模塊(I)的第二個輸入為恒值id = O，擴(kuò)展逆變器控制模塊(I)的第三個輸入是復(fù)合被控對象(2)的輸出電角度Θ信號；所述擴(kuò)展逆變器控制模塊(I)的輸出信號為ia、ib、i。。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合動力車BSG轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器，其特征在于，所述擴(kuò)展逆變器控制模塊(I)由Park逆變換器(ll)、Clark逆變換器(12)、CRPWM逆變器(13)串聯(lián)而成；用于將輸入為電流控制信號i,轉(zhuǎn)換成輸出三相控制電流信號ia、ib、i。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合動力車BSG轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速與電角度計算模塊(3)由機(jī)械旋轉(zhuǎn)角度計算模塊(31)、電角度計算模塊(32)與轉(zhuǎn)速計算模塊(33)組合而成；其中機(jī)械旋轉(zhuǎn)角度計算模塊(31)用于將光電編碼盤(22)輸出的三路脈沖信號A、B、Z轉(zhuǎn)換為機(jī)械旋轉(zhuǎn)角度Θ m，所述機(jī)械旋轉(zhuǎn)角度Θ m作為電角度計算模塊(32)與轉(zhuǎn)速計算模塊(33)的輸入信號，所述電角度計算模塊(32)與所述轉(zhuǎn)速計算模塊(33)相并聯(lián)。
4.一種混合動力車BSG轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器的構(gòu)造方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，首先將混合動力車BSG (21)、光電編碼盤(22)、以及轉(zhuǎn)速與電角度計算模塊(3)相連接構(gòu)成復(fù)合被控對象(2)，此時，復(fù)合被控對象(2)就等效成輸入信號為三相控制電流信號ia、ib、i。，輸出信號分別為電角度θ和轉(zhuǎn)速信號的簡化被控對象，然后將Park逆變換器(ll)、Clark逆變換器(12)、CRPWM逆變器(13)串聯(lián)構(gòu)成擴(kuò)展逆變器控制模塊(1)，并將擴(kuò)展逆變器控制模塊(I)串聯(lián)在復(fù)合被控對象(2)之前，實現(xiàn)對系統(tǒng)動態(tài)特性的開環(huán)控制； 步驟2，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(41)去構(gòu)建電流補(bǔ)償模塊(4)，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(41)由采用四層結(jié)構(gòu)，其中輸入層為八個輸入節(jié)點、輸出層為一個輸出節(jié)點，隱含層選為兩層結(jié)構(gòu)，兩個隱含層的節(jié)點數(shù)的確定方法為:首先選取兩個隱含層的節(jié)點數(shù)都為10，然后采用逐步增長法和逐步修剪法，通過試驗逐步添加和刪除各隱含層的節(jié)點個數(shù)，最后得到2層隱含層的節(jié)點數(shù)分別為12和6 ; 步驟3，將階躍激勵信號{ia，ib，i。}加到復(fù)合被控對象(2)的輸入端，采集復(fù)合被控對象⑵的轉(zhuǎn)速《r和電角度Θ、混合動力車BSG(21)反電動勢信號ea、eb、e。，復(fù)合被控對象(2)的輸入電流信號ia、ib、i。，以及電流擾動信號Λ iq ； 步驟4，對上述信號進(jìn)行歸一化處理，組成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集{ia，ib，i。，ea, eb, ec,θ , ωr, AiJ ;其中，歸一化處理公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種混合動力車BSG轉(zhuǎn)矩波動補(bǔ)償控制器的構(gòu)造方法，其特征在于，所述步驟5的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(41)需要經(jīng)過500次訓(xùn)練，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(41)輸出均方誤差小于0.001時，才滿足要求，從而確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(41)的各個權(quán)系數(shù)。
【文檔編號】H02P9/00GK103997266SQ201410232599
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】陳龍, 孫曉東, 江浩斌, 陳建鋒, 汪若塵, 徐興, 李可 申請人:江蘇大學(xué)