[發(fā)明專利]基于工況的車載飛輪電池徑向懸浮支承系統(tǒng)的控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810360457.1
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108984815B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張維煜;程玲;王健萍;朱鵬飛;楊恒坤
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06K9/62;G06N5/04;G05B13/04
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1.基于工況的車載飛輪電池徑向懸浮支承系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，以磁軸承系統(tǒng)為被控對象，利用樣機的動態(tài)試驗和ADAMS動力學(xué)仿真建立飛輪電池不同工況下的磁軸承系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型和系統(tǒng)的狀態(tài)方程；

步驟2，將磁軸承系統(tǒng)輸出x與目標(biāo)氣隙x^*作差，得到氣隙誤差e_x，基于氣隙誤差e_x以及磁軸承系統(tǒng)的動力學(xué)模型和磁軸承系統(tǒng)的狀態(tài)方程，設(shè)計滑模切換面以及包含等效控制和切換控制的滑模控制器，并在此基礎(chǔ)上得到滑模控制的控制規(guī)律；

步驟3，將模糊控制和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合形成模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行學(xué)習(xí)，利用模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)切換控制的等速增益ε和指數(shù)增益k；

所述步驟3的具體實現(xiàn)包括：

步驟3.1，模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計：將模糊系統(tǒng)和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來形成RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包含前件網(wǎng)絡(luò)和后件網(wǎng)絡(luò)；

步驟3.2，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)學(xué)習(xí)算法：對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基寬向量b、節(jié)點中心向量c和輸出權(quán)值ω進行學(xué)習(xí)，節(jié)點中心向量c采用K-均值聚類方法，基寬向量b根據(jù)所確定的節(jié)點中心尋找最大距離來確定，輸出權(quán)值ω的學(xué)習(xí)采用最小均方算法；

步驟3.3，在模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上上設(shè)計模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器：模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計，以梯度和梯度的變化率為輸入變量，對應(yīng)結(jié)構(gòu)的輸出是滑模控制的切換控制的等速增益ε和指數(shù)增益k；

步驟3.4，利用模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)切換控制的等速增益ε和指數(shù)增益k；

步驟4，增加一個電流控制器PI，將通過模糊滑模控制器的輸出轉(zhuǎn)換為電流內(nèi)環(huán)給定電流值i₁，控制斬波器來調(diào)節(jié)磁浮軸承系統(tǒng)控制電流大小，改善電流的瞬態(tài)響應(yīng)速率，斬波器輸出磁軸承系統(tǒng)的控制電流Δi。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工況的車載飛輪電池徑向懸浮支承系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，步驟1中所述工況包括：平穩(wěn)運行、啟動和加速、剎車與減速、轉(zhuǎn)彎、爬坡、縱向振動，橫向振動和俯仰振動，所述工況由控制電流的大小來區(qū)分。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于工況的車載飛輪電池徑向懸浮支承系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟1的具體實現(xiàn)包括：

首先建立磁軸承系統(tǒng)：將開關(guān)功率放大器、飛輪電池徑向磁軸承、電渦流位移傳感器、位移接口電路模塊依次串聯(lián)作為整體組成磁軸承系統(tǒng)；磁軸承系統(tǒng)以徑向控制電流Δi為輸入，以飛輪轉(zhuǎn)子的徑向?qū)嶋H氣隙x為輸出；其中開關(guān)功率放大器的輸入是徑向控制電流Δi，輸出為兩個電流值I₀+Δi和I₀-Δi，其中電流I₀是偏置電流，兩個電流值I₀+Δi和I₀-Δi是飛輪電池徑向磁軸承的輸入，飛輪電池徑向磁軸承的輸出是徑向磁軸承初始?xì)庀秞₀，徑向磁軸承初始?xì)庀秞₀是電渦流位移傳感器的輸入，電渦流位移傳感器的輸出電壓u₀作用于位移接口電路模塊，不同工況下的外界擾動g(x,t)作用于飛輪電池徑向磁軸承，以不同工況下的外界擾動g(x,t)和位移接口電路模塊的輸出相結(jié)合，得到輸出為飛輪電池徑向磁軸承的實際氣隙x；

然后以磁軸承系統(tǒng)為被控對象，利用樣機的動態(tài)試驗和ADAMS動力學(xué)仿真建立飛輪電池不同工況下的磁軸承系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型，并將磁軸承系統(tǒng)的動力學(xué)模型進行拉普拉斯變換，得到磁軸承系統(tǒng)的狀態(tài)方程。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于工況的車載飛輪電池徑向懸浮支承系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述磁軸承系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型為：

所述磁軸承系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：

式中：m為飛輪轉(zhuǎn)子質(zhì)量，g為重力加速度，k₁為磁軸承系統(tǒng)固定系數(shù)，Δi(t)為磁軸承系統(tǒng)控制電流，x(t)為系統(tǒng)實際氣隙，為實際氣隙的一階和二階導(dǎo)數(shù)，ΔF為電磁力，k_i和k_z分別為磁軸承的徑向控制電流系數(shù)和氣隙位移系數(shù)，g(x,t)為車輛運動過程中姿態(tài)變化對飛輪轉(zhuǎn)子的干擾力。