[發明專利]基于工況的車載飛輪電池徑向懸浮支承系統的控制方法

有效

• 申請號: 201810360457.1
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108984815B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 張維煜;程玲;王健萍;朱鵬飛;楊恒坤
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06K9/62;G06N5/04;G05B13/04
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本發明公開了基于工況的車載飛輪電池徑向懸浮支承系統的控制方法，1以磁軸承系統為被控對象，利用動態試驗和動力學仿真建立飛輪電池不同工況下磁軸承系統的轉子動力學模型和系統狀態方程；2將磁軸承系統輸出x與目標氣隙x^*作差得到氣隙誤差e_x，基于氣隙誤差e_x以及動力學模型和狀態方程設計滑模切換面以及包含等效控制和切換控制的滑?？刂破?，并得到滑?？刂埔幝?；3將模糊控制和RBF神經網絡結合形成模糊RBF神經網絡，利用模糊RBF神經網絡調節切換控制的等速增益ε和指數增益k；4增加電流控制器，將模糊滑?？刂破鞯妮敵鲛D換為電流內環給定電流值，控制斬波器來調節磁浮軸承系統控制電流大小，改善電流的瞬態響應速率，斬波器輸出磁軸承系統的控制電流Δi。

技術領域

本發明屬于電力傳動控制設備的技術領域，具體是一種基于工況的車載飛輪電池徑向懸浮支承系統模糊神經網絡動態滑模控制方法。

背景技術

飛輪電池系統是一種機電能量轉換的儲能裝置，具有儲能密度高、適應性強、應用范圍廣、效率高、無污染等優點，它為解決目前日益關注的新能源汽車動力電池存儲問題提供了新途徑。由于飛輪系統中的轉子需要進行高速旋轉得以儲能，因此對支承系統的要求非常苛刻，它除了要承受飛輪轉子的重量外，還要考慮飛輪的陀螺效應力、離心力等其他因素。因為機械軸承支承剛度大，軸承位置固定，當出現上述作用力的影響時，不易于調整，長期會造成連接軸的斷裂，而磁軸承剛度較低，可以實現轉子的高速運行，具有無摩擦、壽命長等優點，因此磁懸浮軸承作為飛輪電池的支承系統的主要軸承有廣泛的應用。

將磁懸浮飛輪電池應用于新能源汽車上，此時磁懸浮飛輪電池具有很復雜的工況，即汽車不同的行駛狀態引起的汽車各項振動，都將在飛輪電池轉子上產生動態負荷，對磁懸浮飛輪電池轉子的穩定性運行產生影響，此時傳統的穩態模型已經不適用于實際情況，本發明將不同工況下的汽車行駛狀態考慮進飛輪電池徑向懸浮支承系統的動力學分析與建模中，為實現磁懸浮飛輪電池高穩定性控制奠定基礎，并且復雜的工況對飛輪電池徑向懸浮支承系統的控制提出了更高的要求，本發明采用動態滑?？刂破鳎c常規的PID控制器和滑?？刂破飨啾龋瑒討B滑模控制器響應速度快、魯棒性能好、跟蹤精度高，動態滑模控制器能夠使飛輪電池轉子在各種壞境及不同工況下穩定懸浮，但在系統狀態達到滑模面后會產生劇烈的抖振現象，為此提出了一種模糊RBF神經網絡控制器對滑?？刂破鞯那袚Q函數進行增益調控，模糊RBF神經網絡在一定條件下可以任意精度逼近非線性函數，且具有較強的自組織能力而且能很好地對規則性的知識進行處理，故采用模糊RBF神經網絡控制器對滑模控制器的切換函數進行增益調控一定程度上能消除滑模控制的抖振問題。

發明內容

本發明針對車載飛輪電池徑向懸浮支承系統，提出一種基于工況的模糊神經網絡動態滑?？刂品椒ǎ鉀Q了在飛輪電池轉子旋轉以及不同工況下負載突變所帶來的擾動導致系統失控問題，并且使車載飛輪電池徑向懸浮支承系統保證魯棒性和抗干擾性的同時，克服了執行機構的抖振問題，有效提高了車載飛輪電池徑向懸浮支承系統的各項控制目標。采用如下技術方案：

基于工況的車載飛輪電池徑向懸浮支承系統的控制方法，包括如下步驟：

步驟1，以磁軸承系統為被控對象，利用樣機的動態試驗和ADAMS動力學仿真建立飛輪電池不同工況下的磁軸承系統的轉子動力學模型和系統的狀態方程；

步驟2，將磁軸承系統輸出x與目標氣隙x^*作差，得到氣隙誤差e_x，基于氣隙誤差e_x以及磁軸承系統的動力學模型和磁軸承系統的狀態方程，設計滑模切換面以及包含等效控制和切換控制的滑?？刂破?，并在此基礎上得到滑模控制的控制規律；

步驟3，將模糊控制和RBF神經網絡相結合形成模糊RBF神經網絡，對RBF神經網絡參數進行學習，利用模糊RBF神經網絡調節切換控制的等速增益ε和指數增益k；