[發明專利]電動汽車網絡化控制系統魯棒預測控制裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 202110106904.2
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112433476B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 曹萬科;王樂成;李建威;何洪文
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G06F30/15;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 宋紅賓

本發明屬于電動汽車網絡化控制技術及系統領域，具體為電動汽車網絡化控制系統魯棒預測控制裝置及其控制方法。該裝置包括輸入模塊、決策模塊、輸出模塊，三者協同工作，可實現電動汽車網絡化系統的高性能預測控制。本發明作為一種電動汽車網絡化控制系統控制裝置，可充分補償網絡時滯對系統控制性能的不良影響，提高以低延時為主要特征的車輛預測控制裝置實時性能，增強電動汽車網絡化控制系統魯棒性，確保車輛控制穩定性，為設計高性能車輛控制器以及提升車輛運行安全提供技術方法支持。

技術領域

本發明屬于電動汽車網絡化控制技術及系統領域，具體為電動汽車網絡化控制系統魯棒預測控制裝置及其控制方法。

背景技術

近年來，得益于車載網絡技術的快速發展，電動汽車網絡化控制系統克服了傳統機械液壓結構體積大，響應慢，不易布置等缺陷，提升了控制系統的結構集成程度與控制響應速度。但車載網絡的使用將不可避免地引入信號傳輸延時，將直接影響車輛控制的系統穩定性，進而影響汽車運行安全，成為電動汽車網絡化控制技術發展的新挑戰?，F有的網絡化控制方法，如魯棒無窮控制方法，魯棒增益調度控制方法，不具備顯式處理控制問題中約束條件的能力，無法充分補償網絡延時對控制性能的不良影響，致使控制器穩定性降低，均具有一定的局限性。

模型預測控制算法以其顯示處理約束的能力在工業控制領域獲得關注，被廣泛應用在石油、航空、化工等領域。但冗余繁重的在線計算量對控制單元的計算能力提出了較高要求，增加了車輛的制造成本，同時無法滿足車輛控制的實時性要求，這些因素限制了其在電動汽車控制領域的應用。

如圖1所示，為提高車輛動力鏈的平順性和穩定性，基于線控技術和車載網絡構建了電動汽車網絡化動力鏈控制系統。其原理如下：包括輪速傳感器在內的4個傳感器采集車輛輪速等狀態信息，并通過車載網絡反饋給傳統動力鏈控制裝置，傳統動力鏈控制裝置基于反饋狀態信息計算電機轉矩控制命令，并通過車載網絡將其發送給電機控制單元，調整電機轉矩，抑制電傳動系振動，從而成為一種典型的網絡化控制系統。

如圖2所示，該網絡化動力鏈控制系統，包括動力鏈控制裝置、電機控制單元、電機輸出軸轉角傳感器節點、傳動半軸轉角傳感器節點、輪速傳感器節點、電機轉速傳感器節點，其中電機輸出軸轉角傳感器節點、傳動半軸轉角傳感器節點、輪速傳感器節點、電機轉速傳感器節點與傳統動力鏈控制裝置之間通過車載網絡相連，構成反饋通道；動力鏈控制裝置通過車載網絡又與電機控制單元相連，構成前向通道。根據網絡化控制理論，車載網絡的使用，將不可避免地引入信號延時，直接影響電動汽車動力鏈控制的實時性，導致系統扭振失穩，進而影響汽車運行安全，成為電動汽車高性能傳動技術發展的新挑戰。

針對上述挑戰，如何充分補償網絡延時對網絡化動力鏈控制系統控制性能的不良影響，增強系統魯棒性成為關鍵共性基礎技術難題。現有控制方法，如魯棒增益調度控制方法，不具備顯式處理控制問題中約束條件的能力，無法充分補償網絡延時對控制性能的不良影響，致使控制器穩定性降低，均具有一定的局限性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有網絡化控制系統控制裝置缺陷，提出一種電動汽車網絡化控制系統魯棒預測控制裝置及其控制方法，基于魯棒預測控制方法，可顯式處理約束，充分補償網絡延時對控制系統的不良影響，同時離線設計方案可滿足車輛控制的實時性要求。總之，本發明可增強電動汽車網絡化控制系統魯棒性，確保車輛控制穩定性，為提升車輛運行安全提供技術方法支持。

本發明設計了一種電動汽車網絡化控制系統魯棒預測控制裝置。該裝置包括輸入模塊、決策模塊、輸出模塊；所述的輸入模塊、決策模塊、輸出模塊依次相連并且三者協同工作；

其中：

輸入模塊接收來自車載網絡傳感器節點的實際輸入量，根據系統穩態模型得出系統穩態輸入量與穩態控制量，并將傳感器實際輸入量與系統穩態輸入量之差以及系統穩態控制量輸出到決策模塊；