[發明專利]基于車輛工況因素的高穩定低功耗飛輪電池磁懸浮支承控制系統

在審

• 申請號: 202210809551.7
• 申請日: 2022-07-11
• 公開（公告）號: CN115199645A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 張維煜;王駿騰;郭恒;顧玉俊;奚柯楠;王振;朱熀秋
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04;G06N3/04;G06N3/08;G06N3/12;G06N5/04;G06N7/04
• 代理公司: 南京智造力知識產權代理有限公司 32382
• 代理人: 張明明

本發明提供一種基于車輛工況因素的高穩定低功耗磁懸浮控制系統，位置傳感器檢測飛輪轉子質心沿坐標軸的位移量以及飛輪轉子繞坐標軸的偏轉角度，零功耗控制模塊由位移量和偏轉角度得到飛輪轉子在平衡位置的位移/偏轉角度調節量，BP神經網絡模塊根據位移量和偏轉角度、徑/軸向控制電流，得到位移/偏轉角度預測量以及伸縮因子，位移/偏轉角度預測量分別與位移/偏轉角度調節量線性相加，得到調節量，車輛工況處理模塊根據伸縮因子和調節量，獲取行駛工況和行駛路況的控制電流，并經過轉換，輸出控制五自由度車載磁懸浮飛輪電池系統的三相電流。本發明同時兼顧飛輪電池磁懸浮支承系統的高穩定性與低能耗。

技術領域

本發明屬于車載磁懸浮飛輪電池的控制技術領域，具體涉及一種基于車輛工況因素的高穩定低功耗磁懸浮控制系統。

背景技術

磁懸浮軸承利用磁力讓轉子懸浮在空間中與定子沒有了機械接觸，從而大大降低了機械損耗并極大地提高了轉子轉速；飛輪電池作為一種利用物理方式儲能的新型裝置，具有能量轉換效率高、儲能密度大等特點。因此結合二者優點將兩大技術用于電動汽車中，可明顯提高汽車的能源利用率。值得注意的是在磁懸浮軸承組成的飛輪電池磁懸浮支承系統中，其控制系統對外界影響因素處理的快慢將直接影響飛輪電池系統穩定與否。

由于飛輪電池系統受車輛如加減速、制動、上下坡、轉彎等工況的影響比較明顯，因此飛輪往往會造成比較頻繁的偏心，因而為了使飛輪盡快適應外界工況的影響而回到平衡位置，磁軸承的控制線圈電流會隨著車輛工況的變化發生較為頻繁的變化。且在不同的路況下，即使是同一種車輛行駛工況引起的飛輪動態性能變化也相差很大。因此，整個飛輪電池系統的穩定性會隨著外界車輛行駛工況及路況的復雜度增加而深受影響，因而迫切需要設計一種涉及車輛工況因素(車輛行駛工況和路況)的高穩定飛輪電池磁懸浮支承控制系統，以保證系統高穩定運行。目前主流的磁懸浮支承系統穩定控制策略有：PID控制、模糊控制、滑模控制、神經網絡控制等。傳統控制算法如PID控制雖然簡單易調，但難以滿足復雜控制系統實時調控的需要。滑?？刂?、神經網絡控制等智能算法雖然擁有自我調節能力以適應復雜多變的環境，但其參數設置依賴經驗且收斂速度慢也限制了應用范圍。

目前的控制系統雖然最終可以實現磁懸浮支承系統的穩定性，但并沒有考慮到在調節過程中因調控電流變化幅度大、調節周期長而引發的不穩定問題。為了改善控制系統的缺點，需要保證在各種條件下仍然有平穩、快速的控制電流輸出。一方面，需要解決復雜工況導致頻繁且多變的電流參數變化問題，亟需一套預響應機制，即建立一套應對相應工況的控制電流數據庫。通過數據庫和相應的控制算法協同處理方式，保證飛輪快速、平穩地實現穩定；另一方面，若采用單一算法，則難以適應復雜工況頻繁變化的難題，因此若通過幾種算法的有機融合，發揮各自的優點，使整個控制系統可以根據實時工況變化而進行及時的跟蹤預測、快速調節控制電流以應對各種工況擾動，實現系統的快速穩定十分必要。

此外，對于飛輪電池而言，高穩定性的保證往往會以較大的控制損耗為代價，而損耗的大小將決定整個系統的效率和性能。對于車載飛輪電池而言，待機損耗中磁軸承控制系統的支承損耗最為關鍵。因此，在控制飛輪穩定懸浮時，還要盡可能降低控制損耗，即在保證飛輪穩定性的同時需要考慮飛輪電池系統的損耗問題。目前，零功耗控制算法作為一種經典的低能耗控制算法，可以通過調整氣隙使控制電流收斂為零，從而在飛輪平穩時可以將損耗盡可能的減少。因此為了降低功耗同時又不會影響系統的穩定性，將零功耗控制算法與穩定控制策略有效結合，可以實現兼顧低功耗和高穩定性的控制效果，尤其需要解決車輛工況復雜因素引起控制電流突然性的跳變引起的損耗問題。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種基于車輛工況因素的高穩定低功耗飛輪電池磁懸浮支承控制系統，同時兼顧飛輪電池磁懸浮支承系統的高穩定性與低能耗。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

基于車輛工況因素的高穩定低功耗磁懸浮控制系統，包括：

位置傳感器，用于檢測飛輪轉子質心沿x、y、z軸的位移量以及飛輪轉子繞x軸、y軸的偏轉角度；