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1、文章来自中国技师网，文章所含图片全在站内,敬请大家预览。（如果好，请给予我评价，谢谢！)基于模糊PI控制策略的电动汽车无离合器两挡变速控制 摘要针对电动汽车低速大转矩的要求，提出了一种无离合器两挡变速电动汽车PM驱动控制方案,即基于转速模糊PI参数自整定的PSM矢量控制系统，以期改善电动汽车高低速控制性能。仿真与实验结果表明，该系统克服了PS矢量控制系统传统转速PI控制中存在的超调量大、响应速度慢等缺点,通过转速跟踪实现电动汽车无离合器的换挡，提高了电动汽车在各种路况下的实用性。关键词：电动汽车;两挡变速控制;矢量控制;模糊PI控制;参数自整定Ctchles o-peSht ontrol f
2、Eletric Vehls Based nFuzyPI ontrol Stratg stat Inviwo thlow-pd an ightrque equirments electiveicle， a PSM driv control cheme propodfr utchlstw-peed eetic vhcl, i. e. te PMSM vecto ontrol st based on fuzyI peed ontolwith prametr self-uning. The relts f simain and xeiment show tht he systemorcomesth d
3、isadvange o lr overoot d lo responsin aitioasedPIconrol, and reaizes the ctchls gear shiftin ofeectri vhicles byspedtracking,and ence mprves the applicbilitof ectc vehie on varos road contios eywds: ecrcehcles;two-spee hiftcontrol;vecto contro; fuyI ontro； paraeter eltunng前言 电机驱动系统作为电动汽车的核心技术之一，其控制水
4、平直接影响到电动汽车总体技术水平,如何提高电机驱动系统的性能已成为国内外学者的研究热点。电动汽车永磁同步电动机（ permanent mgnetynchonootor，PMSM)矢量控制系统包括内环的转矩控制和外环的转速控制,从电机的动态响应性能来看，外环的转速控制比内环的转矩控制困难。一般转速的控制方法有：()传统I控制,这种方法比其它方法容易实现，适用于电机的响应性能要求不高的场合;（2)模糊智能控制5-6,这种控制方法的电机响应性能在一定程度上优于传统P控制；(3)智能控制和传统P控制相结合的方法，文献7和文献8中根据转速误差分别采用不同的控制方法,当转速误差绝对值小于某一值时使用模糊控
5、制,当它大于该值后采用传统I控制；文献中先根据转速误差对参考转速值进行预补偿调整，然后再进行传统转速PI调节；文献10和文献11中使用模糊PI参数自整定智能控制方法，根据不同的转速误差及其变化率,适当调整PI参数,使电机运行时获得更好的动态响应性能。为实现电动汽车低速起步（大转矩输出）和高速运行之间的快速切换,本文中设计一种基于模糊P参数自整定无离合器两挡变速控制器，并给出了仿真和实验结果。 基于转速模糊I控制的MS矢量控制原理 基于转速模糊PI调节的PMSM矢量控制系统框图如图1所示。矢量控制的基本思想是在磁场定向坐标上对电机定子电流值采样后经过坐标变换将电流矢量分解为产生磁通的励磁电流和产
6、生转矩的转矩电流,并使两个分量互相垂直，彼此独立,然后分别进行调节。 PMSM控制系统采取转速外环、转矩内环双闭环控制策略。内环d给定值为零，q采用I控制，其作用在于提高系统的快速性、抑制转矩环内的干扰、限制最大电流，以保证安全、可靠地运行。转速外环采用基于模糊推理参数自整定的I控制,该方案既具有模糊控制灵活、控制精度高和适应性强等优点，又具有传统PI控制的广泛适用性特点。由于系统的调速性能主要由外环决定,转速外环不但可抑制外部干扰,还可弥补内环扰动,从整体上提高系统的调速性能。因此转速外环控制的设计是整个控制方案的重点。 假设PMSM具有正弦波反电势、磁路线性且不考虑磁路饱和，忽略电机中的涡
7、流损耗与磁滞损耗，定子三相电流产生的合成磁势和永磁转于磁通在空间正弦分布,则PMS在转子同步旋转d-q轴系下的数学模型如下。 定子绕组电压方程：定子绕组磁链方程:2 电动汽车两挡变速控制2. 电动汽车两挡变速结构 两挡变速电动汽车由PMSM带动前轮驱动,72V直流蓄电池经逆变后给PMM提供三相变频交流电,同时经DC/DC开关电源给PMM控制器供电。传统变速器少不了离合器及其踏板等装置。固定速比的减速器难以满足电动汽车高速低转矩和起步时大转矩的输出要求。综合以上两点，本设计采用无离合器线控行星变速器结构,如图2所示。 该变速器可实现电动汽车驾驶操作的简便性，克服采用固定速比减速器的弊端,保证了整
8、车的纵向驱动舒适性。2两挡变速控制变速器分为3个挡位：1挡(低速挡)、空挡和2挡(高速挡)，l挡、挡时MSM轴与变速器输出轴之间的速比分别为14 69:1和4.176：l。1挡和2挡之间的转换须经空挡过渡。电动汽车的挡位信息由图中的位移传感器获得。挡、挡时PMM运行在转矩控制方式,空挡时PMSM运行在转速外环和转矩内环控制且通过检测车速控制电动汽车换挡时所需的电机转速。为了在短时间内实现换挡,按照挡和2挡传动比的关系可知,从l挡切换到挡PMSM的转速须快速降低,从挡切换到l挡PMSM的转速须快速升高。根据变速器的结构，当MM轴与接合套将要啮合的齿轮之间的转速差在200r/in以内时，电动汽车则
9、可进行顺利换挡,这为控制器的设计带来一定的便利。电动汽车行驶过程中换挡控制流程如图3所示。转速模糊PI控制器3.1转速模糊PI控制器的结构 当电动汽车经过空挡而换挡时，PMSM转速控制(外环)采用模糊PI参数自整定控制的方法，与转矩控制(内环）相结合，快速调整转速使之与换挡后的车速相匹配。基于转速模糊PI参数自整定控制系统结构如图4所示。 模糊I参数自整定控制器以转速误差e、转速误差变化率c为输入量。根据e、c,利用模糊控制规则进行模糊推理,由模糊控制器输出I控制器的比例与积分参数的增量kp、kl,从而修正PI控制器的比例与积分参数p、Kl,以满足不同转速误差和转速误差变化率对PI拴制器参数的
10、不同要求,使系统具有更好的动态调速性能。3.2模糊变量论域 模糊控制器输入量e和e均采用三角形隶属函数，其论域范围设为 -6，6。在其论域上取个模糊子集：B、NM、NS、PS、PM、P。e和ec的隶属度函数如图5所示。 模糊控制器输出量kp、l同样采用三角形隶属函数，其论域范围也是 6，6，在其论域上取个模鞭子集:NB、M、NS、PS、P、B。.3量化因子和比例因子 模糊控制器的输入量、ec和输出量p、Kl都是连续变化的精确量，所以先进行离散化处理。若精确量的实际变化范围为x,x,模糊子集的论域为n,n,则输入量的量化因子Ke= nx、Kcnx，输出量的比例因子Kp =x/n,、Kl/n,。
11、仿真和实验中给定的转速nrf为1 500r/min，为便于处理，对给定转速和反馈转速都先除以100，即误差控制在1,内。设误差e允许的范围为5%内，e0. 0,0.05，则误差e的量化因子e=6/05 120；设误差变化率e的允许范围为ec-2,2，则误差变化率c的量化因子ec6/2=;设p,l的调整范围为不大于kp、kl初始值的5(kp=5、kl0. 0)，则kP=-. 2,025、k= -0.0，.001,比例系数=0.256=1/24、K=. 016 /6 000。3.4模糊控制规则 模糊控制规则是模糊P参数自整定控制器设计的重点。从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等方面来考虑,
12、Kp、l的作用如下。 ()比例系数七，的作用是加快系统的响应速度,提高系统的调节精度，七,越大,系统响应速度越快，调节精度越高,但易产生超调。后,取值过小则会降低调节精度，使得响应速度缓慢,从而延长调节时间。 （2)积分系数k的作用是消除系统的稳态误差,南,越大，系统的稳态误差消除越快，但过大的kl则会在响应的初期产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调。l过小又会使静态误差难以消除,影响系统的调节精度。根据实践经验,采用Mmdan推理方法和加权平均法去模糊化，建立p与kl的自整定规则，见表1和表。4仿真与实验研究.1仿真结果与分析 为验证所设计系统的控制性能，在Matab/iulin环境
13、下进行仿真。PS的参数为:定子电阻s =00125,交轴电感Lp=0.13H,直轴电感乙=0 0113H，转子磁链r=25Wb,极对数n=4，额定转矩Te=40Nm，转动惯量0 0 104 6kg.m。本文中设计的转速模糊I参数自整定控制器模块如图6所示。 设定电机给定负载为额定转矩40m，仿真时间为. ，分别对以下两种工况进行仿真: ()给定初始转速为100r/mn,0.5s时突变力1 00in； (2)给定初始转速为1 00min，0.5s时突变为1l00rmin。 仿真结果表明,与转速传统PI控制相比，采用转速模糊PI参数自整定控制的PM矢量控制系统具有响应速度快、超调量小等特点，增强了
14、PM转速调节能力，有利于电动汽车无离合器换挡变速。4.实验结果与分析 为验证采用转速模糊PI控制性能的优越性，设计了以PIC0F601A为主控芯片的MSM矢量控制系统实验平台，逆变部分智能功率PM采用M200A060模块，MSM转子位置信息通过旋变解码芯片AU6802N1检测转换得到。DSP通过在线调试器ICD2的USB接口与连接,在P端的MLAB集成开发环境下观察相应实验曲线。 实验过程中，电动汽车前驱动轮悬空，PMM运行时相当于空载。实验验证分为以下两个部分:(1)电动汽车稳定运行在1挡（PMSM低速）一段时间后向2挡（PMS高速）切换并稳定运行一段时间;(2）电动汽车稳定运行在2挡一段时间后向1挡切换并稳定运行一段时间,同时对采用两种不同转速I控制方法进行相同的换挡实验。 两种控制策略的PSM转速实验曲线如图7和图8所示，换挡实验时,电动汽车停留在空挡时间较短,由于阻力的存在车速下降，同时MSM转速跟踪车速后也下降,图7和图8中凹下的部分代表电动汽车运行在空挡。通过两种控制策略转速曲线对比
