CN109398109A - 一种轮毂驱动车辆驱动***反馈补偿控制结构及方法 - Google Patents

一种轮毂驱动车辆驱动***反馈补偿控制结构及方法 Download PDF

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张学义
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Abstract

本发明公开了一种轮毂驱动车辆驱动***反馈补偿控制结构及方法，该结构主要包括：驾驶员驾驶需求信号模块、整车行驶状态信号模块、道路条件与周围环境信号模块、轮毂驱动车辆整车控制器、轮毂电机控制器、神经网络反馈在线补偿控制模块及轮毂电机；神经网络反馈在线补偿模块主要包括：PID控制器、神经网络反馈控制器、轮毂电机观测模型、神经网络辨识模块。此结构可以实时对轮毂电机参数进行准确的辨识，对轮毂驱动***进行补偿控制，提高驱动***控制器的性能，还可以通过神经网络反馈控制器在实时控制过程中基于PID的控制输出作进一步学习，以补偿参数辨识模型的建模误差而产生一个反馈补偿控制量，获得较高的控制精度。

Description

一种轮毂驱动车辆驱动***反馈补偿控制结构及方法
技术领域
本发明涉及一种电动汽车驱动***控制方法，尤其涉及一种轮毂驱动车辆驱动***反馈补偿控制结构及方法。
背景技术
汽车已经从最初的代步工具发展到成为代表时代革新技术的一种文化产物。尤其是在现下，全球能源稀缺、环境污染等问题非常严重，各个国家都在致力于电动汽车关键技术的开发。轮毂电机技术是一种电机集成技术。在有限的空间内，将动力、制动、传动装置整合在一起，工作环境比较恶劣，散热条件较差，电机的工作温度会很高，温度对电机内部定转子、绕组以及永磁体的电导率、磁导率有很大影响，d-q轴电感值会因不同运行条件下电流变化所引起的不同程度磁饱和而发生变化，这些参数的变化将导致电流控制器参数与实际运行条件不匹配，导致***性能明显下降。
基于此，本发明提出一种轮毂驱动车辆驱动***反馈补偿控制结构及方法，其不仅可以实时对轮毂电机参数进行准确的辨识，对轮毂驱动***进行补偿控制，提高驱动***控制器的性能，还可以通过神经网络反馈控制器在实时控制过程中基于PID的控制输出作进一步学习，以补偿参数辨识模型的建模误差而产生一个反馈补偿控制量。
发明内容
本发明的主要目的主要是针对目前存在的轮毂驱动车辆驱动***控制精度不高的问题，提出了一种带有反馈补偿和在线辨识的轮毂驱动车辆驱动***控制结构和方法，利用其对轮毂驱动***进行控制，可以获得较高的精度。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
本发明的控制结构主要包括：驾驶员驾驶需求信号模块、整车行驶状态信号模块、道路条件与周围环境信号模块、轮毂驱动车辆整车控制器TCU、轮毂电机控制器、神经网络反馈在线补偿控制模块及轮毂电机；其中神经网络反馈在线补偿模块主要包括：PID控制器、神经网络反馈控制器、轮毂电机观测模型、神经网络辨识模块。
所述驾驶员驾驶需求信号模块、整车行驶状态信号模块、道路条件与周围环境信号模块实时采集各类信息，并传递给轮毂驱动车辆整车控制器；所述轮毂驱动车辆整车控制器根据实时采集到的各类信号，进行分析，并计算出满足驾驶需求所需提供给轮毂电机的电流和电压，同时将各轮毂电机需求电流、电压指令传递给各轮毂电机控制器；所述轮毂电机控制器在接收到轮毂驱动车辆整车控制器的指令后，根据各自的控制规则给各轮毂电机提供所需电流和电压；所述各轮毂电机控制器发出的电流和电压信号输出给神经网络在线补偿控制模块，与各轮毂电机反馈过来的实际输出的电流和电压信号进行偏差分析，并通过PID控制器对其进行修正，同时电流和电压信号通过神经网络反馈控制器在实时控制过程中基于PID控制器的控制输出作进一步学习，以补偿参数辨识模型的建模误差而产生一个反馈补偿控制量，经过补偿的电流和电压信号则输出给各轮毂电机驱动运行，经过补偿的电流和电压信号同时传递到轮毂电机观测模块；所述轮毂电机观测模块则根据神经网络辨识模块辨识出的参数及经过神经网络反馈控制器补偿的电流和电压信号计算出轮毂电机实际参数下应输入的参考电流和电压信号；所述神经网络辨识模块则根据实时采集到的轮毂电机的电流电压信号和轮毂电机观测模型输出的参考电流电压信号的差值，利用一定的辨识方法对轮毂电机参数进行实时在线辨识，并将辨识结果反馈给轮毂电机观测模型。所述各轮毂电机实际的电流和电压信号则被实时反馈给神经网络反馈在线补偿控制模块，用于信号的修正。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明考虑了轮毂驱动***运行过程中温度对电机内部定转子、绕组以及永磁体的电导率、磁导率、d-q轴电感值等参数的影响，在轮毂电机电流和电压控制模块设置了神经网络辨识模块，对参数进行实时在线辨识，提高了***的控制精度及驱动***性能。
(2)本发明的反馈补偿控制结构中采用PID控制与神经网络反馈控制器结合的方法。在PID控制器对电流电压值进行修正的基础上，神经网络反馈控制器根据误差与PID控制器输出的电流电压值进一步优化，减小误差并补偿电流电压值，使电机能更稳定的运转。
(3)本发明的反馈控制模块与参数辨识模块均采用了神经网络法，增加了环境适用性的同时，继承了其并行计算特点，能够快速实现大量复杂的控制，且具有较强的容错性。
附图说明
图1为轮毂驱动车辆驱动***控制结构
图2为反馈补偿控制模块结构
图中：1-1.驾驶员驾驶需求；1-2.整车行驶状态；1-3.道路条件与周围环境；2.轮毂驱动车辆整车控制器；3-1.轮毂电机控制器1；3-2.轮毂电机控制器2；3-n.轮毂电机控制器n；4-1、4-2、4-n.神经网络反馈在线补偿控制模块；4-1-1.sum模块；4-1-2.神经网络反馈控制器；4-1-3.PID控制器；4-1-4.sum模块；4-1-5；轮毂电机n；4-1-6.轮毂电机观测模型；4-1-7.sum模块；4-1-8.神经网络辨识模块；5-1.轮毂电机1；5-2.轮毂电机2；5-n.轮毂电机n。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示的轮毂驱动车辆驱动***控制结构，主要包括：驾驶员驾驶需求信号模块1-1、整车行驶状态信号模块1-2、道路条件与周围环境信号模块1-3、轮毂驱动车辆整车控制器2、轮毂电机控制器3、神经网络反馈在线补偿控制模块4、轮毂电机5。如图2所示的反馈补偿控制模块结构，神经网络反馈在线补偿模块4主要包括：SUM模块4-1-1、4-1-4和4-1-7、神经网络反馈控制器4-1-2、PID控制器4-1-3、轮毂电机观测模型4-1-6、神经网络辨识模块4-1-8。
(1)所述驾驶员驾驶需求信号模块1-1、整车行驶状态信号模块1-2、道路条件与周围环境信号模块1-3实时采集驾驶员需求信息、整车行驶运动学和动力学相关信息、道路条件与周围环境相关信息，并传递给轮毂驱动车辆整车控制器2；
(2)所述轮毂驱动车辆整车控制器2根据实时采集到的各类信号，进行分析，并计算出满足驾驶需求所需提供给轮毂电机的电流i和电压u，同时将各轮毂电机5-n的需求电流、电压指令传递给各轮毂电机控制器3-n；
(3)所述轮毂电机控制器3-n在接收到轮毂驱动车辆整车控制器2的指令后，根据各自的控制规则给各轮毂电机5-n提供需求电流iref和电压uref；
(4)所述各轮毂电机控制器3-n将轮毂电机5-n的需求电流iref和电压uref信号输出给神经网络在线补偿控制模块4-n，与各轮毂电机5-n反馈过来的实际输出的电流if和电压uf进行偏差分析，并通过PID控制器4-n-3对其进行修正，同时经修正后的电流i’和电压u’通过神经网络反馈控制器4-n-2在实时控制过程中基于PID控制器的控制输出作进一步学习，以补偿参数辨识模型的建模误差而产生一个反馈补偿控制量电流△i’和电压△u’，经过补偿的电电流i”和电压u”信号则输出给轮毂电机5-n驱动运行，经过补偿的电流i”和电压u”信号同时传递到轮毂电机观测模型4-n-6；
(5)所述轮毂电机观测模型4-n-6则根据神经网络辨识模块4-n-8辨识出的轮毂电机5-n的参数经过神经网络反馈控制器4-n-2补偿的电流i”和电压u”信号计算出轮毂电机5-n实际参数下应输入的参考电流im *和电压um *；
(6)所述神经网络辨识模块4-n-8则根据实时采集到的轮毂电机的电流i*和电压u*信号和轮毂电机观测模型输出的参考电流im *和电压um *信号的差值，利用一定的辨识方法对轮毂电机5-n参数进行实时在线辨识，并将辨识结果反馈给轮毂电机观测模型4-n-6。
(7)所述各轮毂电机实际的电流i*和电压u*信号则被实时反馈给神经网络反馈在线补偿控制模块4-n中的SUM模块4-n-1，用于信号的修正。

Claims (3)

1.本发明公开了一种轮毂驱动车辆驱动***反馈补偿控制结构及方法，本发明的控制结构主要包括：驾驶员驾驶需求信号模块、整车行驶状态信号模块、道路条件与周围环境信号模块、轮毂驱动车辆整车控制器、轮毂电机控制器、神经网络反馈在线补偿控制模块及轮毂电机；所述神经网络反馈在线补偿模块主要包括：PID控制器、神经网络反馈控制器、轮毂电机观测模型、神经网络辨识模块。
所述驾驶员驾驶需求信号模块、整车行驶状态信号模块、道路条件与周围环境信号模块实时采集各类信息，并传递给轮毂驱动车辆整车控制器；所述轮毂驱动车辆整车控制器根据实时采集到的各类信号，进行分析，并计算出满足驾驶需求所需提供给轮毂电机的电流和电压，同时将各轮毂电机需求电流、电压指令传递给各轮毂电机控制器；所述轮毂电机控制器在接收到轮毂驱动车辆整车控制器的指令后，根据各自的控制规则给各轮毂电机提供所需电流和电压；所述各轮毂电机控制器发出的电流和电压信号输出给神经网络在线补偿控制模块，与各轮毂电机反馈过来的实际输出的电流和电压信号进行偏差分析，并通过PID控制器对其进行修正，同时电流和电压信号通过神经网络反馈控制器在实时控制过程中基于PID控制器的控制输出作进一步学习，以补偿参数辨识模型的建模误差而产生一个反馈补偿控制量，经过补偿的电流和电压信号则输出给各轮毂电机驱动运行，经过补偿的电流和电压信号同时传递到轮毂电机观测模块；所述轮毂电机观测模块则根据神经网络辨识模块辨识出的参数及经过神经网络反馈控制器补偿的电流和电压信号计算出轮毂电机实际参数下应输入的参考电流和电压信号；所述神经网络辨识模块则根据实时采集到的轮毂电机的电流电压信号和轮毂电机观测模型输出的参考电流电压信号的差值，利用一定的辨识方法对轮毂电机参数进行实时在线辨识，并将辨识结果反馈给轮毂电机观测模型。所述各轮毂电机实际的电流和电压信号则被实时反馈给神经网络反馈在线补偿控制模块，用于信号的修正。
2.根据权利要求1所述的一种轮毂驱动车辆驱动***反馈补偿控制结构及方法，其特征在于：所述的神经网络反馈控制器和神经网络辨识模块的具体算法可以为BP神经网络、反馈神经网络算法等。
3.根据权利要求1所述的一种轮毂驱动车辆驱动***反馈补偿控制结构及方法，其特征在于：所述的轮毂电机的类型可以是为永磁同步、永磁直流、交流感应等励磁方式的电机；轮毂电机的个数可以根据车辆底盘结构进行确定。
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