本文選題：汽車控制 + 三步非線性方法�。� 參考：《吉林大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：汽車的節(jié)能與高效對緩解我國能源短缺與環(huán)境污染等問題起著至關(guān)重要的作用。面對能源環(huán)境問題與汽車數(shù)量高速增長之間的矛盾,世界范圍內(nèi),各國政府都在推行節(jié)能減排的政策。國務(wù)院于2015年5月提出《中國制造2025》的概念。《中國制造2025》中指出,我國應(yīng)當(dāng)大力推廣節(jié)能汽車、新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車,以推動汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型升級,其中反復(fù)提到作為核心零部件的車用電機的生產(chǎn)與控制應(yīng)當(dāng)重點推進,以提升驅(qū)動電機的自主電機研發(fā)與商品化能力,滿足我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。由于汽車新需求和新功能的不斷引入,控制器中嵌入式代碼量逐年指數(shù)型的增長,使得車用電機控制系統(tǒng)設(shè)計、標(biāo)定與驗證變得更加困難。如何在不用增加太多投入金額的前提下有效地升級更新現(xiàn)有的車用電機控制系統(tǒng)是汽車電控系統(tǒng)開發(fā)流程中亟待解決的關(guān)鍵問題�；谀Ｐ偷钠囯娍叵到y(tǒng)設(shè)計在控制算法理論研究和系統(tǒng)設(shè)計之間構(gòu)建了一個橋梁,為實現(xiàn)先進控制算法應(yīng)用到汽車系統(tǒng)中提供了一個通用的設(shè)計框架,在加深研究人員對汽車系統(tǒng)的理解的同時也為汽車工程師提供豐富的理論指導(dǎo)。車用電機作為汽車大多數(shù)執(zhí)行機構(gòu)的動力源,往往會頻繁啟停,電機的需求指令也復(fù)雜多變,這就要求車用電機始終能高精度地執(zhí)行整車控制單元的命令、同時具有較快的響應(yīng),對于驅(qū)動電機而言,需要具有低速大轉(zhuǎn)矩特性還要具有寬的調(diào)速范圍。本文結(jié)合基于模型的非線性系統(tǒng)控制理論三步非線性方法,基于輸入到狀態(tài)穩(wěn)定性理論圍繞車用永磁電機運動控制實際應(yīng)用問題展開了研究,其中包括離合器執(zhí)行機構(gòu)電機位移控制、輪邊電機低速抗擾動控制和永磁同步電機力矩控制等問題。首先,針對以滾珠絲桿作為減速機構(gòu)的電動離合器執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng),建立了一個數(shù)據(jù)機理混合的三階非線性系統(tǒng)模型,提出了電動離合器執(zhí)行機構(gòu)數(shù)據(jù)機理混合的三步非線性位移控制方法。針對系統(tǒng)模型圖表獲取帶來的模型誤差以及模型參數(shù)不確定性,從實際應(yīng)用的角度進行了魯棒性能分析,說明設(shè)計的控制器對系統(tǒng)的總和擾動具有魯棒性�？刂破髟O(shè)計分析手段可以有效降低控制器參數(shù)標(biāo)定工作量,減小開發(fā)周期和開發(fā)成本。仿真和實驗結(jié)果表明設(shè)計的控制器提高了自動離合器執(zhí)行機構(gòu)的位移跟蹤動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。然后,為了提高輪邊電機低速時速度控制精度,提出了基于齒槽轉(zhuǎn)矩觀測器的輪邊永磁直流電機三步非線性轉(zhuǎn)速跟蹤控制方法。針對輪邊電機齒槽轉(zhuǎn)矩的快變特性,建立了非線性時變參數(shù)模型,基于建立的時變參數(shù)模型,設(shè)計了一個降階的非線性觀測器估計齒槽轉(zhuǎn)矩,從實際應(yīng)用的角度完成了觀測器魯棒性分析,將觀測器對系統(tǒng)建模誤差的魯棒性條件歸納為一個雙線性矩陣不等式(BMIs)可行解的問題。接著,設(shè)計了一個基于齒槽轉(zhuǎn)矩觀測器的三步非線性速度控制系統(tǒng),考慮到齒槽轉(zhuǎn)矩觀測器的估計誤差和系統(tǒng)引入的模型參數(shù)不確定擾動,完成了閉環(huán)控制系統(tǒng)的魯棒性能分析。實驗結(jié)果表明設(shè)計的基于擾動觀測器的三步非線性的速度控制器具有較好的周期性擾動抑制效果。最后,為了滿足車用永磁同步電機力矩響應(yīng)快和調(diào)速范圍寬等需求,基于車用永磁同步電機低速矢量控制和高速弱磁控制方案,提出了雙輸入雙輸出三步非線性力矩跟蹤控制方法,將參考力矩信號的動態(tài)變化信息引入到控制律中,控制架構(gòu)中顯性地考慮了弱磁問題,設(shè)計的控制器可以同時應(yīng)用于恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。針對永磁同步電機中的參數(shù)不確定性,基于輸入到狀態(tài)穩(wěn)定性理論進行了控制器的魯棒性能分析,給出了相應(yīng)的魯棒性能條件。仿真和實驗表明設(shè)計的非線性三步力矩控制器具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)控制性能,同時可以滿足實際應(yīng)用時弱磁控制要求。
[Abstract]:The energy saving and high efficiency of automobiles play a vital role in alleviating China's energy shortage and environmental pollution. In the face of the contradiction between the energy and environmental problems and the rapid increase in the number of cars, all governments around the world are implementing the policy of energy saving and emission reduction. In May 2015, the State Council proposed the concept of "China made 2025>". < China system. In 2025>, it is pointed out that our country should energetically promote the energy saving cars, new energy vehicles and intelligent nets, in order to promote the technological innovation and transformation and upgrading of the automobile industry. The production and control of the motor used as the core parts should be pushed forward to improve the development and commercialization ability of the drive motor. The development demand of automobile industry in China. Due to the continuous introduction of new automobile demand and new function, the increase of embedded code in the controller is exponential year by year. It makes it more difficult to design, calibrate and verify the motor motor control system. How to upgrade and update the existing car power effectively without increasing too much input amount The computer control system is the key problem to be solved in the development process of automobile electronic control system. The design of automobile electronic control system based on model has built a bridge between the theoretical research and system design of control algorithm. It provides a general design framework for the application of advanced control algorithm to the automobile system, and deepens the researchers. The understanding of the automobile system also provides a rich theoretical guidance for the automotive engineers. As the power source of most of the actuators, the motor motor often frequently starts and stops, and the demand instruction of the motor is complex and changeable. This requires that the motor can always execute the command of the whole vehicle control unit with high precision and have a fast speed. In response, for driving motor, it needs low speed and large torque characteristic and wide speed range. In this paper, based on model based nonlinear system control theory, three steps nonlinear method, based on the state stability theory of input to state, the problem of the real application of motor control of permanent magnet motor is studied, including the clutch. The motor displacement control of the actuator and the torque control of the He Yongci synchronous motor are controlled by the low speed anti disturbance of the wheel edge motor. First, a three order nonlinear system model of the mixing of the data mechanism is established for the electric clutch actuator system with the ball screw as the deceleration mechanism, and the data machine of the actuator of the electric clutch is put forward. The three step nonlinear displacement control method of rational mixing is used to analyze the robust performance of the controller for the total disturbance of the system. The controller design analysis means can effectively reduce the controller. The simulation and experimental results show that the designed controller improves the dynamic performance and steady state performance of the displacement tracking of the automatic clutch actuator. Then, in order to improve the speed control accuracy of the wheel side motor at low speed, a permanent magnet direct current based on the cogging torque observer is proposed. For the three step nonlinear speed tracking control method, a nonlinear time-varying parameter model is established for the fast variable characteristics of the cogging torque of the wheel edge motor. Based on the established time-varying parameter model, a reduced nonlinear observer is designed to estimate the cogging torque. The observer robustness analysis is completed from the practical application point of view, and the observer is set to the system. The robust condition of the modeling error is summed up as a feasible solution of a bilinear matrix inequality (BMIs). Then, a three step nonlinear velocity control system based on the cogging torque observer is designed. The closed-loop control system is completed considering the estimation error of the cogging torque observer and the uncertain disturbance of the model parameters introduced by the system. The experimental results show that the three step nonlinear velocity controller based on the disturbance observer has a good periodic disturbance rejection effect. Finally, in order to meet the requirements of fast torque response and wide speed range of the permanent magnet synchronous motor for vehicle, the low speed vector control and high speed weakness based on the vehicle permanent magnet synchronous motor (PMSM) A two input and double output three step nonlinear torque tracking control method is proposed. The dynamic change information of the reference moment signal is introduced into the control law. The weak magnetic problem is considered explicitly in the control framework. The designed controller can simultaneously apply the Yu Heng torque zone and the constant power zone. The robust performance of the controller is analyzed based on the input to state stability theory and the corresponding robust performance conditions are given. The simulation and experiment show that the designed nonlinear three step torque controller has good steady state and dynamic control performance and can meet the requirement of weak magnetic control in the actual application.

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U463.6

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本文編號：1893504