考虑铁损的电动汽车异步电机模糊自适应动态面控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于动汽车电机调速控制技术领域，涉及一种考虑铁损的电动汽车异步电 机模糊自适应动态面控制方法。
【背景技术】
[0002] 国际金融危机以来，美、欧、日、韩等发达国家都在推动汽车产业的转型发展，全 球范围内形成了发展新能源汽车的又一轮热潮。在所有技术创新中，电机驱动具有极其重 要的地位，因为未来的驱动方式必须具有能耗低、更环保、更具有可持续性等特点。
[0003] 电动汽车包括电机驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统和完成既定任务的工 作装置等。电机驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。 电动汽车是汽车工业的一个重要分支，电动汽车的发展对于能源安全以及环境保护有着重 大的意义。近年来，对于电动汽车的关注日益增高，与此同时，对高效、可靠、经济的电机驱 动技术的需求也日益紧迫。因此，电动汽车动力系统的研宄受到了国内外学者的广泛关注。
[0004] 在过去的几十年中，异步电动机以其结构简单，成本低廉，可靠性高和耐用性强的 优点，在现代电动汽车领域已经得到广泛的应用。然而，由于其动态模型存在非线性、多变 量等特点，异步电机的控制相当复杂。除此之外，为了实现速度的有效、准确控制，必须考虑 铁磁损耗对电机的影响，这样将不可避免地增加了系统的复杂性。因此，很多的控制策略已 经被提出来应用于考虑铁损的异步电机驱动系统，比如：滑模控制，输入输出反馈线性化控 制，直接转矩控制，神经网络控制，反步法控制等等。
[0005] 在控制不确定非线性系统，尤其是那些不满足特定条件的系统方面，反步控制方 法被认为是最常用的控制方法之一。这种控制设计的优点是使用虚拟控制变量来使原来的 高阶系统简单化；与此同时，通过选择一个合适的Lyapunov函数，可以系统地得到控制输 出。然而，传统反步控制中对虚拟控制函数进行连续求导，容易引起"计算爆炸"问题。为 了克服这个问题，2000年美国学者Swaroop D等人首次提出了动态面技术。结合动态面技 术的反步控制方法将虚拟控制函数经过一阶低通滤波处理，得到了新的控制变量，避免了 对虚拟函数的连续求导，从而克服了传统反步设计的"计算爆炸"问题。
[0006] 模糊逻辑系统在处理未知非线性函数方面的能力引起了国内外控制界的广泛关 注，并用于具有高度非线性和不确定性的复杂控制系统设计中。反步技术与自适应模糊控 制相结合是一种有效的非线性控制方法。该方法通过利用模糊逻辑系统逼近系统中的高度 非线性函数，并结合自适应和反步技术构造控制器，该方法已经成功的应用到交流传动系 统的相关控制中。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提出一种考虑铁损的电动汽车异步电机模糊自适应动态面控 制方法，利用模糊逻辑系统逼近异步电动机驱动系统的未知非线性函数，使用自适应反步 法来构造控制器，通过将动态面控制技术与自适应模糊反步法结合起来，来实现对异步电 机速度的控制。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 考虑铁损的电动汽车异步电机模糊自适应动态面控制方法，包括如下步骤：
[0010] a在同步旋转坐标（d_q)下建立考虑铁损的异步电机的动态模型
[0012] 其中，为异步电机转子角速度；J为转动惯量；为负载转矩；it d为转子磁链； np为极对数；iqs,idsS q, d轴定子电流；iqm，idm分别为q, d轴励磁电流；uqs,Uds为异步电机 q, d轴定子电压；Lm为互感山。，Lls分别为定转子漏感；Rs, L Rfe分别为异步电机定、转子及 铁损等效电阻；
[0013] 为了简化上述动态模型，定义如下变量：
收敛到原点的一个充分小的邻域内，同时其他信号保持有界。
[0129] 本发明具有如下优点：
[0130] (1)考虑铁损的异步电机在控制律的作用下，系统的跟踪误差能够收敛到原点的 一个充分小的邻域内，同时其他信号保持有界。（2)电动汽车工作在较高转速时，异步电机 会产生较大的铁损，然而传统的矢量控制是不考虑铁损的，本发明充分考虑到铁损问题并 构建合理模型加以合适方式有效解决此问题，与传统的矢量控制方法相比，本发明能够克 服参数未知以及负载变化的影响，实现更加有效的速度控制。（3)本发明需要的输入信号是 实际工程中易于得到的可直接测量的转速和电流信号量，模糊自适应动态面控制算法本身 可以通过软件编程实现，通过引入动态面技术，可以克服计算爆炸的问题。与此同时，本发 明设计的控制器具有更加简单的结构。总之，所提出的控制器可以保证系统的跟踪误差能 够收敛到原点的一个充分小的邻域内以及所有的闭环信号都是有界的。（4)本发明不需要 根据异步电机的不同而修改控制器的参数，原理上可以实现对所有型号和功率的异步电机 的稳定调速控制，在控制过程中减少对异步电机参数的测量，利于实现异步电动机转速调 节的快速响应。（5)控制信号Uqs、uds中只存在一个自适应参数j，减少了计算量。
【附图说明】
[0131] 图1为本发明中由异步电机模糊自适应动态面控制器、坐标变换和SVPWM逆变器 组成的复合被控对象的示意图；
[0132] 图2为异步电机模糊自适应动态面控制器控制后转子角速度和转子角速度设定 值的跟踪仿真图；
[0133] 图3为异步电机模糊自适应动态面控制器控制后转子磁链和转子磁链设定值的 跟踪仿真图；
[0134] 图4为异步电机模糊自适应动态面控制器控制后速度跟踪误差仿真图；
[0135] 图5为异步电机模糊自适应动态面控制器控制后转子磁链误差仿真图；
[0136] 图6为异步电机模糊自适应动态面控制器控制后q轴定子电压仿真图；
[0137] 图7为异步电机模糊自适应动态面控制器控制后d轴定子电压仿真图。
【具体实施方式】
[0138] 下面结合附图以及【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明：
[0139] 结合图1所示，考虑铁损的电动汽车异步电机模糊自适应动态面控制器，主要包 括异步电机模糊自适应动态面控制器1、坐标变换单元2、SVPWM逆变器3和转速检测单元4 与电流检测单元5。转速检测单元4和电流检测单元5主要用于检测异步电动机的电流值 和转速相关变量，通过实际测量的电流和转速变量作为输入，通过异步电机模糊自适应动 态面控制器1进行电压控制，最终转换为三相电控制异步电动机的转速。为了设计一个更 加有效的控制器，建立考虑铁损的异步电机动态模型是十分必要的。
[0140] 本发明提出的考虑铁损的电动汽车异步电机模糊自适应动态面控制方法，包括如 下步骤：
[0141] a在同步旋转坐标（d_q)下考虑铁损的异步电机的动态模型如下：
[0142]
[0143] 其中，为异步电机转子角速度J为转动惯量；为负载转矩；it d为转子磁链； np为极对数；i _ idm分别为q, d轴励磁电流；i qs, ids分别为q, d轴定子电流；u qs, Uds为异步 电机q, d轴定子电压；Lm为互感；L11〇 Lls分别为定转子漏感；Rs, L Rfe分别为异步电机定、转 子及铁损等效电阻。
[0144] 为了简化上述动态模型，定义如下变量：
[0271] 由以上分析得到在控制律Uq，Ud的作用下，