基于模糊控制算法的電動汽車雙閉環(huán)調速系統(tǒng)研究

基于模糊控制算法的電動汽車雙閉環(huán)調速系統(tǒng)研究

隨著世界經濟的快速發(fā)展，能源和環(huán)境已成為人類發(fā)展和生存的主要問題。燃料使用的能源是一種一次性能源，開發(fā)和使用后不會再生。隨著世界能源消耗的增加，世界上的礦產能源匱乏，環(huán)境問題也越來越嚴重。在世界上主要和中等城市，約40%70%的城市交通污染來自中央政府的調查報告。在世界銀行的調查報告中，中國大城市的污染現在是世界上最嚴重的。在世界上污染最嚴重的20個城市中，有10個在中國。在中國、中國和中國的北部和東部城市中，70%的大學污染來自汽車的耗竭。電動汽車依靠動能驅動車輛。電動汽車在行駛過程中原則上不會排放有害氣體，并且不會對環(huán)境造成污染，因此電動汽車的研究越來越受到重視。電機管理系統(tǒng)是電動汽車的重要部分，是電動汽車的心臟。電動汽車的直流電氣裝置可以是簡單的，直流電氣的使用是非常方便的，并且具有良好的啟動和行駛速度。這是目前使用最廣泛的一種。在這項工作中，我們使用模型控制算法來控制電動汽車直接驅動裝置的兩個環(huán)形調整系統(tǒng)的環(huán)路和速度環(huán)。環(huán)形環(huán)由pid控制，并在nb和sinulk下進行模擬試驗。實驗結果表明，效果良好。1電機功率的選擇本文采用直流電動機雙閉環(huán)調速系統(tǒng),所謂雙環(huán)指的是電流環(huán)和速度環(huán),是直流調速系統(tǒng)應用最廣泛的一種.其結構原理圖如圖1所示:依據電動汽車對電動機的選型主要有功率和電壓等.電動機功率的選擇要考慮到電動車的最高車速、爬坡、滿載加速性能等要求.本文中直流伺服電機的選取的參數為:額定功率10kW,額定轉速1500rpm,額定電壓U220V,額定電流4.5A,電樞電阻0.31Ω,電樞電感3.97mH,機電時間常數Tm=0.042s.系統(tǒng)測速反饋系數Kt=0.0067V·min/r,系統(tǒng)電流反饋系數Ki=0.072V/A,電流環(huán)濾波時間常數Toi=0.002s;轉速環(huán)濾波時間常速Ton=0.01s.2發(fā)電機轉速控制規(guī)劃系統(tǒng)結構框圖如圖2所示:本文中電機直流調速系統(tǒng)的過程為:由測速發(fā)電機輸出電壓中取出轉速負反饋電壓,與給定電壓進行比較得到的偏差和偏差變化率送給模糊控制器.由模糊控制器計算出電機控制量,送給電機,實現直流電動機的轉速控制.2.1kpwm上的放電電流環(huán)的傳遞函數如圖3所示,其中PID調節(jié)器實際上是PI調節(jié)器,微分環(huán)節(jié)的系數為0;Kpwm是校正輸出電壓Uc到電樞電壓的平均電壓Ua的平均增益;Ra=0.31Ω,La=4mH;Ki=0.072;Toi=0.002s.2.2環(huán)法的設計2.2.1電機反向電勢系數及電流環(huán)比例增益kva轉速環(huán)方塊圖如圖4所示:方塊圖中有關參數計算有:測速發(fā)電機系數Kt=0.0067V·min/r,電動機反向電勢系數Ce=0.1356V·min/r,機電時間常數Tm=0.042s,電流環(huán)的比例增益KVA=14A/V,測速機濾波時間常數Ton=0.01s2.2.2控制參數的選擇轉速環(huán)控制采用模糊控制,控制器結構為雙輸入單輸出的二維模糊控制器,模糊控制器的輸入量是實際轉速與目標轉速之差(即誤差e)和誤差e的變化率ec,輸出量u為控制步進電機控制電壓.控制器結構圖如圖5所示.選擇誤差e的模糊集合論域為7級,即e={-3,-2,-1,0,+1,+2,+3};選擇誤差變化率d的模糊集合論域為7級,即ec={-3,-2,-1,0,+1,+2,+3};選擇控制u的模糊集合論域為7級,即u={-3,-2,-1,0,+1,+2,+3};控制規(guī)則列出如表1所示:3模糊控制器的設計及分析MATLAB作為高效率的數值計算和可視化軟件,已被廣泛應用于許多工程領域.本文利用MATLAB中的SIMULINK工具箱,對直流電機的調速系統(tǒng)進行仿真.利用該工具箱,用戶可以用鼠標在模型窗口上繪制出所需要的控制系統(tǒng)模型,然后對系統(tǒng)進行仿真或線性化分析.在設計模糊控制器時,利用MATLAB提供的模糊工具箱,可以很方便地進行模糊控制規(guī)則的設計,其中包括模糊輸入量和輸出量的確定、輸入輸出范圍的設定、隸屬函數、模糊推理方法、解模糊方法的選擇,以及模糊規(guī)則的添加、修改.同時還可以查看設計出的模糊規(guī)則曲面,從而對規(guī)則進行修改.按照以上設計,系統(tǒng)仿真結構如圖6所示.其中FuzzyController為封裝的控制器子系統(tǒng).為防止PI環(huán)節(jié)由于積分而使輸出發(fā)散,在轉速環(huán)與電流環(huán)均有限幅環(huán)節(jié).得到仿真結果如圖7所示:本系統(tǒng)最后控制的結果,使電動機的轉速基本控制在1500r/min左右,振蕩幅度在±30r/min,響應較快.4提高直流電機的穩(wěn)定性電動汽車電機驅動控制技術是電動汽車核心技術之一,本文外環(huán)模糊控制與內環(huán)PID控制結合應用到直流電機的雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中,提