基于模糊控制算法的電動(dòng)汽車(chē)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)研究

基于模糊控制算法的電動(dòng)汽車(chē)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)研究

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源和環(huán)境已成為人類(lèi)發(fā)展和生存的主要問(wèn)題。燃料使用的能源是一種一次性能源，開(kāi)發(fā)和使用后不會(huì)再生。隨著世界能源消耗的增加，世界上的礦產(chǎn)能源匱乏，環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。在世界上主要和中等城市，約40%70%的城市交通污染來(lái)自中央政府的調(diào)查報(bào)告。在世界銀行的調(diào)查報(bào)告中，中國(guó)大城市的污染現(xiàn)在是世界上最嚴(yán)重的。在世界上污染最嚴(yán)重的20個(gè)城市中，有10個(gè)在中國(guó)。在中國(guó)、中國(guó)和中國(guó)的北部和東部城市中，70%的大學(xué)污染來(lái)自汽車(chē)的耗竭。電動(dòng)汽車(chē)依靠動(dòng)能驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。電動(dòng)汽車(chē)在行駛過(guò)程中原則上不會(huì)排放有害氣體，并且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，因此電動(dòng)汽車(chē)的研究越來(lái)越受到重視。電機(jī)管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的重要部分，是電動(dòng)汽車(chē)的心臟。電動(dòng)汽車(chē)的直流電氣裝置可以是簡(jiǎn)單的，直流電氣的使用是非常方便的，并且具有良好的啟動(dòng)和行駛速度。這是目前使用最廣泛的一種。在這項(xiàng)工作中，我們使用模型控制算法來(lái)控制電動(dòng)汽車(chē)直接驅(qū)動(dòng)裝置的兩個(gè)環(huán)形調(diào)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(jìn)行模擬試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，效果良好。1電機(jī)功率的選擇本文采用直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)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(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的一種.其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示:依據(jù)電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電動(dòng)機(jī)的選型主要有功率和電壓等.電動(dòng)機(jī)功率的選擇要考慮到電動(dòng)車(chē)的最高車(chē)速、爬坡、滿載加速性能等要求.本文中直流伺服電機(jī)的選取的參數(shù)為:額定功率10kW,額定轉(zhuǎn)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(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.042s.系統(tǒng)測(cè)速反饋系數(shù)Kt=0.0067V·min/r,系統(tǒng)電流反饋系數(shù)Ki=0.072V/A,電流環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.002s;轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常速Ton=0.01s.2發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制規(guī)劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示:本文中電機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)程為:由測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓中取出轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓,與給定電壓進(jìn)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(jì)算出電機(jī)控制量,送給電機(jī),實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制.2.1kpwm上的放電電流環(huán)的傳遞函數(shù)如圖3所示,其中PID調(diào)節(jié)器實(shí)際上是PI調(diào)節(jié)器,微分環(huán)節(jié)的系數(shù)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(shè)計(jì)2.2.1電機(jī)反向電勢(shì)系數(shù)及電流環(huán)比例增益kva轉(zhuǎn)速環(huán)方塊圖如圖4所示:方塊圖中有關(guān)參數(shù)計(jì)算有:測(cè)速發(fā)電機(jī)系數(shù)Kt=0.0067V·min/r,電動(dòng)機(jī)反向電勢(shì)系數(shù)Ce=0.1356V·min/r,機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.042s,電流環(huán)的比例增益KVA=14A/V,測(cè)速機(jī)濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.01s2.2.2控制參數(shù)的選擇轉(zhuǎn)速環(huán)控制采用模糊控制,控制器結(jié)構(gòu)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(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)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(jìn)電機(jī)控制電壓.控制器結(jié)構(gòu)圖如圖5所示.選擇誤差e的模糊集合論域?yàn)?級(jí),即e={-3,-2,-1,0,+1,+2,+3};選擇誤差變化率d的模糊集合論域?yàn)?級(jí),即ec={-3,-2,-1,0,+1,+2,+3};選擇控制u的模糊集合論域?yàn)?級(jí),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(shè)計(jì)及分析MATLAB作為高效率的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件,已被廣泛應(yīng)用于許多工程領(lǐng)域.本文利用MATLAB中的SIMULINK工具箱,對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真.利用該工具箱,用戶可以用鼠標(biāo)在模型窗口上繪制出所需要的控制系統(tǒng)模型,然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真或線性化分析.在設(shè)計(jì)模糊控制器時(shí),利用MATLAB提供的模糊工具箱,可以很方便地進(jìn)行模糊控制規(guī)則的設(shè)計(jì),其中包括模糊輸入量和輸出量的確定、輸入輸出范圍的設(shè)定、隸屬函數(shù)、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(shí)還可以查看設(shè)計(jì)出的模糊規(guī)則曲面,從而對(duì)規(guī)則進(jìn)行修改.按照以上設(shè)計(jì),系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)均有限幅環(huán)節(jié).得到仿真結(jié)果如圖7所示:本系統(tǒng)最后控制的結(jié)果,使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速基本控制在1500r/min左右,振蕩幅度在±30r/min,響應(yīng)較快.4提高直流電機(jī)的穩(wěn)定性電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)是電動(dòng)汽車(chē)核心技術(shù)之一,本文外環(huán)模糊控制與內(nèi)環(huán)PID控制結(jié)合應(yīng)用到直流電機(jī)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,提