[发明专利]一种混合动力系统发电机励磁控制系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电机励磁控制系统及其方法，尤其是涉及一种混合动力系统发电机励磁控制系统及其方法。

背景技术

近年来，随着能源和环境问题的日益突出，“节能减排”已经成为世界各国不得不选择的发展理念，新能源车辆的研究和产品化方兴未艾，其中混合动力车辆是其中一个重要的分支。由内燃发电机组和动力蓄电池组组成的串联式油电混合动力系统由于系统简单、技术较成熟、适用范围广、发动机工作状态不受车辆行驶工况的影响等显著优点，应用极为广泛。在该类系统中动力蓄电池组与柴油发电机组的电耦合有直接耦合和通过变流器间接耦合两种方式，其中直接耦合方式，结构和控制策略简单、系统造价低，所以在实际系统中更常见一些。对于已知的这种串联直耦式油电混合动力系统，其发电机励磁调节由常用的AVR实现，通过AVR的下垂特性，实现车辆大功率牵引时，动力蓄电池组的放电。然而，动力蓄电池组的放电能力与端电压是非线性关系，该传统控制方式无法精确控制内燃发电机组和动力蓄电池组二者之间的功率分配。为保证车辆的牵引功率，往往采取同时放大内燃机组功率和动力蓄电池组容量的方式，导致了设备成本、体积重量的增加和内燃机总体运行效率的降低。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种混合动力系统发电机励磁控制系统，其特征在于：控制结构为功率、电压双闭环控制，其中功率环为外环，电压环为内环，包括功率调节器，电压调节器，发电机参数采集模块，PWM脉冲发生器，电压限幅模块；所述的功率调节器的输出作为电压调节器的给定，电压调节器的输出作为PWM脉冲发生器的给定，PWM脉冲发生器实现软硬件的接口，发电机参数采集模块是功率环和电压环的反馈环节，电压限幅模块输出作用于功率调节器的输出。

本发明创造性的采用了功率电压双闭环方式的控制方式；通过调节发电机电流，使发电机工作在恒功率限压模式下，实现串联直耦式油电混合动力系统中内燃发电机组与动力蓄电池组之间的功率分配控制，并对动力蓄电池组浮充电压、最大充电电流进行了限制，保证了动力蓄电池的安全性和循环寿命。

本发明针对用于发电机整流带蓄电池+逆变器这种时变、非线性具有较大摄动负载的控制系统，为解决传统PID调节器无法兼顾系统超调，积分饱和与静差之间的矛盾，为提高系统稳定裕量、抑制干扰能力和较快的响应，采用一种基于变速积分的改进型数字PID调节器，根据被控系统的稳态和动态响应情况，检测误差的绝对值和变化率，利用经验的控制规律，以智能的方式实时调整控制参数，提高系统品质。

其基本思想及其具体软件实施方法是：改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，偏差越大，积分越慢，反之越快。

一种混合动力系统发电机励磁控制方法，其特征在于：通过调节发电机电流，使发电机工作在恒功率限压模式下，发电机的励磁控制结构包括两个控制环，外环是功率控制环，内环是电压控制环；功率控制环的给定来自于整车控制器，功率控制环的输出为电压控制环的给定，其中功率调节器的输出上限幅由动力蓄电池组浮充电压、发电机组最大功率和动力蓄电池组的浮充功率限幅三者的最小值决定，功率调节器的输出下限幅对应动力蓄电池组的最低放电电压；电压调节器的给定来自于功率控制环的输出，电压调节器的输出限幅值取决于同步发电机的额定励磁电流和额定励磁电压，实现串联直耦式油电混合动力系统中内燃发电机组与动力蓄电池组之间的功率控制。

在上述的一种混合动力系统发电机励磁控制方法，其特征在于， 基于公式：                                                

其中，为比例系数，为积分系数，为微分系数。其中，k、i为采样序号，e为调节器偏差信号，u为调节器输出信号，为采样周期，A、B为阈值常数；改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，偏差越大，积分越慢，反之越快。

上述公式的理论基础来自以下：设置系数，是的函数，当增大时，f减小，反之，增大。积分项表达式为：

系数f与偏差当前值的关系可以是线性的或非线性的，可以设为：

f值在区间内变化，当偏差大于所给分离区间后，，不再对当前值进行继续累加，当偏差小于时，加入当前值，即积分项变为，与一般PID积分项相同，积分动作达到最高速，而当偏差在与之间时，则累加计入的是部分当前值，其值在之间随大小而变化，因此，其积分速度在和之间，整个算法为：