[发明专利]基于动态模型的电动汽车用磁悬浮飞轮电池低功耗解耦控制器

说明书

本发明公开了基于动态模型的电动汽车用磁悬浮飞轮电池零功耗解耦控制器，包括复合被控对象、基于软集理论方法的模糊神经网络逆动态切换模型、线性闭环控制器以及零功耗控制模块；线性闭环控制器的输出作为基于软集理论方法的模糊神经网络逆动态切换模型的输入，基于软集理论方法的模糊神经网络逆动态切换模型的输出作为控制复合被控对象的输入，复合被控对象的输出作用于磁悬浮飞轮电池动态模型；零功耗控制模块的输入来自于磁悬浮飞轮电池动态模型输出以及基于软集理论方法的模糊神经网络逆动态切换模型的输出，零功耗控制模块的输出作用于所述线性闭环控制器。本发明针对平动、转动模态解耦，并对解耦后系统引入零功耗控制模块，降低功率损耗。

技术领域

本发明属于电力传动控制设备技术领域，具体是基于动态模型的电动汽车用磁悬浮飞轮电池零功耗解耦控制器。

背景技术

磁悬浮飞轮电池是一种高效、清洁、适合移动、以储存机械能代替储存电能的二次放电装置。利用不接触的旋转飞轮储存能量，具有能量密度高、能量转换效率高、体积小、重量轻、使用寿命长等优点，因此为解决目前日益关注的新能源汽车动力电池存储问题提供了新途径。

磁悬浮飞轮电池是一个融合多学科领域的多变量多耦合的复杂非线性系统，将磁悬浮飞轮电池应用于新能源汽车上，汽车工况变化及在不同路面上的振动都会对高速旋转的飞轮转子产生影响，尤其随着路况复杂度的增加，磁悬浮飞轮电池的平动模态和转动模态耦合增强，导致陀螺效应更加明显，使得飞轮转子稳定性受到影响，为了实现磁悬浮飞轮电池的稳定运行，必须对磁悬浮飞轮转子系统平动模态和转动模态其进行解耦控制，使平动模态和转动模态相互独立。并且，处于高速旋转的磁悬浮飞轮电池转子产生影响除了承受自身重力之外还承受陀螺力，因此，整个飞轮转子重量为一不稳定的动态负载，若采用传统的定气隙控制方法(零参考位移控制)，通过在控制线圈上通以控制电流产生控制磁通与永磁体产生的偏置磁通叠加形成悬浮力去平衡动态负载，它的控制电流会不断调整，功率损耗很大，为了降低飞轮电池的支承系统的功率损耗，本发明引入零功耗控制模块，通过调整转子位移参考平衡位置，形成不固定且不对称的气隙，进而在永磁体产生的偏置磁场中产生被动磁力去平衡动态负载，可大幅度降低支承系统的功率损耗。

专利申请号201210550483.3，名称为：交流磁悬浮电主轴控制器的构造方法，是针对交流磁悬浮电主轴设计的一种基于粗集理论方法的模糊神经网络逆控制器。与磁悬浮电主轴类似，飞轮电池的拓扑结构也为磁悬浮支承系统，因此已经成功应用于磁悬浮电主轴的控制器的优良构造方法(如采用神经网络逆方法构造系统的逆模型)可以借鉴到飞轮电池控制器构造方法中。然而与静止不动的电主轴不同，将磁悬浮飞轮电池应用于新能源汽车上，比之用于电主轴具有更复杂的工况，即汽车不同的行驶状态以及因路面不平整引起的汽车各项振动，都将在飞轮电池转子上产生动态负荷，对磁悬浮飞轮电池转子的稳定性运行产生影响。传统的稳态模型已经不适用于实际情况，因此本发明提出动态模型，即在进行解耦控制之前，必须将汽车本身行驶状态及道路状况两方面影响因素考虑进磁悬浮飞轮电池的动力学分析与建模中，建立电动汽车用磁悬浮飞轮电池动态模型取代传统的磁悬浮飞轮电池稳态模型，为实现磁悬浮飞轮电池高稳定性控制奠定基础。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足而提出一种基于动态模型的电动汽车用磁悬浮飞轮电池解耦控制器，既可以实现磁悬浮飞轮转子系统平动模态和转动模态的解耦控制，又能消除汽车工况变化及在不同路面上的振动对高速旋转的飞轮转子产生的影响，使得飞轮转子获得高稳定性。并且对解耦后的系统引入零功耗控制模块，降低支承系统的功率损耗。采用如下技术方案：