[发明专利]一种基于滑模观测器的轮毂电机平台速度控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于滑模观测器的轮毂电机平台速度控制系统及其控制方法，该系统的控制系统部分采用矢量控制，由速度控制环和电流控制环两个闭环控制部分组成。速度控制环通过非奇异终端滑模算法控制转速，电流控制环通过PI算法控制转速。当电机速度差输入至速度控制器中，可通过非奇异终端滑模算法得出电机控制输入电流，之后将电机电流差值通过电流控制器中的PI控制算法，可得出轮毂电机的控制电压，电压经过反Park变换后进入SVPWM，再经过逆变器进行功率变换实现轮毂电机的控制，整个控制过程中，电机转速和位置的检测分别由速度、位置传感器测得。本发明可实现轮毂电机驱动的分布式电传动车辆的高精度，高效率控制。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种针对分布式电传汽车中轮毂电机平台速度控制方法。

背景技术

近年来，由于燃油汽车的数量不断增多，造成了日益严重的环境污染和能量消耗，因此对环境友好型和能源节约型车辆的需求量越来越大。随着电机材料和电机驱动技术等关键技术的突破，轮毂电机驱动的分布式电传动车辆成为了燃油汽车的理想替代品。轮毂电机具有传动效率高、控制性能好、传动链短等优点，是目前电传动车辆中较为理想的驱动部件。分布式电传动车辆将电机直接安装在车轮内，省掉了齿轮箱、传动轴、差速器等机械部件，大大提高了传动效率和空间利用率，且控制精度较高，目前是国内外研究的热点。

轮毂电机驱动的分布式电传动车辆中，由于轮毂电机之间缺少差速器，当整车行驶在崎岖路面或者转弯时，各个轮毂电机受到的外界载荷会不断发生改变，这将导致各车轮速度与指令速度产生偏差，难以实现各车轮之间的同步协调控制，会进一步影响到车辆行驶过程中的稳定性和安全性。公开号为CN110588335A的专利申请文件公开了一种纯电动汽车用带机械差速器的轮毂电机，包括机械差速器齿圈，所述机械差速器齿圈内设有行星齿轮架，所述行星齿轮架与汽车车轮的轮毂相连接，所述行星齿轮架上安装有多个行星齿轮，多个行星齿轮均与机械差速器齿圈的齿轮啮合，所述机械差速器齿圈内部还设有电机的转子组件和太阳轮，所述太阳轮与多个行星齿轮啮合，所述的太阳轮端部外圈上安装有电机的定子组件，所述定子组件与转子组件配合。其将机械式差速器与轮毂电机一体化设计，结构紧凑、性能可靠、传动效率高同时可以确保纯电动汽车实现四轮驱动的产品。另外，轮毂电机本体采用的是永磁同步电机，如公开号为CN211579727U的实用新型公开了一种永磁同步轮毂电机，是在冷钢板圈与磁钢片之间设置定位键，以此起到对冷钢板圈和磁钢片的固定作用，防止了车辆运行过程中，磁钢片与冷钢板圈之间可能产生的相对转动，提高了车辆的运行稳定性；同时轮毂本体采用铝压铸一次成型，也提高了轮毂的整体强度。但是该永磁同步电机为非线性、强耦合的控制主体，且内部参数会随着外界干扰产生变化，使得轮毂电机在控制过程中较难实现高精度控制。

发明内容

为了解决现有技术中，分布式电传动车辆中，各车轮负载不同时，难以实现轮毂电机之间的协同控制的不足，本发明的目的是提供一种基于滑模观测器的轮毂电机平台速度控制方法，采用了滑模观测器对外界载荷进行观测和补偿，采用一种非奇异终端滑模控制算法进一步提升轮毂电机的精度，实现分布式电传动车辆中单个电机的高精度控制。

为实现上述技术发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于滑模观测器的轮毂电机平台速度控制系统，由速度控制器、电流控制器、逆变器、轮毂电机和传感器五个部件组成，速度控制器收到指令速度，经本申请下述的非奇异终端滑模控制算法后形成控制电流i_q，输入至电流控制器，经PI控制形成控制电压u_q，u_q并同由i_d经电流控制器生成的u_d经Clark和Park变换后形成PWM 波形，再由经过逆变器生成三相电流对轮毂电机进行控制，选取旋转变压器作为传感器，检测轮毂电机的位置和速度信息，反馈至速度控制器形成闭环控制。