基于自抗扰控制器的轮毂电机电动汽车振动抑制研究

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轮毂电机因其在电动汽车上布局紧凑、动力传输效率高、易于实现四轮驱动控制等优点,逐渐成为电动汽车行业未来发展的重要方向。永磁同步电机以其能效高、无励磁损耗等优点成为国内车载电机的首选。然而,轮毂电机在运行过程中受随机路面激励影响造成的轮胎跳动,容易引起电机定转子不对称,导致电机产生气隙偏心加剧电磁振动,最终影响电机稳定运行和驾乘舒适性。工程上采用传统比例积分控制方法来抑制不确定性扰动,虽然实现简单但仍然存在快速响应与超调之间的矛盾,且在复杂环境下的响应精度相对欠佳,制约了电动汽车动力性能的提升。针对随机路面激励引起电机气隙偏心导致的车辆振动问题,本文进行了以下研究:首先,结合轮毂电机的工作原理对电机结构模型进行合理的简化,建立不同坐标变换下的轮毂电机数学模型,并对轮毂电机的控制策略进行了比较分析。其次,分别建立了随机路面激励下的1/4电动汽车振动模型和轮毂电机气隙磁场模型,根据麦克斯韦应力理论推导出电机运行过程中产生的不平衡电磁力。通过MATLAB编程对考虑气隙偏心下的电动汽车振动响应进行仿真计算和分析。结果表明,轮毂电机气隙偏心会随路面不平度增加而增大,从而导致车辆振动幅值也增大。然后,基于自抗扰控制理论对控制器进行设计及参数整定,将随机路面外部激励和电机内部电磁激励视为统一扰动进行控制补偿,并通过算例对所设计的控制器进行抗负载扰动仿真验证,结果表明所设计的控制器在面对负载突变时不仅响应迅速且几乎无超调。最后,搭建基于MATLAB/Simulink的轮毂电机电动汽车振动控制模型,对车辆在不同运行工况下的振动抑制效果进行仿真分析,并将仿真结果与传统PID控制进行对比;结果表明,与PID控制相比,采用自抗扰控制时电机与车身的振动幅值最大分别降低28.7%和20.0%。由此,验证了自抗扰控制对轮毂电机气隙偏心引起的车辆振动能够起到很好的抑制效果且优于PID控制。本文研究结果可以有效提高车辆在不同运行工况下的振动抗扰能力,同时也为轮毂电机设计与车辆振动控制相关研究提供一定理论参考。
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