分布式电动汽车驱动系统转速同步控制研究

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分布式电动汽车因传动效率高、各轮驱动力/制动力独立可控等优点受到了广泛关注。分布式电动汽车的驱动系统由两台或两台以上电机构成,若在行驶过程中多台电机协调控制不当,驱动轮将发生相互拖曳或滑移等现象,导致电动汽车偏离目标运行轨迹,严重时还会引发交通安全事故。为此,论文以分布式电动汽车为研究对象,提出一种四轮分布式驱动系统(Four-Wheel Distributed Drive System,FWDDS)转速同步控制策略,从同步控制结构和控制算法两个层面来保证各驱动轮转速同步运行。首先,在指数趋近律的基础上设计了可同时兼顾高趋近速度与低抖振水平的新型趋近律,并对其进行了稳定性分析。同时,设计了基于双曲正切函数的扩张状态扰动观测器,用于估计被控对象的内外部扰动,并将实时估计的扰动值前馈至基于新型趋近律的滑模控制器中进行扰动补偿,从而构成一种抗扰动复合控制算法,能够提高驱动电机控制系统的抗干扰能力和鲁棒性。抗扰动复合控制算法与新型趋近律为后续的转速跟踪控制器和同步误差补偿器的设计提供了理论依据。其次,为了实现FWDDS在直线和曲线行驶工况下的转速同步控制,在传统偏差耦合结构的基础上引入比例同步系数和“系统广义均值转速”,提出一种补偿机制简单且能够实现比例同步控制的广义均值偏差耦合结构。基于广义均值偏差耦合结构设计了FWDDS转速同步控制系统,其中基于抗扰动复合控制算法设计了转速跟踪控制器,基于新型趋近律设计了同步误差补偿器。利用Lyapunov函数分析了FWDDS转速同步控制系统的稳定性。最后,搭建了基于Speedgoat实时目标机的永磁同步电机转速控制实验平台和基于Simulink与Carsim的FWDDS转速同步控制联合仿真平台。实验结果表明新型趋近律具有可同时兼顾高趋近速度与低抖振水平的特性;抗扰动复合控制算法能够显著地提高控制系统的抗扰动能力和转速跟踪性能。基于联合仿真平台分别在直线行驶工况和曲线行驶工况下对比分析了三种控制策略的控制性能,根据仿真结果可知,广义均值偏差耦合结构结合基于抗扰动复合控制算法的转速跟踪控制器和基于新型趋近律的同步误差补偿器,可以极大地改善系统的跟踪性能与同步性能,使车辆较好地跟踪目标运行轨迹。
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