本發(fā)明主要涉及蓄電池的裝配技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著電池智能化管理系統(tǒng)的成熟，由鋰電池驅(qū)動并控制的電動單車逐漸獲得市場青睞，但鋰電驅(qū)動電動車或平衡車相對于步行速度較快，且由于制動響應(yīng)時間短，帶來安全隱患。而制動的控制，需要對鋰電池的輸出和電機(jī)的位置狀態(tài)反饋進(jìn)行快速響應(yīng)匹配，才能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。但目前的控制方法大多采用的PID控制中誤差與微分信號處理存在紕漏和積分反饋對閉環(huán)控制系統(tǒng)副反應(yīng)。尤其是當(dāng)擾動誤差較大，系統(tǒng)無法快速響應(yīng)，鋰電池輸出對應(yīng)直流電機(jī)的控制增益量有可能達(dá)不到預(yù)期的控制效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供了一種鋰電驅(qū)動控制系統(tǒng)，使得系統(tǒng)在較小誤差時增大反饋增益，較大誤差時降低反饋增益，從而提高了控制效率，也有效地避免了控制系統(tǒng)中控制量飽和或出現(xiàn)過大造成不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種鋰電驅(qū)動控制系統(tǒng)，以鋰電池組為動力源輸出并通過擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀察器對直流電機(jī)位置進(jìn)行跟蹤控制，所述控制方法包括以下步驟：

(1)首先對直流電機(jī)進(jìn)行位置狀態(tài)模型建立：

式中，x₁＝θ、x₂＝ω，θ為電機(jī)轉(zhuǎn)過角度，ω為電機(jī)角速度；Ψ_p為電機(jī)電磁磁鏈的峰值，I_p為電流峰值，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，n_p為電機(jī)轉(zhuǎn)速峰值，Z為黏滯摩擦系數(shù)，T_e和T_L分別為電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩，J為電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量并取值為1，K_T為電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)并取值為2，U_d為直流電壓，k_e為反電動勢系數(shù)并取值為6，R為點(diǎn)數(shù)電阻并取值為2，y為狀態(tài)模型的輸入幅值；

(2)通過跟蹤微分器對預(yù)期輸入信號r進(jìn)行公式(1)計(jì)算，從而得到電機(jī)轉(zhuǎn)動角x1和角速度x2的離散表達(dá)式：

其中，T為采樣周期，H₀為濾波因子，r₀為速度因子，均屬于常數(shù)集；

(3)先設(shè)定輸入幅值y，并作為擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器初始時的輸入信號z₁和z₂，并通過擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器依公式(2)計(jì)算得到的和以及誤差信號e_k作為其估算輸出信號：

式中，β₀₁、β₀₂、β₀₃是擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀察器的反饋控制量的增益，a₁、a₂、δ是可調(diào)參數(shù)，b為對象控制量的增益，u為對電極位置狀態(tài)的增益(即電機(jī)轉(zhuǎn)動角和角速度的修正)；e₁為電機(jī)轉(zhuǎn)動角誤差，e₂為電機(jī)角速度誤差；分別是擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器的兩個輸出狀態(tài)(即預(yù)測值)。

(4)接著，將u作為非線性狀態(tài)誤差反饋的輸入信號，并經(jīng)過以下公式(3)計(jì)算得到非線性狀態(tài)誤差反饋輸出信號，即前饋控制量u₀：

u₀＝β₁fal(e₁,a₁,δ)+β₂fal(e₂,a₂,δ)+a₃Δi (3)

式中，β₁、β₂是非線性狀態(tài)誤差反饋的反饋控制量增益，a₁、a₂、a₃、δ是可調(diào)參數(shù)，Δi為直流電機(jī)的電流變化幅值，fal函數(shù)引入誤差閾值e_c改進(jìn)后的數(shù)學(xué)表達(dá)式(4)如下：

式中，k是線性反饋的增益；

(5)然后由前饋控制量u₀計(jì)算電機(jī)位置信號估算擾動的自動補(bǔ)償值其中b₀為對對象控制量增益b的估計(jì)值。

進(jìn)一步的，電機(jī)狀態(tài)模型中，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量J取值為1，電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)K_T取值為2，反電動勢系數(shù)k_e取值為6，電樞電阻R取值為2。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明相對于傳統(tǒng)的PID控制器和ADRC控制器而言，能快速進(jìn)行擾動消除并進(jìn)行信號跟蹤反應(yīng)，提高了電機(jī)抗擾動能力和穩(wěn)定性；同時通過誤差閾值的引入提高了直流電機(jī)響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的控制效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述直流電機(jī)的運(yùn)動模型；

圖2為本發(fā)明與PID對比例在低誤差時的響應(yīng)曲線對比圖；

圖3為本發(fā)明與ADRC對比例在放大幅值的情形下響應(yīng)曲線對比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。

本發(fā)明使用鋰電池組對直流力矩電機(jī)供電，通過以直流電機(jī)的位置信號為被控對象，通過跟蹤微分器輸入電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角度x₁和轉(zhuǎn)動角度的微分項(xiàng)角速度x₂，得到轉(zhuǎn)動角度和角速度的誤差，并經(jīng)過非線性狀態(tài)誤差反饋得到前饋控制量，并經(jīng)過擾動自動補(bǔ)償?shù)玫綄﹄姍C(jī)的控制量輸出，并作為反饋信號輸入鋰電池組控制模塊對鋰電池組的輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體過程如下:

首先需要對直流電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置狀態(tài)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，本發(fā)明的直流電機(jī)模型表達(dá)式如下所示：

其中，x₁＝θ、x₂＝ω，θ為電機(jī)轉(zhuǎn)過角度，ω為電機(jī)角速度；Ψ_p為電機(jī)電磁磁鏈的峰值，I_p為電流峰值，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，n_p為電機(jī)轉(zhuǎn)速峰值，Z為黏滯摩擦系數(shù)，T_e和T_L分別為電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩，J為電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量并取值為1，K_T為電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)并取值為2，U_d為直流電壓，k_e為反電動勢系數(shù)并取值為6，R為點(diǎn)數(shù)電阻并取值為2，y為狀態(tài)模型的輸入幅值，然后通過

將u作為非線性狀態(tài)誤差反饋的輸入信號，計(jì)算得到非線性狀態(tài)誤差反饋輸出信號，即前饋控制量u₀：u₀＝β₁fal(e₁,a₁,δ)+β₂fal(e₂,a₂,δ)+a₃Δi(t)，β₁、β₂是非線性狀態(tài)誤差反饋的反饋控制量增益，a₁、a₂、a₃、δ是可調(diào)參數(shù)。其中，fal函數(shù)引入誤差閾值e_c改進(jìn)后的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下，式中，k是線性反饋的增益；

本發(fā)明引入誤差閾值是基于：當(dāng)誤差在可接受范圍內(nèi)，采用增大反饋增益進(jìn)行線性補(bǔ)償從而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)使誤差衰減至0；當(dāng)誤差值較大，則采用非線性函數(shù)的抗擾控制器降低反饋增益提高效率，與此同時，通過誤差閾值可以防止反饋增益過低時導(dǎo)致的控制失穩(wěn)現(xiàn)象，確保控制系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定有效。

預(yù)先通過仿真實(shí)驗(yàn)并確定控制系統(tǒng)中各參數(shù)的合適取值分別是：T＝0.005，h₀＝0.06，r₀＝60，a₁＝0.75，a₂＝1.25，β₁＝100，β₂＝10，β₀₁＝200，β₀₂＝1000，β₀₃＝200，b＝1.3，δ＝0.01，k＝0.001。從而能確定控制系統(tǒng)的各數(shù)學(xué)模型表達(dá)式，然后通過輸入階躍信號，并比較不同轉(zhuǎn)動角位移情形下，本發(fā)明控制系統(tǒng)的擾動自平衡響應(yīng)時間，從而確定本發(fā)明控制系統(tǒng)的性能。如圖2所示通過輸入階躍信號，并與PID控制模式作為對比例進(jìn)行比較兩者的響應(yīng)時間，在輸入轉(zhuǎn)動較小幅值的轉(zhuǎn)動角位移時，本發(fā)明和對比例均能較快響應(yīng)擾動并回歸到期望值，本發(fā)明的回歸速度回更快；如圖3所示，當(dāng)輸入幅值放大到500倍時，通過與ADRC控制模式對比例進(jìn)行比較可知，ADRC控制模式明顯出現(xiàn)失穩(wěn)，抗擾動達(dá)到預(yù)期值所需時間明顯比本發(fā)明的反應(yīng)時間要長。因此本發(fā)明在當(dāng)誤差輸入量較大的情況下，本發(fā)明能更快進(jìn)行補(bǔ)償消除擾動從而具有更優(yōu)秀的控制性能。