[发明专利]一种双闭环非线性控制的BSG电机发电优化控制方法

说明书

本发明公开了一种双闭环非线性控制的BSG电机发电优化控制方法，包括步骤：1、建立电流内环非线性控制算法，使得输出的电压稳定在一个恒值。1)建立Buck‑Boost拓扑结构的非线性系统模型，为模型的线性化奠定基础。2)将仿射非线性输入与输出的线性化，使得到的线性关系可以反应系统的动态变化。2、建立电压外环滑模控制，使得通过电压参考值即可控制输出电压。本发明的电流内环采用非线性控制算法，实现系统局部线性化；电压外环采用滑模控制结构，可以改善改善BSG电机发电工况下的动态特性，提高系统的鲁棒性，进而提高电动车的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种双闭环非线性控制的BSG电机发电优化控制器，属于BSG电机控制技术领域。

背景技术

面临环境污染和能源枯竭的双重危机，传统汽车工业的发展陷入了瓶颈。上汽集团提出了汽车的四化趋势“电气化、智能化、网联化、共享化”，其中汽车的电气化是保证节能减排的必然趋势。相对于尚未成熟的纯电动汽车，混合动力汽车结合发动机和电机技术，在节能减排上的优越性逐步体现。由于汽车的保有量不断增加，红灯、堵车时车辆的怠速和制动时的损耗会使车辆对燃油的消耗增大，BSG(belt-driven starter generator)混合动力技术的出现为这些问题提供了一个很好的解决方案。

BSG是一项轻度混合动力技术，发动机和电机、变速箱并联，采用皮带传动方式进行动力混合，系统结构示意图如图1所示。当遇到红灯、堵车等情况汽车发动机怠速时间较长时，发动机以及BSG电机关闭；当驾驶员要启动汽车时，BSG电机可以作为起动机将发动机通过皮带迅速提高到高转速；当制动时，BSG系统发出控制信号，BSG电机作为发电机，将发动机动能通过逆变器转化为电能，并向蓄电池充电。

混合动力汽车BSG系统是一个强耦合非线性时变复杂系统，在汽车实际运行情况下参数可能会发生突变，而且外部扰动对BSG系统也存在着干扰，因此研究BSG电机高品质控制方法至关重要。由于BSG电机随发动机转速时变，所以得到的直流电压也是时变的，因此需要采用DC-DC变换器稳压。对于BSG系统常用的方法是PID控制，然而传统PID控制存在着以下缺陷：

(1)闭环动态品质对PID增益的变化很敏感，所以当被控对象处于经常变化的环境中时，需要根据环境的变化来调整PID增益；

(2)PID控制“直接取目标与实际行为之间的误差来消除误差”的方式常常会造成初始控制力太大而使系统行为出现超调，致使在闭环系统中产生“快速性”和“超调”的矛盾；

(3)PID控制中的积分环节对抑制常值扰动的效果显著，但是无扰动时，积分环节使得系统的动态特性变差(闭环系统的反应迟钝、容易产生震荡和控制量饱和的副作用)。

为了克服传统PID控制方法的不足之处，十分有必要研究新型的混合动力汽车用BSG系统的方法，进而改善系统的动态特性，提高响应速度和鲁棒性。。

发明内容

本发明的目的是基于Buck-Boost DC-DC变换器，提出一种BSG电机发电非线性控制方法，采用该方法来改善BSG电机发电工况下的动态响应、鲁棒性和稳定性。

本发明的技术方案是：一种双闭环非线性控制的BSG电机发电优化控制方法，包括以下步骤：步骤1，搭建BSG电机系统：BSG电机通过皮带轮与发动机连在一起，当启动时，蓄电池通过DC-DC变换器变压给电机提供高压电源，当汽车减速时，发动机通过皮带轮带动BSG电机转动，将动能传递给BSG电机；BSG电机通过三相全桥整流将动能转化成电能，并输送给蓄电池充电，经过三相全桥变换器整流后得到直流电压U_in；

步骤2，所述DC-DC变换器为Buck-Boost拓扑结构，建立Buck-Boost拓扑结构的非线性系统模型，通过调节开关管占空比获得稳定的输出电压；