[发明专利]电动汽车用飞轮电池四自由度磁轴承控制器的构造方法

权利要求书

1.一种电动汽车用飞轮电池四自由度磁轴承控制器的构造方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1：构造以电流i_xa、i_xb、i_ya、i_yb为输入，以四自由度位移x_a、x_b、y_a、y_b为输出的飞轮电池四自由度磁轴承系统；

步骤2：采用控制器参数优化模块(3)获得最优控制器增益矩阵K_best，控制器参数优化模块(3)的输入为离散化位移Xⁿ、参考位置X^ref以及离散化电流Iⁿ的当前时刻和上一时刻的值，其输出为最优控制器增益矩阵K_best；Iⁿ是i_xa、i_xb、i_ya、i_yb的离散化数据，Xⁿ是位移x_a、x_b、y_a、y_b的离散化数据；

步骤3：构造负载补偿控制器(22)和状态反馈控制器(23)，以离散化位移Xⁿ、负载F作为负载补偿控制器(22)的输入，以电流为输出；状态反馈控制器(23)以最优控制器增益矩阵K_best、参考位置X^ref和离散化位移Xⁿ为输入，以电流为输出，

步骤4：将负载补偿控制器(22)和状态反馈控制器(23)输出的电流相结合，构成限流控制器(24)的第一部分输入，将离散化电流Iⁿ的当前时刻和上一时刻的值作为限流控制器(24)的第二部分输入，限流控制器(24)的输出是电流i_xa、i_xb、i_ya、i_yb；

步骤5：将状态反馈控制器(23)、负载补偿控制器(22)、控制器参数优化模块(3)、限流控制器(24)共同构成飞轮电池四自由度磁轴承控制器。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用飞轮电池四自由度磁轴承控制器的构造方法，其特征是：步骤2中采用控制器参数优化模块(3)获得最优控制器增益矩阵K_best的方法步骤是：

步骤一：控制器参数优化模块(3)随机生成N组权重矩阵Q和R；

步骤二：由权重矩阵Q和R计算出增益矩阵；

步骤三：将增益矩阵输出给状态反馈控制器(23)；

步骤四：驱动磁轴承系统，得到当前的离散化位移Xⁿ和电流Iⁿ，n代表采样时刻；

步骤五：计算当前权重矩阵的适应度值F：

步骤六：确定本次迭代中N组权重矩阵中适应度最好的三组权重矩阵；

步骤七：根据三组权重矩阵，利用灰狼优化算法更新所有权重矩阵，输出下一次迭代中的权重矩阵；

步骤八：计算出下一次迭代中的增益矩阵；

步骤九：重复步骤三至步骤八直至到达最大迭代次数；

步骤十：达到最大迭代次数后由适应度最好的权重矩阵确定出最优控制器增益矩阵K_best。

3.根据权利要求2所述的电动汽车用飞轮电池四自由度磁轴承控制器的构造方法，其特征是：步骤五中，利用计算当前权重矩阵的适应度值F，w₁、w₂为权值，ΔI(n)＝I(n)-I(n-1)为电流波动值，e_X为系统输出位移与参考位移的误差，n代表采样时刻，Ts为采样时间。

4.根据权利要求2所述的电动汽车用飞轮电池四自由度磁轴承控制器的构造方法，其特征是：步骤八中，根据式K＝lqr(A,B,Q,R)计算在下一次迭代中的增益矩阵，A为8×8系统矩阵，B为8×4输入系数矩阵，lqr()为线性二次型最优函数。

5.根据权利要求1所述的电动汽车用飞轮电池四自由度磁轴承控制器的构造方法，其特征是：步骤4中，构成限流控制器(24)的第一部分输入是：

6.根据权利要求1所述的电动汽车用飞轮电池四自由度磁轴承控制器的构造方法，其特征是：步骤1中，将差动输出模块(11)、占空比计算模块(12)、PWM调制模块(13)、光电隔离模块(14)、全桥换能电路(15)、磁轴承(16)以及位置传感器模块(17)依次串接作为一个整体组成飞轮电池四自由度磁轴承系统。