[发明专利]基于主动不确定性抑制的混合动力汽车电气层控制方法

摘要

本发明涉及一种基于主动不确定性抑制的混合动力汽车电气层控制方法，包括以下步骤：S1，对混合动力汽车电气层的拓扑结构进行数学建模；S2，对系统模型进行变换；S3，分别将L₁、L₂、R₁、R₂、C_dc用基准值和时变不确定项表示；S4，结合步骤S3，将步骤S2中的模型表示为带有不匹配集总扰动项的模型；S5，使用基于干扰观测器的方法，求解控制器μ₁和μ₂₃。与现有技术相比，本发明有利于控制系统发挥其闭环调节能力并有效抑制内部参数摄动及外部干扰的影响，提高控制系统的鲁棒性，对于混合动力电动汽车相关技术发展具有较好的应用价值。

主权项

一种基于主动不确定性抑制的混合动力汽车电气层控制方法，所述的电气层包括与燃料电池连接的boost电路以及与超级电容器连接的双管buck‑boost电路，所述的boost电路和双管buck‑boost电路输出端并联且连接逆变器，所述的boost电路包括第一电感L₁和第一开关管S₁，所述的双管buck‑boost电路包括第二电感L₂、第二开关管S₂和第三开关管S₃，第二电感L₂一端连接超级电容器输出端正极，另一端分别连接第二开关管S₂的集电极与第三开关管S₃的发射极，第二开关管S₂的发射极接地，第三开关管S₃的集电极与boost电路的输出端正极连接，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：S1，对混合动力汽车电气层的拓扑结构进行数学建模，表达式如下：$\frac{{\mathrm{di}}_{fc}}{dt}=-(1-{\mathrm{\&mu;}}_1)\frac{v_{dc}}{L_1}-\frac{R_1}{L_1}{i}_{fc}+\frac{v_{fc}}{L_1}$$\frac{{\mathrm{di}}_{sc}}{dt}=\left(k\right({\mathrm{\&mu;}}_2-1)+(k-1\left){\mathrm{\&mu;}}_3\right)\frac{v_{dc}}{L_2}-\frac{R_2}{L_2}{i}_{sc}+\frac{v_{sc}}{L_2}$$\frac{{\mathrm{dv}}_{dc}}{dt}=(1-{\mathrm{\&mu;}}_1)\frac{i_{fc}}{C_{dc}}-\left(k\right({\mathrm{\&mu;}}_2-1)+(k-1\left){\mathrm{\&mu;}}_3\right)\frac{i_{sc}}{C_{dc}}-\frac{i_0}{C_{dc}}$其中，R₁为第一电感L₁的串联电阻，R₂为第二电感L₂的串联电阻，C_f为与燃料电池输出端并联的电容，C_dc为与boost电路和双管buck‑boost电路输出端并联的电容，i_fc、i_sc分别为L₁、L₂中的电流，v_dc为直流总线电压，μ₁、μ₂、μ₃分别为第一开关管S₁、第二开关管S₂和第三开关管S₃的占空比，k定义如下：在电流i_sc>0，即双管buck‑boost电路工作在boost状态下，k＝1，在电流i_sc<0，即双管buck‑boost电路工作在buck状态下时，k＝0；S2，令x₁＝i_fc，x₂＝i_sc，x₃＝v_dc，μ₂₃＝k(1－μ₂)+(1－k)μ₃，对系统模型进行变换：$\stackrel{\&CenterDot;}{x_1}=-(1-{\mathrm{\&mu;}}_1)\frac{x_3}{L_1}-\frac{R_1}{L_1}{x}_1+\frac{v_{fc}}{L_1}$$\stackrel{\&CenterDot;}{x_2}=-{\mathrm{\&mu;}}_{23}\frac{x_3}{L_2}-\frac{R_2}{L_2}{x}_2+\frac{v_{sc}}{L_2}$$\stackrel{\&CenterDot;}{x_3}=(1-{\mathrm{\&mu;}}_1)\frac{x_1}{C_{dc}}+{\mathrm{\&mu;}}_{23}\frac{x_2}{C_{dc}}-\frac{i_0}{C_{dc}}$S3，分别将L₁、L₂、R₁、R₂、C_dc用基准值和时变不确定项表示：$\frac{1}{L_i}=\frac{1}{L_{i0}}(1+{\mathrm{\&Delta;}}_{L_i}(t\left)\right)$$R_i=R_{i0}(1+{\mathrm{\&Delta;}}_{R_i}(t\left)\right)$$\frac{1}{C_{dc}}=\frac{1}{C_0}(1+{\mathrm{\&Delta;}}_C(t\left)\right)$其中，L_i0、R_i0和C₀为与L_i、R_i和C_dc一一对应的基准值，和Δ_C(t)为与L_i、R_i和C_dc一一对应的时变不确定项，下标i＝1或2；S4，结合步骤S3，将步骤S2中的模型表示为带有不匹配集总扰动项的模型：$\stackrel{\&CenterDot;}{x_1}=-(1-{\mathrm{\&mu;}}_1)\frac{x_3}{L_{10}}-\frac{R_{10}}{L_{10}}{x}_1+\frac{v_{fc}}{L_{10}}+d_1\left(t\right)$$\stackrel{\&CenterDot;}{x_2}=-{\mathrm{\&mu;}}_{23}\frac{x_3}{L_{20}}-\frac{R_{20}}{L_{20}}{x}_2+\frac{v_{sc}}{L_{20}}+d_2\left(t\right)$$\stackrel{\&CenterDot;}{x_3}=(1-{\mathrm{\&mu;}}_1)\frac{x_1}{C_0}+{\mathrm{\&mu;}}_{23}\frac{x_2}{C_0}-\frac{i_0}{C_0}+d_3\left(t\right)$其中，d₁(t)、d₂(t)、d₃(t)为不匹配集总扰动项，表达式为：$d_1\left(t\right)=-(1-{\mathrm{\&mu;}}_1)\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{L_1}}{L_{10}}{x}_3-(\frac{R_{10}{\mathrm{\&Delta;}}_{R_1}}{L_{10}}+\frac{R_{10}{\mathrm{\&Delta;}}_{L_1}}{L_{10}}+\frac{R_{10}{\mathrm{\&Delta;}}_{R_1}{\mathrm{\&Delta;}}_{L_1}}{L_{10}})x_1+\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{L_1}}{L_{10}}{v}_{fc}$$d_2\left(t\right)=-{\mathrm{\&mu;}}_{23}\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{L_2}}{L_{20}}{x}_3-(\frac{R_{20}{\mathrm{\&Delta;}}_{R_2}}{L_{20}}+\frac{R_{20}{\mathrm{\&Delta;}}_{L_2}}{L_{20}}+\frac{R_{20}{\mathrm{\&Delta;}}_{R_2}{\mathrm{\&Delta;}}_{L_2}}{L_{20}})x_2+\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_{L_2}}{L_{20}}{v}_{sc}$$d_3\left(t\right)=(1-{\mathrm{\&mu;}}_1)\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_C}{C_0}{x}_1+{\mathrm{\&mu;}}_{23}\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_C}{C_0}{x}_2-\frac{{\mathrm{\&Delta;}}_C}{C_0}{i}_0;$S5，使用基于干扰观测器的方法，求解控制器μ₁和μ₂₃，计算式如下：${\mathrm{\&mu;}}_1=1-\frac{L_{10}}{x_3}\left(k_1\right(x_1-i_{fcd})-(x_3-x_{3d})+{\hat{d}}_1-\frac{R_{10}}{L_{10}}{x}_1+\frac{v_{fc}}{L_{10}}-{\stackrel{\&CenterDot;}{i}}_{fcd})$${\mathrm{\&mu;}}_{23}=\frac{L_{20}}{x_3}\left(k_2\right(x_2-i_{scd})-\frac{R_{20}}{L_{20}}{x}_2+\frac{v_{sc}}{L_{20}}-{\stackrel{\&CenterDot;}{i}}_{scd}+{\hat{d}}_2)$其中μ₁控制与燃料电池连接的boost电路，μ₂₃控制与超级电容器连接的双管buck‑boost电路，和为与不匹配集总扰动项d₁(t)、d₂(t)和d₃(t)一一对应的干扰观测器，k₁、k₂分别为常数增益，i_fcd、i_scd、x_3d分别为x₁、x₂、x₃的参考信号，其中i_fcd、i_scd为期望的常值变量，分别为i_fcd、i_scd的微分，x_3d满足如下微分等式：${\stackrel{\&CenterDot;}{x}}_{3d}=\frac{1}{C_0}\left(\right(1-{\mathrm{\&mu;}}_1)x_1+{\mathrm{\&mu;}}_{23}{x}_2-i_0)+k_3(x_3-x_{3d})+(x_1-i_{fcd})+{\hat{d}}_3.$