利索能及
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专利号: 2022109871816
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于PI前馈模型预测控制算法的馈能型悬架控制系统,其特征在于,包括:建立1/4馈能悬架动力学模型、直线电机和Boost电路模型,直线电机用于在车辆行驶于不平路面时,悬架的振动使得电机内永磁铁和线圈之间产生相对运动,从而产生感应电动势和感应电流,产生电磁阻尼力阻碍悬架相对运动,从而衰减路面不平引起的振动,提高车辆的乘坐舒适性,Boost电路用于提升馈能电压幅值,从而避免电压幅值较小而无法进行使用;

建立1/4馈能悬架动力学的模型如下:

其中,ms为簧载质量;mu为非簧载质量;zs为簧载质量位移;zu为非簧载质量位移;zr为路面垂向位移;ks为悬架刚度;kt为轮胎刚度;cs为悬架阻尼系数;F为作动力;

直线电机电磁阻尼力表达式如下:

其中,ke为直线电机反电动势系数;ki为直线电机推力系数;R为馈能电路等效电阻;r为直线电机内阻;

针对Boost电路设计PI前馈模型预测控制算法,包括基于PI控制与前馈控制结合的电压外环、基于模型预测控制的电流内环;同时在电压外环、电流内环中,设计电感电流观测器与负载扰动观测器;针对Boost电路PI前馈模型预测控制算法中电流内环,设计电感电流观测器,所述电感电流观测器将输入电压ui和电感电阻RL重构为扰动变量w,将电感电流的观测值与扰动观测值用于计算下一时刻电感电流值针对Boost电路PI前馈模型预测控制算法中电压外环,设计负载扰动观测器,所述负载扰动观测器将电感电流观测器估计得到的电感电流观测值 作为负载扰动观测器的输入,用以估计输出电压 与输出电流 以此估计负载电阻 并计算参考电感电流iref(k+1);

在Boost电路PI前馈模型预测控制算法的电压外环中参考电感电流由PI控制器对输出电压稳态误差的修正与功率平衡原理得出的观测器输出参考电流构成;在电流内环模型预测控制器的代价函数设计中,同时考虑了输出电压与电感电流的误差;

针对Boost电路PI前馈模型预测控制算法的电感电流观测器,表达式如下:其中,iL(k)为kT时刻的采样电流,w(k)为扰动变量; 为电感电流观测值, 为输入电压ui和电感电阻RL引起的扰动观测值;

将输入电压ui和电感电阻RL建模为扰动变量w,

w(t)=ui(t)‑iL(t)RL

其中,ui为输入电压,RL为电感电阻;

针对Boost电路PI前馈模型预测控制算法的负载扰动观测器,表达式如下:由上式可知, 中使用了电感电流观测器中电感电流的观测值 用以估计

输出电压 与输出电流 并计算负载电阻 负载扰动观测器的设置,用以避免负载发生突变时影响馈能电压的稳定,通过观测器对负载电阻的估计使得能量回馈控制系统可以对扰动做出快速响应,从而提高了能量回馈控制系统的鲁棒性和动态响应速度;

基于PI控制与前馈控制的模型为:

其中,iref为参考电流,uref为参考电压, 为扰动变量观测值, 为负载等效电阻观测值, 为输出电压观测值;

基于模型预测控制的的模型为:

其中,d为占空比,扰动变量观测值, 为输出电压观测值,iref为参考电流, 为电感电流观测值,L为电感感值,T为采样周期。

2.根据权利要求1所述的基于PI前馈模型预测控制算法的馈能型悬架控制系统,其特征在于,所述电压外环采用结合前馈补偿的PI控制器计算得到参考电流,所述电流内环通过模型预测控制模块输出最优占空比,驱动脉宽调制器产生脉冲信号控制MOSFET的导通与关断,使得馈能电压稳定在期望电压值。