[发明专利]一种锂电驱动控制系统

说明书

技术领域

本发明主要涉及蓄电池的装配技术。

背景技术

随着电池智能化管理系统的成熟，由锂电池驱动并控制的电动单车逐渐获得市场青睐，但锂电驱动电动车或平衡车相对于步行速度较快，且由于制动响应时间短，带来安全隐患。而制动的控制，需要对锂电池的输出和电机的位置状态反馈进行快速响应匹配，才能实现优化控制。但目前的控制方法大多采用的PID控制中误差与微分信号处理存在纰漏和积分反馈对闭环控制系统副反应。尤其是当扰动误差较大，系统无法快速响应，锂电池输出对应直流电机的控制增益量有可能达不到预期的控制效果。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种锂电驱动控制系统，使得系统在较小误差时增大反馈增益，较大误差时降低反馈增益，从而提高了控制效率，也有效地避免了控制系统中控制量饱和或出现过大造成不稳定的现象。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种锂电驱动控制系统，以锂电池组为动力源输出并通过扩展状态观察器对直流电机位置进行跟踪控制，所述控制方法包括以下步骤：

(1)首先对直流电机进行位置状态模型建立：

式中，x₁＝θ、x₂＝ω，θ为电机转过角度，ω为电机角速度；Ψ_p为电机电磁磁链的峰值，I_p为电流峰值，n为电机转速，n_p为电机转速峰值，Z为黏滞摩擦系数，T_e和T_L分别为电磁转矩和负载转矩，J为电机转子的转动惯量并取值为1，K_T为电机转矩系数并取值为2，U_d为直流电压，k_e为反电动势系数并取值为6，R为点数电阻并取值为2，y为状态模型的输入幅值；

(2)通过跟踪微分器对预期输入信号r进行公式(1)计算，从而得到电机转动角x1和角速度x2的离散表达式：

其中，T为采样周期，v₀(k)为速度跟踪信号，h₀为滤波因子，r₀为速度因子，均属于常数集；

(3)先设定输入幅值y，并作为扩展状态观测器初始时的输入信号z₁和z₂，并通过扩展状态观测器依公式(2)计算得到的和以及误差信号e_k作为其估算输出信号：

式中，β₀₁、β₀₂、β₀₃是扩展状态观察器的反馈控制量的增益，a₁、a₂、δ是可调参数，b为对象控制量的增益，u为对电极位置状态的增益(即电机转动角和角速度的修正)；e₁为电机转动角误差，e₂为电机角速度误差；分别是扩展状态观测器的两个输出状态(即预测值)。

(4)接着，将u作为非线性状态误差反馈的输入信号，并经过以下公式

(3)计算得到非线性状态误差反馈输出信号，即前馈控制量u₀：

u₀＝β₁fal(e₁,a₁,δ)+β₂fal₁(e₂,a₂,δ)+a₃Δi (3)

式中，β₁、β₂是非线性状态误差反馈的反馈控制量增益，a₁、a₂、a₃、δ是可调参数，Δi为直流电机的电流变化幅值，fal函数引入误差阈值e_c改进后的数学表达式(4)如下：

式中，k是线性反馈的增益；

(5)然后由前馈控制量u₀计算电机位置信号估算扰动的自动补偿值其中b₀为对对象控制量增益b的估计值。

有益效果：与现有技术相比，本发明相对于传统的PID控制器和ADRC控制器而言，能快速进行扰动消除并进行信号跟踪反应，提高了电机抗扰动能力和稳定性；同时通过误差阈值的引入提高了直流电机响应速度，提高系统的控制效率。

附图说明