成功案例
加速工程及科技創新，讓智能裝備的設計研發更簡單高效
SCI丨基于擾動觀測器的永磁輪轂電機滑模控制策略
一、基本信息：
研究方向：多電機協同控制
發表于 Scentific Reports
影響因子：4.6
二、論文內容簡介
本文提出了一種結合快速終端滑模觀測器（FTSMO）的新型滑模控制（NSMC）策略，以解決分布式驅動電動汽車（DDEV）中安裝的輪式電機（PMIWM）永磁體的參數變化問題。首先，采用一種新的滑模功率收斂律來提高PMIWM控制器的響應速度。其次，建議使用FTSMO來補償PMIWM系統的參數變化，以增強控制對象的魯棒性。最后，設計了一個模糊控制器來調整NSMC的控制參數，以優化控制性能。多次仿真和實驗表明，所提出的FTSMO-NSMC方案可以精確補償控制對象的參數變化，有效提高控制精度。
三、研究背景
由于對節能環保汽車的需求日益增加，電動汽車（EV）正逐漸成為研究熱點。分布式驅動電動汽車（DDEV）是一種新型的電動汽車，可以去除一些多余的發動機零件，如變速箱、差速器和傳動軸，從而縮短傳動鏈，提高車輛的傳動效率。此外，DDEV還具有空間利用率高、能耗低、控制精度理想等優點，這使得DDEV在汽車行業具有廣闊的前景。
為了實現更高的傳動效率和更好的空間布局結構，安裝在DDEV車輪上的永磁體輪轂電機（PMIWM）被廣泛用于為DDEV5提供驅動力。由于DDEV使用電纜連接而不是機械連接，并且輪內電機之間沒有差異，PMIWM的控制精度和響應速度大大提高，這DDEV的安全性和舒適性起著重要作用。關于PMIWM控制，應該解決兩個關鍵問題：第一，如何觀察和消除PMIWM系統的干擾。其次，如何優化PMIWM系統的控制精度和響應速度，以確保每個PMIWM系統都能在給定時間內對指令做出響應。基于上述兩個問題，本文提出基于擾動觀測器的永磁輪轂電機滑模控制策略進行有效的解決。
四、創新內容與工程應用價值
在以往的干擾估計方法中，SMO是研究人員使用最廣泛的方法。然而，傳統的SMO估計方法有其缺陷，即滑模面不能在有限時間內收斂到穩定點。為了解決這個問題，我們提出了一種快速終端滑模觀測器（FTSMO），它可以通過引入非線性函數來解決收斂問題。此外，我們設計了一種新的滑模控制（NSMC）方案，該方案采用了一種新型的功率收斂律，可以解決傳統SMC中存在的不連續項，以削弱抖振值，并且可以通過模糊控制器實時調整NSMC的控制參數，以解決抖振/收斂時間困境。主要創新點如下：
1.設計了一種基于新型功率收斂律的NSMC方法來降低抖振值。
2.提出了一種FTSMO來估計每個電機的內部參數和外部負載扭矩的干擾，可以補償干擾的影響。
3.設計了一個模糊控制器，實時調整NSMC方案的增益參數，以獲得理想的收斂速度和輕微的抖動值。
五、基于靈思創奇設備
本論文主要基于靈思創奇的電機控制平臺進行實物試驗，分別進行了以下試驗：
1. 電機啟動試驗
2. 電機加/減速試驗
3. 電機加/減載試驗
均取得了較理想的試驗效果，也基于試驗結果成功的在該中科院2區期刊上從投稿到出版僅用了40多天，后續可以借助該控制平臺獲得更多電機控制方向的成果。