本發明主要涉及蓄電池的裝配技術。

背景技術：

隨著電池智能化管理系統的成熟，由鋰電池驅動并控制的電動單車逐漸獲得市場青睞，但鋰電驅動電動車或平衡車相對于步行速度較快，且由于制動響應時間短，帶來安全隱患。而制動的控制，需要對鋰電池的輸出和電機的位置狀態反饋進行快速響應匹配，才能實現優化控制。但目前的控制方法大多采用的PID控制中誤差與微分信號處理存在紕漏和積分反饋對閉環控制系統副反應。尤其是當擾動誤差較大，系統無法快速響應，鋰電池輸出對應直流電機的控制增益量有可能達不到預期的控制效果。

技術實現要素：

發明目的：針對上述現有存在的問題和不足，本發明的目的是提供了一種鋰電驅動控制系統，使得系統在較小誤差時增大反饋增益，較大誤差時降低反饋增益，從而提高了控制效率，也有效地避免了控制系統中控制量飽和或出現過大造成不穩定的現象。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：一種鋰電驅動控制系統，以鋰電池組為動力源輸出并通過擴展狀態觀察器對直流電機位置進行跟蹤控制，所述控制方法包括以下步驟：

(1)首先對直流電機進行位置狀態模型建立：

式中，x₁＝θ、x₂＝ω，θ為電機轉過角度，ω為電機角速度；Ψ_p為電機電磁磁鏈的峰值，I_p為電流峰值，n為電機轉速，n_p為電機轉速峰值，Z為黏滯摩擦系數，T_e和T_L分別為電磁轉矩和負載轉矩，J為電機轉子的轉動慣量并取值為1，K_T為電機轉矩系數并取值為2，U_d為直流電壓，k_e為反電動勢系數并取值為6，R為點數電阻并取值為2，y為狀態模型的輸入幅值；

(2)通過跟蹤微分器對預期輸入信號r進行公式(1)計算，從而得到電機轉動角x1和角速度x2的離散表達式：

其中，T為采樣周期，H₀為濾波因子，r₀為速度因子，均屬于常數集；

(3)先設定輸入幅值y，并作為擴展狀態觀測器初始時的輸入信號z₁和z₂，并通過擴展狀態觀測器依公式(2)計算得到的和以及誤差信號e_k作為其估算輸出信號：

式中，β₀₁、β₀₂、β₀₃是擴展狀態觀察器的反饋控制量的增益，a₁、a₂、δ是可調參數，b為對象控制量的增益，u為對電極位置狀態的增益(即電機轉動角和角速度的修正)；e₁為電機轉動角誤差，e₂為電機角速度誤差；分別是擴展狀態觀測器的兩個輸出狀態(即預測值)。

(4)接著，將u作為非線性狀態誤差反饋的輸入信號，并經過以下公式(3)計算得到非線性狀態誤差反饋輸出信號，即前饋控制量u₀：

u₀＝β₁fal(e₁,a₁,δ)+β₂fal(e₂,a₂,δ)+a₃Δi (3)

式中，β₁、β₂是非線性狀態誤差反饋的反饋控制量增益，a₁、a₂、a₃、δ是可調參數，Δi為直流電機的電流變化幅值，fal函數引入誤差閾值e_c改進后的數學表達式(4)如下：

式中，k是線性反饋的增益；

(5)然后由前饋控制量u₀計算電機位置信號估算擾動的自動補償值其中b₀為對對象控制量增益b的估計值。

進一步的，電機狀態模型中，電機轉子的轉動慣量J取值為1，電機轉矩系數K_T取值為2，反電動勢系數k_e取值為6，電樞電阻R取值為2。

有益效果：與現有技術相比，本發明相對于傳統的PID控制器和ADRC控制器而言，能快速進行擾動消除并進行信號跟蹤反應，提高了電機抗擾動能力和穩定性；同時通過誤差閾值的引入提高了直流電機響應速度，提高系統的控制效率。

附圖說明

圖1為本發明所述直流電機的運動模型；

圖2為本發明與PID對比例在低誤差時的響應曲線對比圖；

圖3為本發明與ADRC對比例在放大幅值的情形下響應曲線對比圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。

本發明使用鋰電池組對直流力矩電機供電，通過以直流電機的位置信號為被控對象，通過跟蹤微分器輸入電機轉子轉動角度x₁和轉動角度的微分項角速度x₂，得到轉動角度和角速度的誤差，并經過非線性狀態誤差反饋得到前饋控制量，并經過擾動自動補償得到對電機的控制量輸出，并作為反饋信號輸入鋰電池組控制模塊對鋰電池組的輸出電流進行調節，具體過程如下:

首先需要對直流電機中轉子位置狀態進行數學建模，本發明的直流電機模型表達式如下所示：

其中，x₁＝θ、x₂＝ω，θ為電機轉過角度，ω為電機角速度；Ψ_p為電機電磁磁鏈的峰值，I_p為電流峰值，n為電機轉速，n_p為電機轉速峰值，Z為黏滯摩擦系數，T_e和T_L分別為電磁轉矩和負載轉矩，J為電機轉子的轉動慣量并取值為1，K_T為電機轉矩系數并取值為2，U_d為直流電壓，k_e為反電動勢系數并取值為6，R為點數電阻并取值為2，y為狀態模型的輸入幅值，然后通過

將u作為非線性狀態誤差反饋的輸入信號，計算得到非線性狀態誤差反饋輸出信號，即前饋控制量u₀：u₀＝β₁fal(e₁,a₁,δ)+β₂fal(e₂,a₂,δ)+a₃Δi(t)，β₁、β₂是非線性狀態誤差反饋的反饋控制量增益，a₁、a₂、a₃、δ是可調參數。其中，fal函數引入誤差閾值e_c改進后的數學表達式如下，式中，k是線性反饋的增益；

本發明引入誤差閾值是基于：當誤差在可接受范圍內，采用增大反饋增益進行線性補償從而實現快速響應使誤差衰減至0；當誤差值較大，則采用非線性函數的抗擾控制器降低反饋增益提高效率，與此同時，通過誤差閾值可以防止反饋增益過低時導致的控制失穩現象，確保控制系統的輸出穩定有效。

預先通過仿真實驗并確定控制系統中各參數的合適取值分別是：T＝0.005，h₀＝0.06，r₀＝60，a₁＝0.75，a₂＝1.25，β₁＝100，β₂＝10，β₀₁＝200，β₀₂＝1000，β₀₃＝200，b＝1.3，δ＝0.01，k＝0.001。從而能確定控制系統的各數學模型表達式，然后通過輸入階躍信號，并比較不同轉動角位移情形下，本發明控制系統的擾動自平衡響應時間，從而確定本發明控制系統的性能。如圖2所示通過輸入階躍信號，并與PID控制模式作為對比例進行比較兩者的響應時間，在輸入轉動較小幅值的轉動角位移時，本發明和對比例均能較快響應擾動并回歸到期望值，本發明的回歸速度回更快；如圖3所示，當輸入幅值放大到500倍時，通過與ADRC控制模式對比例進行比較可知，ADRC控制模式明顯出現失穩，抗擾動達到預期值所需時間明顯比本發明的反應時間要長。因此本發明在當誤差輸入量較大的情況下，本發明能更快進行補償消除擾動從而具有更優秀的控制性能。