基于DSP控制系统的离散模型参考自适应算法在燃料电池车中的实现

基于DSP控制系统的离散模型参考自适应算法在燃料电池车中的实现燃料电池车是以氢气为燃料，氢气与大气中的氧气发生化学反应，通过电极将化学能转化为电能，以电能作为动力驱动汽车前进。燃料电池汽车具有高效率、无污染、零排放、无噪声等高科技优势，代表了未来汽车使用新型能源、先进科技以及追求环保的发展趋势，领导着汽车工业革命的新潮流。电机驱动系统是燃料电池车的心脏，直接影响着燃料电池车性能的优劣。数字信号处理器(DSP)的发展使各种先进的控制策略应用于电机驱动系统成为可能。模型参考自适应控制在电动汽车中的应用，能够提高电动汽车电机驱动系统性能，加速电动汽车产业的发展。l燃料电池车及其离散MRAC电机控制系统本文所研究的燃料电池车电机是型号为XQ-5-5H的5kW直流牵引电机，对电机的控制采用包括电流环和速度环的双闭环调速系统，其结构框图如图1所示。图中虚线方框内由以DSP为核心的控制系统来实现。本文主要探讨其软件的没计。对双闭环调速系统的设计在此不做详细讨论，这里只给出设计结果。对电流的调节采用传统的PI调解，其传递函数为：式中：K为PI调节器比例部分的放大系数；τ为积分时间常数。对速度的调节采用自适应调解方法，为了便于计算机实现，采用离散模型参考自适应控制，结构图如图2所示。对于其具体说明参见文献。2控制系统软件设计2．1硬件系统介绍基于FMS320LF2407A的燃料电池车电机驱动控制系统硬件系统方框图如图3所示，主要包括给定信号检测电路、电流检测电路、速度检测电路、PWM输出电路和DSP外部电路。2．2主程序设计主程序包括初始化程序和循环等待2部分。系统上电或复位后主程序自动运行，它首先将系统初始化，主要包括硬件初始化即根据要求给各种硬件如时钟及看门狗模块、I／O模块、定时器、SCI模块、ADC模块、定时器、控制寄存器等赋值，以便各模块正常工作，以及程序全局变量初始化，主要包括电流PI调节、转速自适应控制调节参数初始化以及其他全局变量初始化，然后开中断并等待。2．3PWM中断处理程序设计采用定时器周期中断标志启动A／D转换，当T1下溢时启动A／D转换，所检测的电流经处理后接模／数转换器的ADCIN00引脚，当转换完成后，中断标志位都被设置为1，则在A／D中断服务程序中将转换结果读出，完成1次A／D采样。转换结束后申请PWM中断，PWM中断完成主要的控制功能，流程图如图4所示。由于电机控制系统的机械时间常数远大于系统的电气时间常数，系统的速度环控制周期可比电流环控制周期大。该系统在每个PWM周期中都进行一次电流采样和PI调节，因此电流采样周期与PWM周期相同，可以实现实时控制，而速度环控制周期选为每100个PWM周期，对速度进行1次调节。在每个电流控制周期，被QEP单元计数的脉冲数被累加到变量speedcount中，变量speedflag从初始值speedstep(100)开始减1直到等于0，此时读取100个电流控制周期(1个速度控制周期)的总脉冲数进行速度计算，并将speedcount清零，将变量speedflag赋初始值，开始下一次速度脉冲计数。2．4电流PI调节器程序设计式(1)给出的调节器为连续传递函数，为了便于计算机的实现，使用防积分饱和的PI调节器，其算法改进为：式中：KI=KP／τ；KC=KI／KP=T／τ，根据防饱和的PI调节器算法确定系统流程图如图5所示。2．5速度自适应程序设计速度自适应调节算法在图2中已经给出，该算法为离散自适应算法，可直接用于程序设计。离散模型参考自适应分为参考模型和被控对象两部分，所以首先讨论参考模型的实现。对于二阶参考模型其离散方程可表示为：这样可以得到参考模型输出。被控对象速度输出y(k)由速度检测电路检测，可得预报误差：可得u(k)。根据以上分析编写速度自适应控制程序，流程图如图6所示。3结语自适应控制理论在燃料电池车电机控制系统中的应用，对于提高电动汽车的驱动性能具有较好的效果。本文探讨了在电机DSP控制系统中，离散模型参考自适应算法的实现，对于各种先进的控制策略在电动汽车中的应用进行了积极的探索，对于推动电动汽车产业的发展具有重要意义。