直驱工况扭振控制的PID参数设计方法、系统及介质与流程

本发明属于混动车型的振动噪声控制，具体涉及一种直驱工况扭振控制的pid参数设计方法、系统及介质。

背景技术：

1、目前针对燃油车传动系统的扭振控制已经有比较成熟的方法,如使用双质量飞轮、离心摆、橡胶阻尼式扭转减振器、弹性联轴器等。随着新能源汽车的不断普及，混动车型逐渐受到了消费者更多的青睐，然而针对混动车型的扭振控制却并未引起足够的关注。

2、当前市场上的混动车型存在发动机直驱工况，即动力主要由发动机提供，驱动电机的输出扭矩接近于零。在直驱工况下，电驱总成里的空套齿轮在发动机的二阶激励下存在敲击风险。齿轮敲击后产生的宽频响应可能激发起其他零部件的共振，共振产生的结构噪声通过悬架传递至车内，导致驾乘人员出现抱怨。考虑到双质量飞轮与离心摆存在较高的使用成本，运用价格相对低廉的扭矩限制器，并且在电机上运用经济实用的pid控扭技术就显得尤为重要。

3、pid(包括pi、pd)控制器问世已有近70年的历史，广泛应用于各种控制系统中，如电路控制、流量控制、压力控制、温度控制等，具有结构简单、工作可靠、稳定性好等诸多优点。工程技术人员针对pid控制器的参数设计方法已做过大量研究，在不同领域设计方法各不相同。当前对于混动车型扭振控制的pid参数设计，在工程上大多采用反复试凑的方法，虽能解决问题，但得到的结果往往不是最优解，且缺乏理论支撑、效率低下。

4、因此，有必要开发一种新的直驱工况扭振控制的pid参数设计方法、系统及介质。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种直驱工况扭振控制的pid参数设计方法、系统及介质，以达到较好控制稳态转速波动与快速消除瞬态转速波动的工程需求。

2、第一方面，本发明所述的直驱工况扭振控制的pid参数设计方法，包括以下步骤：

3、s1：在仿真软件中搭建传动系统在直驱工况下的多自由度扭振模型；

4、s2：计算直驱工况下的p1电机处二阶扭振响应，根据车型设定直驱工况下的二阶扭振目标线；

5、s3：建立雅克比矩阵jjac的函数表达式；

6、s4：建立系统的第一阶模态阻尼比与雅克比矩阵jjac的关系式；

7、s5：建立以微分调节系数kd最小值为优化目标的优化模型；

8、s6：求解不同频率下的最小微分调节系数kd和与之对应的阻尼调节系数kp。

9、可选地，所述步骤s1中，多自由度扭振模型的振动方程为：

10、

11、其中：n表示传动系统多自由度扭振模型的自由度个数，θn×1表示n维角位移列向量、表示n维角速度列向量、表示n维角加速度列向量，jn×n表示n阶转动惯量方阵、cn×n表示n阶扭转阻尼系数方阵、kn×n表示n阶扭转刚度方阵、tn×1表示n维激励力矩列向量。

12、可选地，所述步骤s3具体为：

13、引入一个辅助方程：

14、

15、将公式(2)与公式(1)联立得到：

16、

17、令则则公式(3)的自由状态方程表示为：

18、

19、其中：

20、

21、令x为幅值列向量，λ为特征值，t为时间，有x＝x·eλt，则公式(4)转化为：

22、(a·λ+b)x＝0 (6)

23、令i2n×2n为2n×2n的单位矩阵，将公式(6)左乘a-1得到：

24、[λi2n×2n-(-a-1b)]x＝0 (7)

25、此时求解自由状态方程的特征值已转化为求解矩阵-a-1b的特征值，-a-1b即为自由状态方程关于状态变量x的雅可比矩阵，定义为jjac，则公式(7)表示为：

26、[λi2n×2n-jjac]x＝0 (8)

27、令in×n为n×n的单位矩阵，为jn×n的逆矩阵，则jjac表示为：

28、

29、可选地，所述步骤s4具体为：

30、由于自由状态方程存在非零解，故系数矩阵行列式的值为零：

31、|λi2n×2n-jjac|＝0 (10)

32、方程的特征值为n对共轭复数，分别为σ1±jωd1、σ2±jωd2、…、σn±jωdn，其中σi代表第i阶模态的阻尼因子，虚部ωdi代表第i阶模态的自由振动频率，i＝1、2、…、n；设ζi为第i阶模态的阻尼比，ωi为第i阶模态的固有频率，则第i阶特征值si表示为：

33、

34、则ζi的计算式为：

35、

36、可选地，所述步骤s5具体为：

37、在多自由度模型的p1电机位置处中增加pid控制器模块，对于直驱工况频率范围内的任意频率，以微分调节系数kd与阻尼调节系数kp为优化变量，以微分调节系数kd最小化为优化目标，以p1电机的二阶扭振响应|θ2(k)|低于二阶扭振目标线θt、第一阶模态阻尼比ζ1等于1为限制条件，建立优化模型：

38、

39、式中，f(kd,kp)表示微分调节系数kd，ζ1＝1、|θ2(k)|≤θt为限制条件；在优化求解器中求解，得到所需最小微分调节系数kd和与之对应的阻尼调节系数kp。

40、可选地，所述步骤s6具体为：

41、在直驱工况的频率范围内进行等间距的频率插值，共n个频率，分别为ω1、ω2、…、ωn，分别计算每个频率下的最小微分调节系数kd与对应的阻尼调节系数kp。

42、第二方面，本发明所述的一种直驱工况扭振控制的pid参数设计系统，包括存储器和控制器，所述存储器内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被控制器调用时能执行如本发明所述的直驱工况扭振控制的pid参数设计方法的步骤。

43、第三方面，本发明所述的一种介质，其内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被控制器调用时能执行如本发明所述的直驱工况扭振控制的pid参数设计方法的步骤。

44、本发明具有以下优点：将燃油车的扭振控制方法直接应用到混动车辆上存在着成本高、动力响应慢、能耗高、无法有效控制瞬态响应等缺点，导致混动车辆严重缺乏市场竞争力。本发明提出使用扭矩限制器配合pid控扭振的方法，价格低廉、动力响应灵敏度高，且能够有效控制能耗，能够达到较好控制稳态转速波动与快速消除瞬态转速波动的工程需求。

技术特征：

1.一种直驱工况扭振控制的pid参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的直驱工况扭振控制的pid参数设计方法，其特征在于：所述步骤s1中，多自由度扭振模型的振动方程为：

3.根据权利要求2所述的直驱工况扭振控制的pid参数设计方法，其特征在于：所述步骤s3具体为：

4.根据权利要求3所述的直驱工况扭振控制的pid参数设计方法，其特征在于：所述步骤s4具体为：

5.根据权利要求4所述的直驱工况扭振控制的pid参数设计方法，其特征在于：所述步骤s5具体为：

6.根据权利要求5所述的直驱工况扭振控制的pid参数设计方法，其特征在于：所述步骤s6具体为：

7.一种直驱工况扭振控制的pid参数设计系统，其特征在于：包括存储器和控制器，所述存储器内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被控制器调用时能执行如权利要求1至6任一所述的直驱工况扭振控制的pid参数设计方法的步骤。

8.一种介质，其特征在于：其内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被控制器调用时能执行如权利要求1至6任一所述的直驱工况扭振控制的pid参数设计方法的步骤。

技术总结
本发明涉及一种直驱工况扭振控制的PID参数设计方法、系统及介质，包括以下步骤：S1：在仿真软件中搭建传动系统在直驱工况下的多自由度扭振模型；S2：计算直驱工况下的P1电机处二阶扭振响应，根据车型设定直驱工况下的二阶扭振目标线；S3：建立雅克比矩阵J
技术研发人员：谭小东,梁伟龙,邵俊龙,余波,罗贤能
受保护的技术使用者：重庆长安汽车股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16