车载飞轮电池的新型PID控制策略研究

摘要

车载飞轮电池是一种高效能量转换和存储装置，具有储能密度大、充电速度快、使用寿命长、绿色环保等优点，能够极大地改善汽车的动力性能。飞轮转子由磁悬浮轴承支撑，为提高飞轮转子的动力学性能，本文研究了磁悬浮轴承的变加权系数单神经元自适应PID控制策略。 给出了飞轮转子试验系统各环节设计参数，包括磁悬浮轴承、金属轮毂和复合材料轮缘等。利用ANSYS分析了飞轮转子的动力学性能，得到其固有频率及模态振型。计算了各动环过盈量，分析了磁悬浮轴承电磁特性，验证了设计的合理性。建立了磁悬浮轴承控制系统各环节数学模型，完成了磁悬浮轴承的不完全微分PID及变加权系数单神经元自适应PID控制策略设计，并借助MATLAB软件进行了仿真分析，对比了两种控制策略对飞轮转子动力学性能的影响。完成了FPGA集成控制器的模块化开发，编写了相应控制算法的Verilog HDL程序，并在FPGA集成控制器上完成了飞轮转子的静态悬浮和高速旋转试验。 研究结果表明：采用单神经元自适应PID控制策略，能够保证飞轮转子安全平稳地越过临界转速。与不完全微分PID策略相比，单神经元自适应PID策略控制精度高，飞轮转子在全转速范围内的振动幅值变化平坦，且最大振幅在1.66μm以下。同时，在干扰力的作用下，系统调节时间短、鲁棒性好，具有更好的动态性能。

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