基于神经网络联合逆的4WID多电机协调容错控制

四轮独立驱动电动汽车(4WID-EV) 中的冗余执行器系统，可用来优化整车动态特性，提高4WID系统带故障运行能力，从而提高4WID-EV的操控性、稳定性、可靠性。本项目从电机及其驱动系统，整车4WID容错协调控制入手，以提高4WID电动汽车的可靠运行，尤其是驱动电机故障下的整车运行的可靠性。 本项目延续国家自然基金（51077066）的研究，对新型容错电机优化设计进行持续、深入研究，又提出了三种新型永磁容错电机，并总结了此类电机的优化设计准则，提高新能源车辆驱动电机的可靠性。针对新型五相永磁容错电机搭建了驱动控制系统，展开了多相电机的直接转矩控制、容错控制方法研究，提出了多种SVPWM控制方式，提高此类电机的控制性能，以满足电动汽车驱动所需。针对4WID电动汽车整车状态的集成观测、4WID驱动系统的协调运行的可靠性展开研究；采用神经网络联合逆理论与方法，结合其它状态观测理论与方法，实现对车辆运动状态中不直接可测量观测的同时，抑制整车横摆运动与侧向运动之间的耦合关系，改善整车控制性能。并针对4WID电动汽车冗余驱动的特点，从控制分配层中考虑驱动电机、轮胎与路面附着系数以及驱动电机故障等约束条件，建立优化准则，提高4WID的带故障运行能力，提高整车运行的可靠性。搭建轮毂电机驱动的分布式4WID电动汽车实验平台，以dSPACE实时仿真系统构建快速控制原型，对整车状态观测及容错控制进行实验验证。 项目执行期内，完成的相关成果受到国内外专家的认可。获国家科学技术发明二等奖一项，发表SCI论文22篇，EI论文15篇，获授权发明专利8项。 2100433B

四轮独立驱动（4WID）已成为电动汽车发展的重要方向之一，其驱动系统的协调控制及可靠性问题制约其走向实用。本项目旨在提高4WID电动汽车的带故障运行能力，融合容错电机、多电机协调与车辆主动安全控制，藉此实现多电机系统故障条件下的协调运行。建立面向转矩协调控制的电机-轮胎-车辆联合数学模型；研究基于神经网络左逆软测量的车辆状态集成观测方法；剖析车辆横向、纵向之间的动力学耦合特性，提出神经网络联合逆的多电机协调容错控制理论；建立系统故障诊断与最小损耗的容错控制策略；搭建多电机驱动整车模拟实验系统；提炼基础科学问题，探索故障条件下多电机协调容错控制的一般性规律。项目属控制工程与汽车工程交叉学科的应用基础研究，为我国研制开发具有自主知识产权的高可靠性电动汽车驱动系统奠定理论与实验基础，还可以推广到其它对系统连续运行有较高要求的多电机驱动领域。

本项目的研究对象为包含多通道多余度起动/发电机、功率变换单元、集成电作动器的多电机系统。首先对多电机系统包含的电机进行设计和电磁分析，针对永磁双凸极发电机进行优化设计，分析了电机内部的空间磁场分布特点静态特性参数，针对双余度永磁同步电动机对样机的磁场分布和气隙磁密进行了仿真分析，并计算了电机的磁链与电感特性；进而建立了永磁双凸极电机考虑相间、通道间互感的非线性数学模型，建立了基于坐标变换理论考虑互感耦合的双余度永磁同步电机的数学模型，依据数学模型建立具有余度切换功能的仿真模型，对不同工况进行了仿真分析，并对开关磁阻电机和永磁双凸极电机的容错性能进行了对比，为系统容错运行策略的选择提供依据；提出了一种电容储能型功率变换电路，使用新型的控制策略用于驱动永磁双凸极电机，可以在一个很宽的速度范围内使发电系统具有更高的发电能力；采用一种冗余结构的DC-DC变换拓扑，可以实现270VDC到28VDC的变换，通过对可能出现的各种典型故障下的工作性能进行分析，证实可以实现容错变换的要求；基于磁网络理论利用磁路分割法从磁路分析的角度建立双余度永磁同步电机的等效磁路模型，考虑电机定转子齿部、轭部磁路和材料非线性磁饱和的影响，不仅可以计算每相绕组的自感特性，而且还可以计算各相之间的互感特性，大大提高了模型的实用性；以张量电网络理论为基础，并结合双余度永磁同步电机的等效磁路模型，提出了双余度永磁同步电机及电力电子驱动电路的张量法仿真，此方法侧重对双余度永磁同步电机总体性能的模拟，比较适合对控制系统动态性能的快速分析，简化了计算过程，缩短了仿真时间；在传统控制策略的基础上，提出了双余度永磁同步电机的双余度运行控制策略，构架了双余度机电作动系统并完整地对其进行了工作模态分析，提出了工作模态与故障模态之间的转换机制，并在不同的工作模态进行了控制率设计和模态之间的控制率重构，并通过仿真验证了方法的有效性；建立多电机系统的实验平台和半实物仿真平台，包括dSPACE仿真器、RT_LAB仿真器、两套起动发电机，两套功率变换电路，两套电作动器，对系统各组件的正常工作状态、故障状态进行实验研究，并对容错控制策略进行实验验证，为进一步研究多电航空电气系统提供了理论和实践基础。

提出一种含有多通道多余度起动／发电机、功率变换单元、集成电作动器的多电机系统。从系统的层面研究多通道发电系统冗余供电、多余度功率变换器和逆变器智能配电及多通道集成电作动器冗余用电中的关键技术问题。建立该多电机系统的数学模型，构建系统半实物仿真平台，研究各种工作模式和运行状态下的系统特性和控制策略，并确定实际系统控制所需要的各种参量；建立多电机系统场路耦合的故障分析模型，研究系统中各种典型故障状态，获得多电机系统的各种故障特性，为系统容错运行策略的选择提供依据；研究多电机系统故障检测、故障隔离和系统重构技术，解决多余度发电故障状态下的电流均衡和多余度用电故障状态下的负载均衡问题；提出多电机系统的冗余管理及容错运行综合控制策略；搭建多电机系统实验台，对多电机系统的冗余运行、各类故障状态、系统负载变化等进行试验研究，以验证理论研究的正确性和有效性，为进一步研究多电航空电气系统奠定基础。

基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统专利目的

《基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统》的目的是提供一种保压能耗低、泄压速度快、且降压或泄荷对油泵和伺服驱动系统的冲击小的基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统。

基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统技术方案

一种基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统，包括有主机控制器、至少2个伺服泵、油管、油箱，所有伺服泵的各支油管道汇接于一起构成系统的主油管道，其中：所有伺服泵中有1个是主伺服泵，主伺服泵所在的油管道构成系统的主控支油管道，所有伺服泵所在的支油管道在进入系统主油管道之前串接有一个单向阀，在该主伺服泵的单向阀两端并联有主压力控制器；所述主压力控制器包括有插装阀和压差节流孔，所述插装阀的进油腔和控制腔、压差节流孔的两端分别并联在该主伺服泵的单向阀的出油口和进油口两端，所述插装阀的回油腔通向油箱。

在对上述基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统的改进方案中，在该系统的主油管道上设有安全阀，该安全阀的出油口通向油箱。

在对上述基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统的改进方案中，所述插装阀的控制腔连接有先导安全阀，所述先导安全阀的进油端与插装阀控制腔端汇交并连通主控支油管道，所述先导安全阀的出油端通向油箱；在所述先导安全阀的进油端与插装阀控制腔汇交后与单向阀的进油端之间设置有先导节流孔。

在对上述基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统的改进方案中，所述的压差节流孔开在该插装阀的主阀芯中。

在对上述基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统的改进方案中，所述的伺服泵包括有伺服电机驱动器、伺服电机、液压泵、检测元件和制动电阻。

在对上述基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统的改进方案中，所述的检测元件包括有压力传感器和编码器，所述的液压泵为齿轮泵。

基于伺服电机控制的多泵组合控制液压动力系统改善效果

1、由于该系统只需要单台小排量伺服泵（主泵）就可以完成保压和泄荷动作，此时其它伺服泵（辅泵）可以空载运行，因此可以大大降低保压能量消耗，这对于大吨位注塑机成型的大质量注塑件需要长时间保压具有重要意义。

2、由于采用大通径的插装阀作为主压力控制器的主压力阀来完成降压和泄荷，因此，泄压快，噪音低，对伺服泵系统的冲击小，可以延长伺服泵的使用寿命。

3、可以避免辅助伺服泵工作在低速大扭矩（保压）运行状态，可以降低辅泵的伺服电机和驱动器的配置要求，从而降低成本，提高产品竞争力。

4、不需要专门的伺服电机联立控制器，可以降低采购成本。

5、由于伺服电机反向制动的负载大大降低，可以减少制动电阻的配置功率。

6、除适用于任意多组伺服泵的控制要求外，还可以用在伺服电机驱动大、小双排量柱塞泵的泄荷回路。