器外控制电路是基于IGBT的Boost电路，通过调节IGBT 的占空比，可改变外转子三相绕组电流，就可改变电磁转矩的大小，从而实现内转子和转向 栗转速的精确控制。结合图1至图3,建立转向栗转速误差的状态方程的过程包括如下： [0057] 1、建立起永磁转差离合器的数学模型，包括电压方程、电磁转矩方程和运动方程：
[0058] 电压方g
[0059] 电磁转矩方程Te = CmId
[0060] 运动方g
[0061] 其中，Ud为感应电动势，k为感应电动势系数，D为占空比，Uc为电容端电压，Ld为外 转子整流回路等效电感，Id为外转子整流回路绕组电流，R为外转子整流回路等效电阻，ω ^ ?2分别为外、内转子机械角速度，C为电容，Te为电磁转矩，Cm为转矩系数，Tl为负载转矩，F 2 为内转子转动阻尼系数，J2为内转子转动惯量。
[0062] 2、定义状态变量E=[ei，e2]T，即
。
[0063] 其中，cod为转向栗理想转速，
[0064] 3、根据上面建立的永磁转差离合器的数学模型，推导得转向栗转速误差的状态方 程为：
[0065]
[0066] 其中，
U为控制量。
[0067] 4、考虑永磁转差离合器中参数不确定因素，包括参数摄动和外界干扰等，此时％ 可表示为：
[0068]
[0069]其中，Af，Ag分别为对应项的不确定因素，它们都是有界的。记g(t)为总的不确 定性，8(〖）=4€+4 81!+(1(〖），所以转向栗转速误差的状态方程又可表示为：
[0070]
[0071] 其中，g(t)有界，|g(t)| <lg，lg为干扰上界。
[0072] 步骤三.基于李亚普诺夫函数设计自适应非奇异终端滑模控制器
[0073] 为了实现永磁转差离合器式电控液压助力转向系统的操纵稳定性、安全性和节能 性的相互协调，提出"不转向时液压系统维持基本压力，原地转向时提供最大的助力，随着 车速的升高，提供的助力逐渐减小"的控制要求。且在重型车辆实际运行过程中，存在各种 不确定因素和外界干扰，如发动机转速波动，路面激励等，针对此系统，提出了利用自适应 非奇异终端滑模控制方法对永磁转差离合器进行转速控制，控制策略如图4所示，控制器设 计过程如下：
[0074] 1、根据建立的系统状态方程，选取非奇异终端滑模面为：
[0075]
[0076] 其中，β>〇，ρ和q为正奇数，且l〈p/q〈2。
[0077] 2、利用非奇异终端滑模面建立非奇异终端滑模控制律为：
[0078]
[0079] 其中，n>0。
[0080] 3、用18的估计值ξ代替Ig，得到自适应非奇异终端滑模控制律为：
[0081]
[0082] 4、定义李亚普诺夫函数：
[0083]
[0084] 其中，乙，m为可调参数。
[0085] 所以：
[0086] 5、设计自适应律：久=^卜|，e=丄一ej，则有 β q
[0087]
[0088] 因为1<之<2，q>〇，则0〈之―L<1，又 β>〇，则 >0 ( e2 关 0时），推出 q q ，u
，所以当e2矣0时，F < 〇 ,根据李雅普诺夫稳定性定理，可知该闭环控制系 统稳定，系统将在有限时间收敛到零。
[0089]在Simul ink仿真环境下验证本发明提出的方法
[0090] 选取各参数如下：
[0091] k = 0.6,Ld = 0.00 03, c = 0.00004 J2 = 0.0 8,F2 = 0.0 3,R = O. 5,
[0092] 0=l〇〇〇，p = 9，q = 7，n = 25〇〇
[0093] 原地转向时，转向系统需提供最大的助力，即转向栗转速最高，此时理想转速为 600r/min。如图5所示，在原地转向时，自适应非奇异终端滑模控制转速跟踪误差图，从图中 可以发现在很短的时间误差曲线基本收敛到零。如图6所示，在原地转向时，将自适应非奇 异终端滑模与普通滑模对永磁转差离合器转速控制效果进行对比，发现自适应非奇异终端 滑模控制能克服参数摄动和外界干扰的问题，收敛速度比滑模控制快，鲁棒性更好。其他不 同车速工况下理想转速通过设计的随速可变助力特性求得，转速控制效果，都如原地转向 工况下相似，在这里就不一一列出。
[0094] 如图7所示，在某一工况下，发动机转速维持在1300r/min(此时转向栗理想转速为 450r/min)，但是在1.0-1.5s因受到干扰，发动机转速而发生波动，在此情况下，如图8所示， 自适应非奇异终端滑模控制能很好的克服外界干扰，控制系统具有良好鲁棒性。
[0095] 以上所述，仅用来描述本发明的实施方式，并不用于限定本发明的保护范围，在不 违背本发明原理前提下的修改和润饰，都应属于本发明保护范围内。
【主权项】
1. 一种永磁转差离合器，其特征在于，包括外转子、内转子和外控制电路;所述外转子 内嵌有=相绕组，=相绕组通过滑环和电刷与外控制电路连接，内转子表贴永磁体，构成隐 极式内转子结构；当外转子旋转时，所述内转子与所述外转子间产生电磁转矩，所述电磁转 矩带动所述内转子旋转;所述外控制电路是基于IGBT的Boost电路，用于精确控制内转子的 转速。2. 根据权利要求1所述的一种永磁转差离合器，其特征在于，所述外转子作为输入端， 通过主动轴与发动机连接，所述发动机带动外转子旋转;所述内转子作为输出端，通过从动 轴与转向累连接，所述内转子带动所述转向累旋转。3. -种永磁转差离合器自适应非奇异终端滑模转速控制方法，其特征在于，包括如下 步骤： 步骤1，在传统液压助力转向系统HPS结构基础上，将永磁转差离合器的外转子通过主 动轴与发动机连接，内转子通过从动轴与转向累连接，构建永磁转差离合器式电控液压助 力转向系统； 步骤2，建立转向累转速误差的状态方程； 步骤3,基于李亚普诺夫函数设计自适应非奇异终端滑模控制器。4. 根据权利要求3所述的一种永磁转差离合器自适应非奇异终端滑模转速控制方法， 其特征在于，步骤1中所述永磁转差离合器的外控制电路是基于IGBT的Boost电路，通过调 节IGBT的占空比，改变外转子S相绕组电流，进而改变电磁转矩的大小。5. 根据权利要求3所述的一种永磁转差离合器自适应非奇异终端滑模转速控制方法， 其特征在于，步骤2的实现包括： 步骤2-1，建立永磁转差离合器的数学模型，包括： 电压方程电磁转矩方程Te = CmId; 运动方程缉-写-巧巧;=^妨2 . , 其中，Ud为感应电动势，k为感应电动势系数，D为占空比，Uc为电容端电压，Ld为外转子 整流回路等效电感，Id为外转子整流回路绕组电流，R为外转子整流回路等效电阻，《 1、《 2 分别为外、内转子机械角速度，C为电容，Te为电磁转矩，Cm为转矩系数，IY为负载转矩，F2为 内转子转动阻尼系数，J2为内转子转动惯量； 步骤2-2,定义状态变量E=[ei，e2]T，即Et化^ 其中，《 d为转向累理想转速； 投2 -泛1二做2_做技 步骤2-3,结合步骤2-1和步骤2-2,得到转向累转速误差的状态方程为： 其中U为控制量。 步骤2-4,得到包含参数摄动和外界干扰的转向累转速误差的状态方程为：其中，g(t)为总的不确定性，g(t) = A f + A gu+d(t)，A f, A g为不确定因素 ，I g(t) I < Ig，Ig为干扰上界。6.根据权利要求5所述的一种永磁转差离合器自适应非奇异终端滑模转速控制方法， 其特征在于，步骤3的实现包括如下： 步骤3-1，根据步骤2建立的状态方程，选取非奇异终端滑模面为：其中於0，p和q为正奇数，且Kp/q<2; 步骤3-2，利用非奇异终端滑模面建立非奇异终端滑模控制律为：其中n〉〇; 步骤3-3，用Ig的估计值代替Ig，得到自适应非奇异终端滑模控制律为：步骤3-4,定义李亚普诺夫函数：其中/ =/ -;，m为大于O的可调参数； S 5 O 步骤3-5，设计自适应律：，得到
【专利摘要】本发明公开了一种永磁转差离合器及其自适应非奇异终端滑模转速控制方法，包括如下：(1)将永磁转差离合器的外转子与发动机连接，内转子与转向泵连接，构成永磁转差离合器式电控液压助力转向系统；(2)建立永磁转差离合器数学模型，包括电压方程、电磁转矩方程和运动方程；(3)根据数学模型，采用自适应非奇异终端滑模控制方法，设计非奇异终端滑模面，推导控制律，利用李亚普诺夫稳定性理论设计参数不确定因素的自适应律，保证该控制系统的稳定性。本发明利用自适应非奇异终端滑模控制方法，克服了系统参数摄动和外界干扰不确定性问题，减少抖振，具有很强的鲁棒性，实现对永磁转差离合器输出转速的精确控制，保证跟踪误差快速收敛到零。
【IPC分类】H02K49/10, B62D5/06, H02P15/00
【公开号】CN105591524
【申请号】CN201610101728
【发明人】江浩斌, 龚晓庆, 耿国庆, 唐斌, 刘庆利, 崔秋雯
【申请人】江苏大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年2月24日