燃料電池汽車是電動汽車的一種，其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學(xué)作用，而不是經(jīng)過燃燒，直接變成電能或的。燃料電池的化學(xué)反應(yīng)過程不會產(chǎn)生有害產(chǎn)物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機(jī)要高2~3倍，因此從能源的利用和環(huán)境保護(hù)方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。燃料電池汽車的工作原理是，使作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中，與大氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生出電能啟動電動機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動汽車。甲醇、天然氣和汽油也可以替代氫（從這些物質(zhì)里間接地提取氫），不過將會產(chǎn)生極度少的二氧化碳和氮氧化物。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是燃料電池車的心臟，直接影響著燃料電池車性能的優(yōu)劣。

　　l 燃料電池車及其離散MRAC電機(jī)控制系統(tǒng)

　　本文所研究的燃料電池車電機(jī)是型號為XQ-5-5H的5 kW直流牽引電機(jī)，對電機(jī)的控制采用包括電流環(huán)和速度環(huán)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖中虛線方框內(nèi)由以DSP為的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。

　　對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計對電流的調(diào)節(jié)采用傳統(tǒng)的PI調(diào)解，其傳遞函數(shù)為：

　　式中：K為PI調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)；τ為積分時間常數(shù)。

　　對速度的調(diào)節(jié)采用自適應(yīng)調(diào)解方法，為了便于計算機(jī)實現(xiàn)，采用離散模型參考自適應(yīng)控制，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　2.1 硬件系統(tǒng)介紹

　　基于FMS320LF2407A的燃料電池車電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)方框圖如圖3所示，主要包括給定信號檢測電路、電流檢測電路、速度檢測電路、PWM輸出電路和DSP外部電路。

　　2.2 主程序設(shè)計

　　主程序包括初始化程序和循環(huán)等待2部分。系統(tǒng)上電或復(fù)位后主程序自動運(yùn)行，它首先將系統(tǒng)初始化，以便各模塊正常工作，以及程序全局變量初始化，主要包括電流PI調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速自適應(yīng)控制調(diào)節(jié)參數(shù)初始化以及其他全局變量初始化，然后開中斷并等待。

　　2.3 PWM中斷處理程序設(shè)計

　　PWM是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。PWM控制技術(shù)以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。

　　采用定時器周期中斷標(biāo)志啟動A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)T1下溢時啟動A/D轉(zhuǎn)換，所檢測的電流經(jīng)處理后接模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的ADCIN00引腳，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成后，中斷標(biāo)志位都被設(shè)置為1,則在A/D中斷服務(wù)程序中將轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出，完成1次A/D采樣。轉(zhuǎn)換結(jié)束后申請PWM中斷，PWM中斷完成主要的控制功能，流程圖如圖4 所示。該系統(tǒng)在每個PWM周期中都進(jìn)行電流采樣和PI調(diào)節(jié)，因此電流采樣周期與PWM周期相同，可以實現(xiàn)實時控制，而速度環(huán)控制周期選為每100個PWM周期，對速度進(jìn)行1次調(diào)節(jié)。在每個電流控制周期，被QEP單元計數(shù)的脈沖數(shù)被累加到變量speedcount中，變量speedflag從初始值speedstep開始減1直到等于0,此時讀取100個電流控制周期的總脈沖數(shù)進(jìn)行速度計算，并將speedcount清零，將變量speedflag賦初始值，開始下速度脈沖計數(shù)。

　　2.4 電流PI調(diào)節(jié)器程序設(shè)計

　　式（1）給出的調(diào)節(jié)器為連續(xù)傳遞函數(shù)，為了便于計算機(jī)的實現(xiàn)，使用防積分飽和的PI調(diào)節(jié)器，其算法改進(jìn)為：

　　式中：KI=KP/τ；KC=KI/KP=T/τ，根據(jù)防飽和的PI調(diào)節(jié)器算法確定系統(tǒng)流程圖如圖5所示。

　　2.5 速度自適應(yīng)程序設(shè)計

　　速度自適應(yīng)調(diào)節(jié)算法在圖2中已經(jīng)給出，該算法為離散自適應(yīng)算法，可直接用于程序設(shè)計。離散模型參考自適應(yīng)分為參考模型和被控對象兩部分，所以首先討論參考模型的實現(xiàn)。對于二階參考模型其離散方程可表示為：

　　這樣可以得到參考模型輸出。被控對象速度輸出y（k）由速度檢測電路檢測，可得預(yù)報誤差：

　　可得u（k）。根據(jù)以上分析編寫速度自適應(yīng)控制程序，流程圖如圖6所示。

　　3 結(jié)語

　　自適應(yīng)控制理論在燃料電池車電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，對于提高電動汽車的驅(qū)動性能具有較好的效果。本文探討了在電機(jī)DSP控制系統(tǒng)中，離散模型參考自適應(yīng)算法的實現(xiàn)，對于各種先進(jìn)的控制策略在電動汽車中的應(yīng)用進(jìn)行了積極的探索，對于推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。