第49章 陷波滤波器与模型预测

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第一次整车联调失败的阴霾，在深入的问题溯源和针对性改进中逐渐被驱散。研发中心如同一个高速运转的精密实验室，各个小组按照陈北玄制定的方案，全力攻坚。 电子实验室里，小张和小李带领团队，对fpga逻辑进行了近乎苛刻的优化。他们将电机控制的核心任务——电流环和速度环计算——设置为最高优先级，并采用了硬件中断的方式，确保其执行周期严格锁定在100微秒，不受任何其他任务干扰。同时，他们重新设计了fpga与sic功率模块之间的驱动接口，将原本的串行通信改为并行数据传输，进一步缩短了指令输出延迟。 总线小组则对vdb-1.0协议进行了打补丁式的升级。他们为关键的控制指令（如扭矩设定值、紧急停机）分配了独占的、周期固定的高优先级通信时隙，类似于在繁忙的公路上开辟了一条永不堵车的“应急车道”。他们还改进了总线驱动芯片的外围电路，提升了信号质量。 机械小组在几位老师傅的带领下，利用千分表和激光对中仪，对验证平台的整个传动链进行了精细的调整，消除了几个微米级的安装间隙和不对中问题，并在变速箱与车体的连接处加装了特制的减震垫，以吸收高频振动。 然而，陈北玄深知，硬件和协议的优化只能减少问题的诱因，无法从根本上消除机械传动系统固有的扭转振动。这就像一个人的肌腱，天生就具有一定的弹性。关键在于，如何让“大脑”（控制器）能够预见并主动抑制这种振动。 他的解决方案是双管齐下：陷波滤波器（notch filter） 与 模型预测控制（mpc）的初步探索。 陷波滤波器是他首先引入的“急救措施”。在仔细分析了失败时采集的振动数据后，他准确识别出了传动系统几个主要的固有振动频率点。随后，他在控制器的速度环和扭矩指令输出端，加入了数字式的陷波滤波器。 “所谓陷波滤波器，”陈北玄在给控制组讲解时，在白板上画出了其频率响应曲线，“就像一把精准的音叉，它会在特定的频率点（也就是我们识别出的扭振频率）产生极大的衰减，从而‘过滤’掉控制信号中可能激发振动的成分，而对其他频率的正常指令影响很小。” 这个措施效果立竿见影。在后续的台架测试中，加入了陷波滤波器后，电机在启动和变速过程中，转矩的波动幅度显着降低，那种刺耳的啸叫声几乎消失了。 但陈北玄并不满足于此。陷波滤波器是被动的、基于事后分析的补偿，它无法适应系统参数的变化（比如磨损导致固有频率偏移），也无法处理更复杂的动态过程。 于是，他开始了更具前瞻性的模型预测控制（mpc） 探索。这在当时国内的工程界，尤其是在实时性要求极高的电机控制领域，堪称大胆的尝试。 mpc的核心思想，是利用被控对象的数学模型，来预测其未来一段时间内的行为，并通过优化算法，计算出当前时刻最优的控制指令。 陈北玄首先需要为电传动系统建立一个简化的、但能反映其主要动态特性的数学模型。这个模型需要包含电机的电磁方程、传动系统的二质量模型（将电机转子和车辆惯量视为两个由弹性轴连接的质量块）、以及负载扰动。 推导模型的过程涉及大量的数学演算和参数辨识实验。陈北玄带着小张等人，通过频率响应测试和阶跃响应测试，反复修正模型中的关键参数，如传动轴的刚度和阻尼系数。 然后，他将这个离散化的模型嵌入到fpga中，编写了简化版的mpc算法。由于fpga资源有限，他无法实现复杂的在线优化，而是采用了预先计算好的控制律查询表的方式，虽然损失了一些最优性，但保证了计算的实时性。 当这套融合了陷波滤波器和简化mpc的新一代控制算法，被下载到控制器中，再次进行整车联调测试时，效果令人震撼。 驾驶员老刘推动电传驾驶杆，验证平台平稳、安静地开始移动，加速过程如丝般顺滑，没有丝毫的犹豫或抖动。即使在模拟的崎岖路面上行驶，通过数据也能看到，控制器仿佛能“预见”到负载的变化，提前调整扭矩输出，使得车速异常稳定。 “太……太稳了！”老刘从驾驶舱里探出头，脸上充满了难以置信的兴奋，“感觉就像在开高级轿车，完全不像个坦克！” 测试场上爆发出热烈的欢呼和掌声！所有人都明白，他们不仅仅解决了一个技术难题，更是实现了一次控制理念的跨越。陷波滤波器扫清了眼前的障碍，而模型预测控制的初步应用，则为“麒麟”的电驱动系统装上了能够“前瞻”的“智慧之眼”。 陈北玄看着那平稳运行的验证平台，心中涌起一股豪情。他知道，这套控制策略的成功，其意义远超一次联调的成功。它标志着719厂在电传动这一尖端领域，已经不仅仅是在追赶，而是开始在某些细分方向上，触摸到了世界前沿的水平。 “麒麟”的筋骨，正在这一次次的失败与突破中，被打磨得愈发强健和聪慧。通往未来的道路，虽然依旧漫长，但方向已经无比清晰，脚步也愈发坚定。