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曹秉刚

致力于电动汽车控制技术和机电系统控制方面的研究开发工作。

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姓名：曹秉刚
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担任导师情况：
学位：
学术头衔：

博士生导师
职称：-
学科领域：

计算机辅助制造
研究兴趣：致力于电动汽车控制技术和机电系统控制方面的研究开发工作。

个人简介

曹秉刚,西安交通大学教授，博士生导师，1992年获西安交通大学工学博士学位；2003年至2006年任西安交大机械工程学院院长；现任西安交大电动车研究开发中心主任、西安交大汽车工程中心主任、电动汽车与系统控制研究所所长、“教育部中长期科技发展长期规划”工程技术组专家组成员。2004年5月被评为西安交通大学2004年度“我最喜爱的交大导师”
    担任陕西省电动汽车项目组副组长、任《西安交通大学学报》、《中国机械工程》、《机械与电子》编委和国际学术期刊《information》编委，《科学中国人》专家委员会委员以及西安市名牌产品专家认定委员会专家，曾经担任国际流体传动与控制学会等多个学科分会主席，并担任IEEE ICVES`05组委会主席。在国内外学术期刊上发表学术论文近100篇，译著4本，早年获国家专利5项，省部级奖2项，校级奖3项。近4年有15项电动汽车和电动自行车国家发明专利已被正式受理,其中4项已获正式授权。近年来致力于电动汽车控制技术和机电系统控制方面的研究开发工作。将现代控制理论的前沿方法应用到机电系统，寻求系统最优化。
    在电动汽车控制方面应用非线性控制方法进行了深入的研究工作。2001年11月成立西安交通大学电动车研究开发中心后，于2003年1月15日完成交大电动车1号(XJTUEV-1)的改装，并且进行了性能测试，基本达到设计目标。目前已经完成了该车的驱动与再生制动控制系统的PID和线性H∞控制器设计及实验，结果表明采用H∞控制器的再生制动控制系统可以显著提高一次充电的续驶里程，效果明显优于PID控制器。2005年10月，作为组委会主席参与主办了“新丝绸之路挑战”智能汽车、电动汽车与太阳能汽车拉力活动，研制的XJTUEV-2与来自西安交通大学、日本大阪产业大学及Mayway公司的太阳能汽车、电动汽车一起于10月19日从西安交大出发，10月26日到达敦煌，完成了从西安到敦煌的长途行驶。把现代控制的最新方法应用到能量回收中，提高了能量回收效率，到达了很好的回收效果。
    在研究中还发现，可以将车辆的机械振动能量通过压电介质进行受控发电。有关5项发明专利已正式受理，可望开拓一个新的研究和应用领域。其中，汽车振动能量压电发电方法及其系统入选2005年“全国重点专利招商引资项目扶助计划(批准编号X-5407-14)”。于2005年9月完成西安交大电动车2号(XJTUEV-2) ，也是世界上第一辆实现具有压电发电功能的电动汽车。

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2006-10-12

【期刊论文】Artifical Neural Network Maximum Power Point Tracker for Solar Electric Vehicle

曹秉刚， Theodore Amissah OCRAN， CAO Junyi CAO Binggang SUN Xinghua

TSINGHUA SCIENCE AND TECHNOLOGY 2005, 10(2)204-208，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

This paper proposes an artificial neural network maximum power poing tracker (MPPT) for solar electric vehicles. The MPPT is based on a highly efficient boost converter with insulated gate bipolar transis-tor (IGBT) power switch. The reference volatge for MPPT is obtained by artificial neural networ (ANN) with gradient descent momentum algorithm. The tracking algorihm changes the duty-cycle of the converter so that the PV-module voltage equals the voltage corresponding to the MPPT at any given insolation, tempera-ture, and load conditions. For fast response, the system is implemented using digital signal processor (DSP). The overall system stability is improved by icluding a proportional-integral-derivative (PID) controller, which is also used to match the reference and battery volatage levels. The controller, based on the information sup-plied by the a ANN, genetrates the solar vehicle. The experimental and simulation results show that the propsed schme is highly effcient.

artificial neural network， maximum porer point tracker (， MPPT)，， photovoltaic module， digital signal processor， solar electric vehicle

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2006-10-12

【期刊论文】抑制混合式步进电机转矩波动的时变重复控制

曹秉刚，孙耀杰，左贺，康龙云，史维祥

中国电机工程学报，2004，24（11）183～187，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

分析了五相混合步进电机电磁转矩波动产生的原理，提出了利用时变周期信号的重复控制来抑制转矩波动的新思路。首先将时变的t域的转矩信号，变换为具有固定周期的θ域信号，再对其进行重复控制器设计，保持理想的驱动总电流，掏转距波动。仿真与试验结果表明该控制方法效果明显。

混合步进电机，转矩波动，重复控制，时变周期信号

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2006-10-12

【期刊论文】电动车用镍氢电池模块的充放电模型研究

曹秉刚，王军平，陈全世，康龙云

西安交通大学学报，2006，40（1）50～52，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

在电动汽车镍氢电池改进等效电路模型的基础上，基于模糊化电池的荷电状态（SOC），利用模糊推理的方法来估计电路模型的时变参数，并以SOC为模糊输入量，电池模型参数为模糊输出量。由于模糊推理所确定的模型参数根据模糊SOC是动态变化的，因此不仅提高了电池模型的精度，而且降低了对SOC估计精度的要求。仿真试验表明，在不考虑温度影响的情况下，利用该方法所得到的电池模块端电压仿真数值与实测值的最大绝对误差为0104V，相对误差为0128%，说明这种变参数不变结构的自适应模型具有很高的可靠性和精确性。

镍氢电池模块，充放电模型，模糊推理，荷电状态

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2006-10-12

【期刊论文】电动汽车技术进展和发展趋势

曹秉刚，张传伟，白志峰，李竟成

西安交通大学学报，2004，38（1）1～5，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

通过对国内外电动汽车关键技术的发展现状和技术水平的比较分析，以及H∞鲁棒控制方法在电动汽车驱动控制、再生制动控制和运动控制系统上应用的研究，展望了电动汽车的发展趋势。首先发展铅酸蓄电池电动汽车（BEV）是明智的选择，由于开发混合电动汽车（HEV）的难度较大，所以燃料电池电动汽车（FCEV）将成为今后的主流技术，是未来汽车的发展方向。

电动汽车，技术进展，发展趋势

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2006-10-12

【期刊论文】电动汽车驱动与再生制动的H∞鲁棒控制

曹秉刚，白志峰，张传伟，李舒欣，林家让

西安交通大学学报，2005，39（3）256～260，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

针对电动汽车在行驶过程中电池电压和道路状况有较大变化的特点，为保证闭环系统在参数摄动与未建模动态等不确定性影响下的鲁棒性，以及使外界干扰对系统的影响最小化，将电动汽车驱动与再生制动的控制问题转化为加权混合灵敏度问题，分别设计了电动汽车驱动与再生制动的H∞鲁棒控制器，并在不同道路状况和驾驶模式下进行了实验研究。实验结果表明，在不确定性影响和外界干扰的作用下，H∞鲁棒控制器的稳态误差及响应速度等控制指标均优于比例积分（PI）控制器，尤其在车辆制动过程中，H∞鲁棒控制器与PI控制器相比可以回收更多的能量，实际回收能量最大可增加约40%。

电动汽车，驱动控制，再生制动， H∞鲁棒控制

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2006-10-12

【期刊论文】基于分数阶微积分的模糊分数阶控制器研究

曹秉刚，曹军义，梁晋

西安交通大学学报，2005，39（11）1246～1253，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

在分析分数阶微积分的基础上，提出了一种新型模糊分数阶比例积分微分控制器。分数阶微积分将传统控制器中的积分和微分的阶数扩展到任意实数，为控制器的设计提供了比传统整数阶更好的性能扩展。结合分数阶比例积分微分控制器和模糊控制逻辑，用分数阶比例积分微分单元代替传统的模糊比例积分微分控制器中的比例积分微分单元，构建了模糊分数阶比例积分微分控制器的结构，采用模糊逻辑推理和Tus-tin离散方法实现了模糊分数阶比例积分微分控制器的计算。最后，用数字仿真方法和不同条件下的对比分析验证了新型模糊分数阶比例积分微分控制器的优良控制特性。研究结果表明，设计的新型模糊分数阶比例积分微分控制器对非线性和参数不确定性具有较强的鲁棒性。

分数阶控制器，模糊比例积分微分控制器，分数阶微积分

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2006-10-12

【期刊论文】分布式可再生能源发电系统研究

曹秉刚，贾要勤，杨仲庆

电力电子技术，2005，39（4）1～4，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

为研究太阳能、风力等可再生能源的互补发电，提出了基于直流总线的小规模分布式发电系统的实验平台。该平台由太阳能发电、风力发电、蓄电池、飞轮、公用电网并网和负载等6个单元构成。各单元仅通过直流总线联接，自主控制。发电系统可在独立和并网两种运行模式之间在线自动平滑切换。其中，风力、太阳能发电单元成功实现了最大功率点追踪控制，飞轮单元有效补偿了直流总线电压的高频波动，电池单元解决了负载和发电单元之间的电力供需矛盾，并网单元解决了负载和发电系统之间的电力供需矛盾。通过实验验证，该发电系统在两种运行模式以及在运行模式切换时均能稳定、可靠地工作，直流总线的电压稳定在325～375V之间。

风力发电，太阳能发电，电池，逆变器份布式发电系统

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2006-10-12

【期刊论文】风机模拟器研究

曹秉刚，孙耀杰，康龙云，史维祥，杨仲庆

系统仿真学报，2005，17（3）623～626，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

应用功车谱密度和信息熵等方法对自然风的频域特性和随机性进行了分析、以统计模型参式数分析和蒙特卡罗方法为基础，结合风机的转距特性，应用随机模拟技术，生成随机风速，模拟出风机在随机风速下的转矩变化情况，并据此控制机电随动伺服装置，模拟风机在自然风规律下的运行特征，作为风力发电系统的风机输入、仿真和实验验证表明，新型的风机模拟器可以更好地模拟真实风机在随机环境下的动态特性

风速，风机，随机模拟，模拟器

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2006-10-12

【期刊论文】基于CAN总线的智能仪表组网技术

曹秉刚，曹军义

化工自动化及仪表, 2004, 31（3）：35～37，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

为满足设备级通信的实时性、可靠性和互操怍性，提出基于CAN现场总线的智能仪表组网技术。通过分析CAN总线和RS-485总线的特点，设计了CAN总线多功能集中器和网络通信协议。设计的CAN总线多功能集中器可以与上位机（PLC或PC等）通过CAN总线通信，也可通过RS-485与网络底层仪表通信，并可动态显示仪表状态和在线修改组态参数。

CAN，通信协议，智能仪表，互操怍性

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2006-10-12

【期刊论文】基于分数阶微积分的模糊分数阶控制器研究

曹秉刚，曹军义，梁晋

西安交通大学学报，2005，39（11）1246～1249，-0001，（）：

-1年11月30日

摘要

在分析分数阶微积分的基础上，提出了一种新型模糊分数阶比例积分微分控制器。分数阶微积分将传统控制器中的积分和微分的阶数扩展到任意实数，为控制器的设计提供了比传统整数阶更好的性能扩展结合分数阶比例积分微分控制器和模糊控制逻辑，用分数阶比例积分微分单元代替传统的模糊比例积分微分控制器中的比例积分微分单元，构建了模糊分数阶比例积分微分控制器的结构，采用模糊逻辑推理和Tus-tin离散方法实现了模糊分数阶比例积分微分控制器的计算最后，用数字仿真方法和不同条件下的对比分析验证了新型模糊分数阶比例积分微分控制器的优良控制特性研究结果表明，设计的新型模糊分数阶比例积分微分控制器对非线性和参数不确定性具有较强的鲁棒性

分数阶控制器，模糊比例积分微分控制器，分数阶微积分