EPS用无位置传感器式无刷直流电机直接转矩控制研究

• 作 者: 王俊
• 机 构: 江苏大学
• 出 处: 江苏大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 电动助力转向 无刷直流电机 反电动势过零点检测 直接转矩控制 实车试验

转向系作为汽车的一个重要组成部分，对汽车驾驶的主动安全性有着决定性作用。电动助力转向系统（Electric Power Steering System，即EPS）具有结构紧凑、质量小、安装及维护方便、环保等优点，而且应用电机助力，基于电机的特性能实现助力随车速的变化而变化。助力电机在EPS中的作用不言而喻，特别是随着现代电子技术的发展，无刷直流电机以其特有的体积小、功率密度大、调速范围宽及低速转矩大等优点，越来越多的应用在EPS系统中。　　
无刷直流电机在EPS系统应用过程中，要克服转矩波动并且能满足EPS的助力特性要求。本文提出一种基于无位置传感器式无刷直流电机直接转矩控制的EPS系统，主要研究了EPS系统仿真建模，无位置传感器时电机转子位置的检测以及直接转矩控制策略的实现方法，并且进行试验的方法加以验证，为改善助力电机转矩波动和EPS系统响应打下基础。本文研究主要内容如下:　　
在分析了国内外EPS控制技术研究的基础上，根据EPS系统结构以及对助力特性的要求，设计了直线型助力特性曲线;对EPS三种控制策略分析，提出了依据车速、方向盘转角和转速以及方向盘上力矩来判断的控制策略开关条件。　　
研究了无刷直流电机在无位置传感器状态下转子位置检测的方法，分析了反电动势过零点转子位置检测法，对以往采用检测电机各相反电动势过零点为开关标志的方法进行了改进，提出了根据反电动势差值过零点来判断转子位置的实现方法;针对常用的电机电流反馈间接控制法，本文提出了对无刷直流电机进行转矩的直接控制，设计了直接转矩控制的流程。　　
根据EPS系统动力学关系，建立了相应的数学模型以及整车两自由度模型;基于Matlab/Simulink建立了系统仿真模型，设计了电机转子位置检测和直接转矩控制的仿真模块;对系统进行阶跃输入仿真，分析了原地转向方向盘转角-转矩的关系曲线、无刷直流电机的转矩波动以及不同车速下转向的轻便性和“路感”关系。　　
最后，将经过仿真验证的控制器在实车上进行试验，进行了蛇行试验、自动回正试验、双纽线试验，验证了控制器基本能够实现汽车低速转向轻便和高速路感的要求，由此证明本文所提出的控制策略具有一定的实际意义。