收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

感应电机电动助力转向系统电机助力矩控制算法研究

赵飞翔  
【摘要】:电动助力转向系统是继机械液压助力和电液助力转向系统之后所出现的一种新型的助力转向系统,能够更好的协调解决转向系统的轻便性和灵敏性问题。由于电控单元的引入,该系统具有适合模块化生产和配套方便等优点。在乘用车和新能源汽车中,电动助力转向系统正在得到越来越多的应用。 本文以感应助力电机电动助力转向系统为研究对象,研究在EPS应用条件下感应电机控制的相关算法。EPS系统作为力矩伺服系统,其首要要求便是助力电机输出力矩对指令值的快速准确响应,感应电机其结构的特殊性决定了它无法像直流有刷电机和永磁同步电机等永磁体电机那样可以较为简单地实现高性能的力矩控制。为保证感应电机EPS系统的控制性能,本文将研究重点放在了如何提高感应电机的力矩控制性能上面,着重提高助力电机对力矩指令响应的“准”和“快”,而EPS系统的“稳”则通过EPS的上层策略来改善和保证。本文就感应电机的离线参数辨识、转子磁场定向控制条件下感应电机力矩控制准确度的电机参数敏感性、转子磁场定向坐标系中的M/T两轴电流的控制算法、EPS助力特性曲线的优化、EPS硬件在环试验台和软硬件开发进行了详细论述。 本文的具体研究内容如下: 1)感应电机等效电气参数的离线辨识 在感应电机矢量控制算法中,需要通过电机参数对转子磁链位置进行估算。通过对传统感应电机参数离线辨识方法(堵转、空载方法和阶跃电压、电流方法)的辨识原理进行分析,阐述了其辨识结果精度较低的原因。为提高参数辨识精度,需要从减小样本数据受污染程度和参数辨识方法两部分分别进行改善,文中分析了参数辨识过程中的误差引入项,在逆变器供电条件下将功率器件的内阻等效至电机定子内阻,通过误差电压补偿和辨识工况的合理选择对误差进行消除和规避,获取到合理的样本数据;建立了以两相重构电压和转速为输入,两相电流和电磁力矩为输出的感应电机参数辨识模型,以输出电流误差和输出电磁力矩误差的加权值为输入设计了适应度函数,而后通过遗传算法对本文助力感应电机的电气参数进行了辨识。为对辨识得到的参数准确性进行验证,设计了包含静止两相坐标系和转子磁场定向坐标下稳态和暂态实验的参数验证方案,验证实验的结果证明:辨识得到的电机参数能够准确描述逆变器供电条件下感应电机的稳态和暂态响应;将参数应用在转子磁场控制算法中可以使感应电机实现准确的力矩控制。 2)转子磁场定向控制条件下感应电机力矩控制准确度的参数敏感性分析 在感应电机转子磁场定向控制中,力矩控制准确度严重依赖于转子磁场观测的准确程度。虽然通过参数离线辨识算法虽然获取到了较为精确的电机参数,但电机参数随温度和运行工况的变化会发生变化。考虑到感应电机的应用背景,有必要对转子磁场定向条件下应用不同磁链观测器时,感应电机力矩控制效果的参数敏感性进行定量分析,以选取适合EPS应用的观测器类型,文中提出了一种电机参数失准对力矩控制准确度影响的分析方法,对应用静止坐标下的电流-转速模型、电压-电流模型、同步旋转坐标系下的电流-转速模型和全维观测器四种不同的磁链观测模型进行力矩控制时,电机参数失准、力矩指令值大小和转速波动对力矩控制准确度的影响进行了量化分析,结合分析结果并考虑到EPS运行工况中助力电机的转速波动较为频繁,选取电机力矩控制准确度不受转速波动影响的电流-转速模型作为磁链观测模型。考虑到转子电阻对温度变化较为敏感,转子电阻失准直接导致助力电机输出助力矩失准。故采用以无功功率为模型的模型参考自适应算法对的转子电阻进行在线辨识,以提高感应电机输出力矩的控制准确性,同时也对该在线辨识算法的参数敏感性进行了分析。 3)转子磁场定向坐标系中的M/T两轴电流的控制算法 当转子磁链观测准确时,感应电机力矩控制的响应速度取决于电流控制器的调节速度。通过复矢量理论对同步旋转坐标系下常规PI、常规PI+反馈解耦两种控制方法的电流调节性能进行了分析,常规PI的电流调节性能会随同步转速的升高而减弱,而常规PI+反馈解耦的控制方法其调节性能依赖于PI参数与电机参数的匹配程度。在本文的研究中,M轴电流为恒值控制,T轴电流为随动控制,为提高电流调节器的性能,考虑到M/T轴电流指令的差异性,对M轴电流设计了模糊PI+反馈解耦的控制方法,着重消除因T轴电流变化和转速变化对M轴电流所造成的干扰,保证M轴电流的控制精度。对T轴电流设计了自适应前馈+反馈解耦的控制方法,通过减少反馈控制量在总控制量中的比例来提高系统的响应速度;为消除因前馈参数变化而导致的前馈性能减弱,提出了基于最小二乘在线辨识的的自适应前馈控制,对前馈控制性能的鲁棒性进行改善。 4)EPS上层策略中助力特性曲线的优化设计 助力特性决定了在车辆转向过程中驾驶员所施加的转向盘转矩和助力电机输出力矩的分配比例,文中通过对直线、折线和曲线三种助力特性的分析,选择参数化的四段式曲线型助力特性,以理想转向盘手力为设计目标,通过遗传算法对助力特性进行优化设计,使实际转向盘转矩特性接近理想值。 5)搭建了感应电机EPS系统硬件在环试验台,对EPS上层策略和感应电机的控制算法进行验证 为开发和调试感应电机控制算法,开发了感应电机EPS原型控制器,搭建了电机试验台;为模拟实车环境,搭建了EPS系统硬件在环试验台,通过CARSim软件对路面反力求解,并通过力矩电机对EPS系统进行加载。文中介绍了EPS控制器硬件的组成结构和软件流程,对本文的EPS系统控制算法进行了试验台验证。 本文主要得到以下结论: (1)传统感应电机参数辨识方法存在较多问题,且受误差源的影响较大,通过对参数辨识过程中的误差引入项进行分析,对误差源进行合理补偿和规避,可以获取较为准确的电机参数。 (2)在转子磁场定向控制条件下,应用不同的磁链观测模型时,力矩控制准确度受电机参数失准程度、转速大小、力矩指令大小的影响不甚相同;其中,静止坐标系下的电流-转速模型和同步旋转坐标系下的电流-转速模型的参数敏感性相同,且不受转速波动的影响,电压-电流模型和全维观测器在特定情况下会有力矩方向的情况发生。 (3)当同步转速升高时,同步旋转坐标下的常规PID算法对电流的调节性能逐步减弱。常规PID+反馈解耦较常规PID的电流控制性能有所提高,但其调节性能依赖于通过电机参数对PID参数的整定。 (4)采用前馈算法可以有效提高T轴电流的响应速度,但其性能依赖于前馈参数的准确度,加入基于最小二乘的前馈参数在线辨识算法后可以有效提高T轴电流控制性能的鲁棒性。 本文在以下3个方面有所创新: (1)提出了磁场定向条件下感应电机力矩控制准确度的分析方法,并对应用电流-转速模型,电压-电流模型、全维观测器进行磁链观测时,感应电机力矩控制准确度的参数敏感性进行了分析,获取了电阻类参数失准、电感类参数失准、电机转速大小、力矩指令大小对力矩控制准确度的量化影响。 (2)针对感应电机转子磁场定向控制下两轴电流指令的差异,提出通过模糊PID+反馈解耦对M轴电流进行调节;以自适应前馈(包含反馈解耦)+PI反馈对T轴电流进行调节的电流控制方法,并对所提出的方法的参数敏感性和电流响应品质进行了实验验证。 (3)提出基于理想转向盘转矩和参数化助力特性曲线的助力特性优化设计,该方法以理想转向盘转矩为优化目标,采用遗传算法对助力特性曲线的描述参数进行优化,使实际转向盘转矩接近于理想值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 尹忠刚;钟彦儒;孙向东;刘静;;基于神经网络的感应电机转速估计方法[J];变频器世界;2005年07期
2 郝小星;郭瑞鹃;;基于遗传算法的模糊自适应感应电动机控制[J];科技情报开发与经济;2007年21期
3 常进;张曾科;;基于变结构控制的感应电机能量优化控制[J];清华大学学报(自然科学版);2007年10期
4 霍俊东;任一峰;赵敏;;基于TMS320F2808的感应电机直接转矩控制系统的数字化实现[J];微电机;2010年09期
5 邓国璋;;一种新型变结构直接转矩控制方案研究[J];电机技术;2010年05期
6 岳舟;谭甲凡;;直接转矩控制定子磁链观测新方法[J];电力电子技术;2010年11期
7 韦文武;祝后权;张经纬;;定子齿部和轭部分离的感应电机电磁性能研究[J];湖北工业大学学报;2011年01期
8 刘小立;王维信;;无逆向电机[J];机械设计与制造;1988年01期
9 张潮海,谭平;感应电机故障诊断的神经网络方法[J];船电技术;1995年01期
10 秦祖泽,杨向宇,黄绍平;变频器——感应电机调速系统的故障分析[J];湖南工程学院学报(自然科学版);2001年01期
11 王玉峰,马广程,王常虹,黄旭;晶闸管控制感应电机起动过程中振荡现象研究[J];电机与控制学报;2002年03期
12 汪雄海;电机电源切换冲击扰动机理分析及防护[J];浙江大学学报(工学版);2002年01期
13 周志刚;一种感应电机的解耦控制方法[J];中国电机工程学报;2003年02期
14 张继勇,刘贤兴,王德明;一种改进的无速度传感器感应电机直接转矩控制[J];计算机测量与控制;2004年02期
15 翟丽,孙逢春,张承宁;电动汽车感应电机驱动系统矢量控制的双CPU实现[J];电气传动;2004年05期
16 侯伟,王丽芳;基于DSP的感应电机变压变频控制系统研究[J];微计算机信息;2005年01期
17 张继勇;陈虹;束长宝;;基于空间矢量的一种改进的无速度传感器感应电机直接转矩控制[J];电气自动化;2005年02期
18 蒋建东;魏臻珠;冯涛;;感应电机定子绕组故障仿真模型研究[J];郑州大学学报(工学版);2007年01期
19 吴颖超;闫亚琴;;感应电机非线性控制方法的比较研究[J];漯河职业技术学院学报;2007年02期
20 徐奇伟;吴凤江;安群涛;孙力;;基于MODBUS协议的感应电机矢量控制系统设计[J];伺服控制;2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李硕;范瑜;朱熙;秦伟;吕刚;;三齿槽轴向悬浮感应电机及其特性分析[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年
2 张勇军;郝春辉;;带有负载转矩观测的感应电机广义预测控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
3 廖威;粟梅;;基于预测控制的感应电机直接转矩控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 李阳;张曾科;;基于模糊逻辑的自寻优感应电机能量优化控制[A];第七届全国电技术节能学术会议论文集[C];2003年
5 陈翠;孙衢;王旭光;;基于EKF的感应电机无速度传感器控制系统[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 唐浦华;刘飞;黎亚元;;感应电机直接转矩控制数字仿真[A];第二十四届中国控制会议论文集(下册)[C];2005年
7 陈礼根;;基于降阶扩展卡尔曼滤波的感应电机转速估计[A];第八届全国电技术节能学术会议论文集[C];2006年
8 殷雄;韩瑞珍;曾光然;陈国定;;基于神经网络的感应电机无速度传感器速度辨识策略[A];第二十届中国控制会议论文集(下)[C];2001年
9 王步瑶;欧阳艳;;基于Ansoft感应电机不对称短路瞬态[A];电工理论与新技术学术年会论文集[C];2005年
10 王步瑶;欧阳艳;;基于Ansoft感应电机不对称短路瞬态[A];第十届全国电工数学学术年会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王爱元;变频器供电的感应电机节能控制若干技术的研究[D];华东理工大学;2010年
2 王攀攀;感应电机定转子故障的微粒群诊断方法研究[D];中国矿业大学;2013年
3 徐占国;电动车用感应电机矢量控制系统的研究[D];大连理工大学;2010年
4 赵飞翔;感应电机电动助力转向系统电机助力矩控制算法研究[D];吉林大学;2014年
5 陈维;无速度传感器感应电机的神经网络鲁棒自适应控制理论研究[D];湖南大学;2010年
6 李凯;轻载感应电机效率优化与软起动控制研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 陈思哲;双馈感应风力发电机组的控制研究[D];华南理工大学;2010年
8 王瑞;面向机车牵引的感应电机传动技术研究[D];华中科技大学;2012年
9 宋昌林;基于磁场定向的感应电机直接转矩控制研究[D];西南交通大学;2004年
10 胡楷;交流驱动系统模型参考自适应控制技术[D];国防科学技术大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙奎;基于串行双EKF的感应电机无速度传感器控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 时荣超;旋转磁场电动式磁悬浮装置控制的研究[D];北京交通大学;2010年
3 贾涛;智能化感应电机变频调速系统的研究[D];湖南大学;2004年
4 李秀云;不同拓扑结构晶闸管—感应电机系统变工况运行仿真研究[D];华北电力大学(北京);2005年
5 冼成瑜;基于全模糊控制器的感应电机矢量控制系统研究[D];重庆大学;2004年
6 赵新咏;感应电机无速度传感器转子磁场定向矢量控制系统的研究[D];北方工业大学;2011年
7 张伟;感应电动机直接转矩控制技术在电动汽车中的应用[D];重庆大学;2004年
8 蔡骊;感应电机无速度传感器矢量控制系统[D];浙江大学;2003年
9 叶成平;交流感应电机的参数辨识及数字控制技术研究[D];南京工业大学;2004年
10 马华;高速列车用感应电机弱磁控制方法的研究[D];北京交通大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张耀平;管道运输时代正在向我们走来[N];国际商报;2002年
2 记者 叶桂华通讯员 刘月青;省首届产学研洽谈会泰州展台受关注[N];泰州日报;2007年
3 记者 徐敏通讯员 牛晓立;大学教师从企业“满载而归”[N];解放日报;2008年
4 香港大学 陈清泉;电动车的现状和趋势[N];中国电子报;2003年
5 本报记者  范思立;节能催生新商机 电气巨头掘金高效电机市场[N];中国经济时报;2006年
6 孙玉;冰箱使用变频技术优势明显[N];中华建筑报;2007年
7 记者 叶桂华 通讯员 刘月青;靖江确定52个科技合作项目[N];泰州日报;2009年
8 记者 刘碧玛;我首辆实用型锂离子电动汽车亮相“必比登”[N];科技日报;2004年
9 翟边;电动玻璃升降器今非昔比[N];中国汽车报;2001年
10 湖北 路石;交流单相异步电动机分类与原理简介[N];电子报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978