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永磁同步电机电动助力转向控制系统研究

章曾  
【摘要】:为满足纯电驱动的轻型商用车基本助力要求,本文结合当前国内电动助力转向研究现状,以某款低压内置式永磁同步变电感电机为研究对象,针对电动助力转向系统在不同工况下的转速与转矩需求,研究了基本助力策略和电机控制策略,并根据硬件功能安全规范和自动代码生成的方法,开发了永磁同步电机电动助力转向控制系统,实现基本助力功能。该系统具有一定的工程实用价值,满足部分功能安全和安全完整性等级的要求,为后续电动助力转向系统其他功能的引入以及贯穿于整体安全生命周期的功能安全设计打下基础。本文的主要工作包括:首先,助力控制策略采用了曲线型助力特性曲线,具有较高的精度,可满足基本助力要求,电机控制策略重点研究了交直轴电感不等可变参数的矢量控制和扩速控制,电机在低速恒转矩阶段采用最大转矩电流比的矢量控制策略,并提供满足最大转矩电流比控制的交直轴电流查询表,可实现电机动态控制,提高电机利用效率。在高速恒功率区采用弱磁控制策略,提高电机速度利用范围,满足车辆快速避障的需要,并构建了MATLAB/Simulink模型进行离线仿真试验,验证了最大转矩电流比控制和弱磁控制方法的可行性,并且当电机从恒转矩区切换到恒功率区时,转换过程相对平稳,相电流波形稳定。然后,根据电机仿真试验的特性,进行了永磁同步电机EPS控制器的工程开发,包括硬件和软件两个部分,硬件平台的设计包括基于32位MPC5643L芯片的控制模块、基于MC33937驱动芯片的驱动模块以及用于信号采集、电源供应和通信功能的相关模块,硬件设计过程考虑到部分功能安全要求,可通过硬件自身实现保护功能。软件编写部分采用自动代码生成并结合S32集成开发环境进行手动编写,该方法可显著提高软件编写效率,可利用控制芯片在MATLAB/Simulink图形界面环境下的数学电机控制库和电机控制应用优化工具,通过配置输入接口模式、输出控制端口模式和系统功能,搭建具备电机控制算法的底层驱动模型,然后再利用RTW及Embedded Coder将底层驱动模型与应用层控制策略等结合共同生成C语言代码,通过拷贝文件到S32集成开发环境进行工程创建,进行交叉编译后烧入控制器目标硬件中以实现助力电机控制功能。最后,进行电机相电流试验和台架试验,相电流试验表明电机能够按照预期完成工作,验证了永磁同步电机控制策略的有效性。台架试验结果符合EPS助力特性试验的精度要求,且能够完成基本助力目标,验证了EPS控制系统的合理性。


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