EPS永磁同步电机控制系统建模分析及试验研究
发布时间：2021-01-27 08:57
近些年来,电动助力转向系统（EPS）在操纵稳定性、驾驶舒适性以及行驶安全性都有卓越的性能优势,EPS正逐渐取代液压助力转向系统,成为转向系统的首选助力形式。电机作为EPS系统执行机构,其控制性能直接影响到系统性能。本课题主要开展对EPS系统中的永磁同步电机控制研究工作。一方面,在不同工况下,助力电机输出的转矩和转速具有较高的跟随性;另一方面,助力电机转矩脉动应尽可能降低,达到驾驶员可接受的范围。本文主要从EPS系统基本助力控制策略、电机FOC控制、弱磁控制、死区补偿等方面对课题进行研究,主要完成了以下研究工作:（1）EPS基本助力控制分析及建模分析EPS基本助力控制工作原理,根据实际需求,确定助力参数,设计曲线型基本助力控制策略。基于设计的曲线型基本助力控制模型,按照系统要求建立二阶滤波补偿器模块来提高系统的稳定性。（2）永磁同步电机FOC控制分析及建模研究FOC控制原理,搭建了永磁同步电机控制在不同坐标系下的数学模型,建立Pi控制模型和空间矢量脉宽调制模型。基于Simulink建立了永磁同步电机FOC控制模型,并通过仿真来验证模型的准确性。（3）永磁同步电机弱磁控制策略仿真研究研究了...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
C-EPS系统结构示意图
1绪论3目前，轿车多使用管柱式EPS（C-EPS）总成，如图1.2所示。C-EPS的集成度较高，系统响应时间短。转速转矩传感器中的扭杆两端分别连接转向管柱的输入轴和输出轴，方向盘的转动导致扭杆出现形变现象，转速转矩传感器解析两轴之间的相对转角信息，并将其转换为电压信号传输至EPS控制器。根据当前汽车的方向盘转矩和车速信号计算电机需求电流值，然后结合电机实际反馈过来的电流值通过电机控制（FOC）运算出所需的PWM信号通过MOSFET逆变器生成三相电压传递到永磁同步电机上，并控制电机输出助力转矩。EPS总成通过蜗轮蜗杆机构和中间轴将电机输出的助力转矩传递到齿轮齿条机构，最后通过转向横拉杆完成转向操作。1.2.2永磁同步电机结构永磁同步电机结构如图1.3所示，其永磁同步电机包括定子和转子两部分。其中，定子部分包括永磁同步电机壳体、线圈绕组、磁极靴和绕组框架,该定子支撑三个星形配置连接的绕组，并由交流电供电。这些绕组围绕磁极靴放置，并使交流电通过线圈产生的磁通量流过特定的路径，使电机效率最大化。转子部分包括永磁体、电机轴及球轴承，转子通常由安装在表面或者转子内部的永磁体将转矩传递到各种设备的钢轴制成。图1.3永磁同步电机结构1.3国内外研究现状1.3.1EPS控制策略研究现状国外对于EPS的应用研发相对较早，日本捷太格特、德国采埃孚、美国天合、日本精工等公司在EPS的研究一直处于行业前列，特别在管柱式电动助力转向系统中。产品多采用模块化及可扩展设计，自适应碰撞能力达到最新NCAP要求，达到高度集成的设计要求，这些公司也占据了较大的转向系统市场份额。同时，国外学者对EPS的研究达到了较高水平。Tsung-HsienHu等[1]设计了一种包括了基本助力、阻尼、回正和惯性的EPS控制
重庆理工大学硕士论文8图1.4课题研究路线1.5本章小结本章首先阐述了课题的研究背景及意义，并对EPS工作原理以及永磁同步电机进行了介绍。然后，分析了EPS控制策略和永磁同步电机控制的国内外研究现状。最后，根据国内外研究现状与不足，提出了本文研究内容及技术路线。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电压型逆变器分段死区补偿调制策略[J]. 刘和平,路莹超,王华斌,苗轶如. 电机与控制学报. 2018(03)
[2]一种永磁同步电机矢量控制SVPWM死区效应在线补偿方法[J]. 韩坤,孙晓,刘秉,宋文胜,冯晓云. 中国电机工程学报. 2018(02)
[3]永磁电机无位置传感器控制死区补偿策略[J]. 杨阳,王庆年,龚依民,刘春苹. 电机与控制学报. 2017(04)
[4]基于空间矢量脉宽调制的永磁同步电机死区效应分析与补偿[J]. 刘堃,范彩云,韩坤,甄帅,何青连. 电机与控制应用. 2016(09)
[5]永磁同步电机用坐标变换的电流谐波抑制方法[J]. 刘刚,孙庆文,肖烨然. 电机与控制学报. 2015(05)
[6]一种改善PMSM动态性能的弱磁策略[J]. 周华伟,陈龙,刘国海,蒋彦. 电机与控制学报. 2014(09)
[7]一种新颖的电压源逆变器自适应死区补偿策略[J]. 周华伟,温旭辉,赵峰,张剑,郭新华. 中国电机工程学报. 2011(24)
[8]用谐波注入抑制永磁同步电机转矩脉动[J]. 廖勇,甄帅,刘刃,姚骏. 中国电机工程学报. 2011(21)
[9]永磁同步电机弱磁失控机制及其应对策略研究[J]. 朱磊,温旭辉,赵峰,孔亮. 中国电机工程学报. 2011(18)
[10]感应电机空间矢量PWM控制逆变器死区效应补偿[J]. 王高林,于泳,杨荣峰,徐殿国. 中国电机工程学报. 2008(15)
博士论文
[1]基于转矩—转速—电流MAP的车用永磁同步电机矢量控制优化[D]. 杨阳.吉林大学 2018
[2]基于永磁同步电机的电动助力转向系统力矩控制算法研究[D]. 张虎.吉林大学 2015
[3]基于转向性能的电动助力转向控制参数灵敏度分析及优化[D]. 李绍松.吉林大学 2013
[4]混合动力电动汽车永磁同步电机弱磁控制的研究[D]. 那日沙.哈尔滨理工大学 2013
[5]电动助力转向系统操纵性能及控制策略研究[D]. 李欣.上海交通大学 2009
硕士论文
[1]永磁同步电机EPS控制系统研究[D]. 任晓光.长春工业大学 2019
[2]电动汽车永磁同步电机弱磁控制研究[D]. 张传谱.吉林大学 2019
[3]线控转向系统转向电机控制算法与软件建模研究[D]. 郭岩.吉林大学 2018
[4]电动汽车永磁同步电机弱磁控制方法研究及性能分析[D]. 文光亚.电子科技大学 2018
[5]内置式永磁同步电机弱磁控制在电动汽车中应用研究[D]. 徐忠良.上海电机学院 2018
[6]汽车电动助力转向控制策略研究[D]. 潘国栋.辽宁工业大学 2018
[7]电动汽车用永磁同步电动机弱磁调速系统的研究[D]. 张宇鹏.华北电力大学(北京) 2017
[8]永磁同步电动机弱磁扩速控制策略研究[D]. 耿俊洋.浙江大学 2017
[9]电动汽车用永磁同步电机高速区弱磁优化控制研究[D]. 顾欣.山东大学 2016
[10]电动助力转向系统建模与仿真分析[D]. 程述亮.重庆大学 2016
本文编号：3002782
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
C-EPS系统结构示意图
1绪论3目前，轿车多使用管柱式EPS（C-EPS）总成，如图1.2所示。C-EPS的集成度较高，系统响应时间短。转速转矩传感器中的扭杆两端分别连接转向管柱的输入轴和输出轴，方向盘的转动导致扭杆出现形变现象，转速转矩传感器解析两轴之间的相对转角信息，并将其转换为电压信号传输至EPS控制器。根据当前汽车的方向盘转矩和车速信号计算电机需求电流值，然后结合电机实际反馈过来的电流值通过电机控制（FOC）运算出所需的PWM信号通过MOSFET逆变器生成三相电压传递到永磁同步电机上，并控制电机输出助力转矩。EPS总成通过蜗轮蜗杆机构和中间轴将电机输出的助力转矩传递到齿轮齿条机构，最后通过转向横拉杆完成转向操作。1.2.2永磁同步电机结构永磁同步电机结构如图1.3所示，其永磁同步电机包括定子和转子两部分。其中，定子部分包括永磁同步电机壳体、线圈绕组、磁极靴和绕组框架,该定子支撑三个星形配置连接的绕组，并由交流电供电。这些绕组围绕磁极靴放置，并使交流电通过线圈产生的磁通量流过特定的路径，使电机效率最大化。转子部分包括永磁体、电机轴及球轴承，转子通常由安装在表面或者转子内部的永磁体将转矩传递到各种设备的钢轴制成。图1.3永磁同步电机结构1.3国内外研究现状1.3.1EPS控制策略研究现状国外对于EPS的应用研发相对较早，日本捷太格特、德国采埃孚、美国天合、日本精工等公司在EPS的研究一直处于行业前列，特别在管柱式电动助力转向系统中。产品多采用模块化及可扩展设计，自适应碰撞能力达到最新NCAP要求，达到高度集成的设计要求，这些公司也占据了较大的转向系统市场份额。同时，国外学者对EPS的研究达到了较高水平。Tsung-HsienHu等[1]设计了一种包括了基本助力、阻尼、回正和惯性的EPS控制
重庆理工大学硕士论文8图1.4课题研究路线1.5本章小结本章首先阐述了课题的研究背景及意义，并对EPS工作原理以及永磁同步电机进行了介绍。然后，分析了EPS控制策略和永磁同步电机控制的国内外研究现状。最后，根据国内外研究现状与不足，提出了本文研究内容及技术路线。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电压型逆变器分段死区补偿调制策略[J]. 刘和平,路莹超,王华斌,苗轶如. 电机与控制学报. 2018(03)
[2]一种永磁同步电机矢量控制SVPWM死区效应在线补偿方法[J]. 韩坤,孙晓,刘秉,宋文胜,冯晓云. 中国电机工程学报. 2018(02)
[3]永磁电机无位置传感器控制死区补偿策略[J]. 杨阳,王庆年,龚依民,刘春苹. 电机与控制学报. 2017(04)
[4]基于空间矢量脉宽调制的永磁同步电机死区效应分析与补偿[J]. 刘堃,范彩云,韩坤,甄帅,何青连. 电机与控制应用. 2016(09)
[5]永磁同步电机用坐标变换的电流谐波抑制方法[J]. 刘刚,孙庆文,肖烨然. 电机与控制学报. 2015(05)
[6]一种改善PMSM动态性能的弱磁策略[J]. 周华伟,陈龙,刘国海,蒋彦. 电机与控制学报. 2014(09)
[7]一种新颖的电压源逆变器自适应死区补偿策略[J]. 周华伟,温旭辉,赵峰,张剑,郭新华. 中国电机工程学报. 2011(24)
[8]用谐波注入抑制永磁同步电机转矩脉动[J]. 廖勇,甄帅,刘刃,姚骏. 中国电机工程学报. 2011(21)
[9]永磁同步电机弱磁失控机制及其应对策略研究[J]. 朱磊,温旭辉,赵峰,孔亮. 中国电机工程学报. 2011(18)
[10]感应电机空间矢量PWM控制逆变器死区效应补偿[J]. 王高林,于泳,杨荣峰,徐殿国. 中国电机工程学报. 2008(15)
博士论文
[1]基于转矩—转速—电流MAP的车用永磁同步电机矢量控制优化[D]. 杨阳.吉林大学 2018
[2]基于永磁同步电机的电动助力转向系统力矩控制算法研究[D]. 张虎.吉林大学 2015
[3]基于转向性能的电动助力转向控制参数灵敏度分析及优化[D]. 李绍松.吉林大学 2013
[4]混合动力电动汽车永磁同步电机弱磁控制的研究[D]. 那日沙.哈尔滨理工大学 2013
[5]电动助力转向系统操纵性能及控制策略研究[D]. 李欣.上海交通大学 2009
硕士论文
[1]永磁同步电机EPS控制系统研究[D]. 任晓光.长春工业大学 2019
[2]电动汽车永磁同步电机弱磁控制研究[D]. 张传谱.吉林大学 2019
[3]线控转向系统转向电机控制算法与软件建模研究[D]. 郭岩.吉林大学 2018
[4]电动汽车永磁同步电机弱磁控制方法研究及性能分析[D]. 文光亚.电子科技大学 2018
[5]内置式永磁同步电机弱磁控制在电动汽车中应用研究[D]. 徐忠良.上海电机学院 2018
[6]汽车电动助力转向控制策略研究[D]. 潘国栋.辽宁工业大学 2018
[7]电动汽车用永磁同步电动机弱磁调速系统的研究[D]. 张宇鹏.华北电力大学(北京) 2017
[8]永磁同步电动机弱磁扩速控制策略研究[D]. 耿俊洋.浙江大学 2017
[9]电动汽车用永磁同步电机高速区弱磁优化控制研究[D]. 顾欣.山东大学 2016
[10]电动助力转向系统建模与仿真分析[D]. 程述亮.重庆大学 2016
本文编号：3002782
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