基于参数辨识的EPS控制器在线标定技术研究

发布时间：2020-05-13 22:12

【摘要】：随着地球环境的不断恶化,节能环保在各行各业都显得尤为重要,汽车行业当然也不例外。电动助力转向系统(EPS)通过控制电机来控制对转向机械结构的助力作用,与电控液压助力系统相比,EPS因具有节能、环保,且能提高汽车行驶时的操纵性和稳定性等特点,而广泛应用于汽车上。本文以现代控制理论中的系统辨识为理论依据,结合汽车标定技术对EPS进行研究,研究内容包括以下几部分。以EPS助力电机为研究对象,基于理论力学、基尔霍夫定律等知识对电机进行建模,通过拉氏变换得到以电机端电压为输入、电枢电流为输出的电机传递函数,并对比分析了连续时间模型直接辨识与间接辩识方法的优缺点。使用Matlab的CONSTID工具箱,在不同的辨识条件下完成了电机的仿真辨识,确定了仿真条件下最优辨识算法和辨识条件。设计了电机驱动器,并搭建电机辨识试验平台,基于LabVIEW软件平台编写数据采集系统程序,完成了电机电阻试验和电机参数辨识试验,得到电机电阻与电流的关系、占空比与电机端电压的关系、电机的数学模型和参数。以EPS系统为研究对象,将复杂部件简化、等效,得到EPS系统的数学模型,通过拉氏变换得到以方向盘转矩为输入、齿条位移为输出的EPS系统传递函数。通过仿真与试验辨识,研究了EPS系统的特性。由于齿条的位移难以测量,EPS的辨识试验是以扭矩传感器主路电压为输入、负载电机电流为输出的。搭建EPS试验台架,在EPS的助力模式下,通过Simulink建立两种控制算法的模型,以dSPACE为实时处理器,完成了基于PID算法和基于电机模型控制算法的试验,并对比分析两种控制算法的特点。研究了汽车标定协议:CCP与XCP协议。解析了A2L文件的结构,对比了三种常见A2L文件生成的方法,基于Simulink的RTW生成了A2L文件,并完善了ECU变量地址和通讯接口等相关内容。以某公司的EPS控制器为标定对象,搭建了EPS控制器标定试验平台,将辨识的电机参数用于控制器的标定中,分别采用ES581.3的INCA软件和USB-CAN定制的标定工具完成了标定试验。
【图文】：

原理图,电源电路,原理图,电机电流

PWM 任务和普通 I/O 任务不能相互切换。（3）数据采集系统数据采集系统对助力电机的端电压、助力电机电流和负载电机电流进行，使用的板卡为 NIUSB-6009，它包括 8 路单端的模拟输入接口（4 路差分拟输入接口）。由于所采集的信号均为小信号，需要使用板卡的差分模式对信号进行采集。（4）电机驱动模块电机驱动模块主要包括三部分：电源电路、H 桥电路、采样电路。电机驱动模块是由 12V 外部电源供电，在电机电流放大电路中需要使用偏置电压，且对该电压的精度要求较高。因此选择了Infineon公司的TLE426压芯片，它的最大输入电压可达到 45V，输出电压为 5V，误差范围在± 2%。图 3-11 为电源电路原理图。

电机端电压,采样电路

图 3-13 电机端电压采样电路图电路包括电机电流信号和电机端电压信号的采集。电流信号/5W 的精密电阻，误差范围在± 1%以内，它能够将流过电电压信号。由于电机是感性元件，因此在用 PWM 信号调节电的电压也会平缓变化，可以用 AD 口对其进行采集。考虑到分压并滤波后再进行采集。图 3-13 为电机端电压的采样电路模块设计的最大驱动电流为 30A，在设计电机驱动模块时，线的宽度和散热部分。图 3-14 为驱动模块实物图。底座部动模块有 5 路控制信号线（ENA 、IL1、IH1、IL2、IH2），，控制电机的正反转和转速。表 3-4 是电机驱动模块的控制真，控制信号只有在满足相应条件时，电机才可能转动，同时，L2 和IH2级联来控制电机，即只需 2 路 PWM 信号就可以
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.4

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