异步电机电动助力转向系统控制策略研究

发布时间：2017-08-01 13:01

  本文关键词：异步电机电动助力转向系统控制策略研究

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【摘要】：电动助力转向(EPS)系统作为底盘技术的一项革新成果,具有高效、节能、可控、能独立工作等优点,这也使得EPS必然成为汽车转向系统发展的趋势。然而,直流电机的EPS系统由于它可提供的助力力矩小的缺点,不能被应用在中高级车上,异步电机能够有效克服直流电机的缺点,本文提出对异步电机EPS系统进行控制策略研究,对于提升EPS在中高级车上的装配应用有很大意义。EPS系统的模型是控制策略研究的前提。以DP-EPS系统为研究对象,分别对助力转向模式和助力回正模式下的EPS系统进行静力学和运动学分析,建立两种模式对应的机械数学模型,从而能够对EPS系统功能进行更加全面的仿真研究。助力电机是EPS系统的关键部件,为了提高系统的动态性能,建立包括四个复杂方程的异步电机动态数学模型,通过Clarke和Park变换可以将异步电机进行等效简化,从而降低对异步电机控制难度,为后续控制策略研究打下了基础。EPS系统的控制策略采用的是双层策略,其中上层策略是助力需求决策,下层策略是异步电机控制。助力需求决策是基于助力特性曲线,本文设计一种复合型助力特性曲线,提出转向时路感和轻便性的表征量,分别针对高、低车速和大、小转向盘转矩组成的四种区间进行助力函数的设计,并对复合型助力特性进行仿真验证,结果表明复合型助力曲线在助力时更加有效,趋近于理想助力特性。异步电机控制采用的是转子磁链定向的同步坐标系下的矢量控制方式,在比较转子磁链估算模型的前提下,选用适合本文的磁链定向同步坐标下的磁链电流估算模型,进而对转子磁链和电磁转矩运用电压反馈解耦的PI调节算法,对异步电机进行转矩跟随验证,结果表明,矢量控制能够使电机进行快速准确转矩跟随。完成EPS系统整体建模后对其进行两种不同工作模式的仿真分析,两种工作模式下的仿真结果均表明该EPS系统控制策略和模型建立合理有效。在得到路感和轻便性表征量的基础上,建立路感和轻便性的高斯型隶属度曲线,曲线更加直观的显示了不同车速对路感和轻便性的差异和需求。搭建了机械转向试验台,并且进行了控制器硬件和软件的开发设计,完成了原地转向实验,实验结果表明转向台设计合理,为后续的控制策略验证奠定基础。
【关键词】：DP-EPS系统 异步电机 双层策略 复合型助力特性曲线 矢量控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 电动助力转向系统结构及分类10-11
• 1.3 国内外研究现状11-14
• 1.3.1 国外研究现状11-12
• 1.3.2 国内研究现状12-14
• 1.3.3 国内外研究现状评述14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 EPS系统及整车建模16-29
• 2.1 双小齿轮式EPS系统简介16-17
• 2.2 EPS工作模式介绍17
• 2.3 EPS系统机械转向系统建模17-21
• 2.3.1 助力转向建模18-20
• 2.3.2 助力回正建模20-21
• 2.4 EPS系统异步电机建模21-27
• 2.4.1 异步电机概述21
• 2.4.2 异步电机动态数学模型21-24
• 2.4.3 坐标变换矩阵24-26
• 2.4.4 异步电机同步旋转坐标系模型26-27
• 2.5 整车建模27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 EPS复合型助力特性曲线研究29-37
• 3.1 路感和轻便性29-30
• 3.2 常见助力特性曲线分析30-31
• 3.3 复合型助力特性曲线设计31-36
• 3.3.1 助力特性曲线基本参数确定31-33
• 3.3.2 低速区间助力特性曲线设计33-34
• 3.3.3 高速区间助力特性曲线设计34-35
• 3.3.4 复合型助力特性曲线综述35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 EPS系统控制方案设计与仿真37-59
• 4.1 异步电机控制方案设计37-39
• 4.1.1 异步电机常见控制方案简介37-38
• 4.1.2 电压空间矢量PWM技术38-39
• 4.1.3 异步电机控制方案确定39
• 4.2 异步电机矢量控制模型39-40
• 4.3 转子磁链观测40-47
• 4.3.1 转子磁链电流模型41-42
• 4.3.2 转子磁链电压模型42-43
• 4.3.3 转子磁链模型仿真分析43-47
• 4.4 异步电机矢量控制仿真47-50
• 4.4.1 电压反馈解耦48
• 4.4.2 异步电机矢量控制仿真分析48-50
• 4.5 EPS系统控制策略仿真50-58
• 4.5.1 EPS助力转向模式仿真分析51-55
• 4.5.2 路感和轻便性仿真分析55-56
• 4.5.3 EPS助力回正模式仿真分析56-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第5章 EPS系统实验台搭建与功能验证59-68
• 5.1 机械转向实验台搭建59-61
• 5.2 EPS系统控制器硬件设计61-63
• 5.2.1 控制器硬件构成61-62
• 5.2.2 EPS控制器各模块设计62-63
• 5.2.3 EPS控制器实物63
• 5.3 EPS系统控制器软件设计63-66
• 5.3.1 EPS控制器软件构成63-64
• 5.3.2 EPS控制器程序实现64-66
• 5.4 EPS系统实验台实验66-67
• 5.5 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果73-75
• 致谢75

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本文编号：604329