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EPS系统基本助力控制策略设计案例综述
目录
TOC\o1-2\h\u14362EPS系统基本助力控制策略设计案例综述 1
165861.1EPS系统基本助力控制策略设计 1
250201.2转矩控制环设计 2
139671.2.1助力特性曲线 2
59011.2.2转矩前馈控制器设计 4
17631.3电流控制换设计 6
145641.3.1永磁同步电机的矢量控制 7
158761.1.2永磁同步电机的矢量控制 8
在第三章建立的EPS系统模型的基础上,设计了基本助力控制策略。在EPS系统中,基础助力控制策略决定了系统的整体性能。EPS系统的最佳控制策略是实现基本的动力转向功能,以满足低速轻转向和高速平稳转向的要求;同时,EPS系统具有较高的响应速度和较强的转向抖动抑制性能。提供更舒适、更精确、更具操控性和路感的驾驶体验。
1.1EPS系统基本助力控制策略设计
按照模块化控制的设计思想,设计了EPS系统控制策略,其中包括图1.1中所示的转矩型控制环、电流型控制环。二大控制环对被控对象构成闭环控制。这些优秀的转矩控制环设计能够保证系统快速、准确地跟踪驾驶员的转向力矩,从而达到助力的基本要求。EPS系统可以有效地抑制EPS系统的转矩波动,从而减小对驾驶员手感的不利影响,从而使EPS系统具有良好的路感跟踪性能;优良的电流控制环设计可以提高助力电机的响应速度,减小助力电机的转矩波动。
图1.1EPS系统控制策略示意图
从图1.1可以看出,转矩控制环的主要输入为速度信号和转矩传感器信号输出为目标转矩信号。其中,电流控制环的主要输入为目标电流,输出为实时马达电流和马达助力力矩,其中,实时马达电流用于电流控制环中的电流反馈控制。下面将深入研究转矩控制环的设计与优化,它对系统稳定性和转矩波动有很大的影响。
1.2转矩控制环设计
1.2.1助力特性曲线
助力器特征描述的是电机助力转矩随转矩传感器的转矩和速度的变化规律。为获得良好的转向操纵性能,对助力特性的要求如下:
当车速提高时,电动机助力转矩应逐渐减小。转向系统在低速时能提供较大功率,而在高速时能提供较小功率,以确保低速时转向较轻,高速时转向较稳定。满足路面强度要求的车辆数随着速度的增加而增加。
当转矩传感器的转矩小于某一阈值时,电机助力转矩应设为零。这样可保证助力电动机在不转动的情况下不工作,避免了不必要的频繁起动,提高了助力电动机的使用寿命,降低了其能耗。司机还能获得较好的中间位置感。
当转矩传感器转矩较大时,电机助力转矩也较小,使驾驶员有较好的中间位置感;当转矩传感器转矩较大时,电机助力转矩也较大,使驾驶员有较好的转向轻便性。
由图1.2显示的是当前常用的助力特性曲线。常见的助力特征有直线型、折线型和曲线型等不同曲线。调试简单直接,曲线型复杂难于调试,折线型复杂难于调试,调试难于复杂难于调试。
图1.2助力特性曲线
曲面助力特性曲线平滑,可获得良好的转向手感,且综合性能最优。所以本论文所研究的EPS系统采用曲线助力特性曲线。因助力特性曲线形状变化较小,使转向手感有明显的可知性差异,故理想助力特性曲线的最终确定需要经过精细的实车标定。在EPS系统的初始开发阶段,通常采用线性辅助特性曲线进行预开发。但在今后的发展中,主要是基于虚线的辅助特性曲线进行改进。最终优化曲线形状的增强特性曲线是在点增强特性曲线的基础上拟合光滑多项式曲线或样条曲线形成的曲线增强特性曲线。
1.2.2转矩前馈控制器设计
在一般的EPS系统中,通常采用前馈控制器来减少被调量动态偏差。采用转矩前馈控制器对EPS系统的干扰转矩进行补偿。在有力矩扰动的情况下,力矩前馈控制器立即控制被调量,补偿扰动对被控对象的影响,减小助力增益变化对系统传递特性的影响,使系统保持稳定。同时保证EPS系统具有良好的动态性能,使驾驶员在转向时系统能够迅速作出响应。
如图1.3转矩前馈控制结构示意图,汽车车速信号v和转矩传感器信号Ts。经过助力特性曲线后,得到电机参考助力转矩Tmu。电机参考助力转矩Tmr通过转矩前馈控制器后得到目标转矩Temd,利用转矩前馈控制器对转矩扰动进行转矩前馈补偿,降低目标转矩的波动。
图1.3转矩前馈控制结构示意图
若不考虑助力增益变化对EPS系统传递特性的影响,假设系统的传递特性不变,
1.4经典前馈-反馈控制结构示意图
可以将EPS系统的转矩控制策略简化为图1.4所示经典前馈-反馈控制结构。EPS系统实际工作过程一般以传递函数作为被控制对象的传递函数。图1.3中代表被控对象模型,而代表前馈控制器,代表反馈控制器,代表可测扰动作用到过程输出的传递函数,D(s)代表扰动,R(s)代表目标输入,U(s)代表系统输入,代表前馈输出,Y(s)代
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