论文部分内容阅读
电动助力转向系统直接影响汽车操纵稳定性和安全性,其性能主要取决于电机及其控制算法。采用整距集中绕组的无刷直流电机(BLDCM)性能远优于有刷直流电机,而复杂程度和成本又低于采用分布绕组的永磁同步电机,在电动助力转向系统中的应用却很少,相关的研究较为薄弱。由于性价比较高,无刷直流电机将在汽车助力转向系统中获得较广泛的应用,因而结合汽车助力转向系统性能需求,展开无刷直流电机控制系统的研究既有潜在的工程应用价值,又有一定的理论价值。本文从控制系统经济性和可靠性的角度出发,选择了带霍尔位置传感器的BLDCM和无位置传感器的BLDCM作为研究对象,依据电机助力转矩正比于电机电流这一特性,从满足转向助力特性要求出发,采用理论分析、计算机仿真和实验相结合的方法对BLDCM转向助力控制系统进行了研究。主要工作内容和成果如下:1.针对助力控制和回正控制采用的常规比例—积分—微分(PID)控制策略中,可能由于三个PID系数选择不合理导致的响应较慢的问题,提出了采用优化PID系数的神经网络PID助力控制和粒子群PID回正控制策略,建立了汽车电动助力转向系统动力学模型及其对应的Simulink仿真模型,并结合CarSim整车模型进行了仿真,验证了神经网络PID助力控制和粒子群PID回正控制的有效性。2.对带霍尔传感器BLDCM助力转向系统,结合转向助力特性要求,采用SMC速度环、双PID电流环的三闭环控制算法,对BLDCM进行了转速和转矩响应的分析和仿真,搭建了控制系统硬件及电动助力转向实验平台,进行了相关的实验。研究结果表明:带霍尔传感器BLDCM可用于汽车转向助力,能产生预期的助力效果,电机控制算法可行。3.对无位置传感器BLDCM助力转向系统中的电机转子初始定位、启动、调速和转矩控制过程进行了理论分析和仿真分析,编制了电机控制程序,搭建了电机控制系统实验平台及无位置传感器电动助力转向实验平台,进行了相应的实验。研究结果表明:1)无位置传感器BLDCM在助力系统中也可产生应有的助力效果;2)本文提出的基于电机线电流排序的无位置传感器BLDCM的转子初始定位新算法比以往文献中的定位算法更高效准确,使排序次数由原来的7次降为5次;3)本文提出的通过检测电机扇区切换前后电机线电流差值来控制电机启动的新算法,比以往文献中提出的启动算法更简单且更实用。