基于无刷直流电机电动助力转向控制系统的研究

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1、摘要论文题目：基于无刷直流电机电动助力转向控制系统的研究哗型煳啤訾学科专业：电力电子与电力传动研究生：蔡聪朝指导教师：张辉教授摘要；电动助力转向(ElectricPowerSteering，EPS)系统在当前己成为汽车技术发展的研究热点和前沿技术之一，相比以往的液压助力转向系统，它用直流电动机代替了液压装置，在环保性、安全操作性、占用空间大小等方面表现出了特有的优势。然而目前EPS系统大多采用的永磁直流电动机，由于其自身固有的缺陷——电刷换向，使得它不能满足现代汽车电子技术的飞速发展。本文采用电子换向的无刷直流电机代替永磁直流电动机，无

2、疑具有更广阔的发展前景。首先论文通过国内外研究综述，阐述了目前EPS的发展现状。从EPS系统的机械构造到工作原理，再到转向系的各主要构件分别进行了详细介绍。在此基础上建立了转向柱助力式EPS系统数学模型，并进一步推导得出了系统状态空间表达式，通过对EPS系统助力特性仿真分析，验证了EPS系统的助力功能。搭建了加入PID控制前后两种情况下的仿真模型，验证加入PID控制后，系统能够表现出较好的瞬态特性。然后针对EPS系统无刷直流电机的控制是本文设计的重点，分析了无刷直流电机的工作原理，建立了无刷直流电机的数学模型。在分析电机转矩闭环控制特性

3、的基础上，确定了本文的电流闭环控制策略，并对控制策略进行了仿真分析，仿真结果验证了控制方法的有效性。接着介绍了EPS系统无刷直流电机控制系统的具体实现。以英飞凌单片机XEl64FM．72F80L作为控制芯片，设计了电子控制单元(ElectronicControlUnit，ECU)，实现了基本助力转向功能。详细介绍了主电路、数据采集电路以及故障控制电路的组成。在完成硬件单元设计的基础上，介绍了控制系统软件设计思路，编写了相应的软件程序。其中包括主程序，霍尔位置信号检测，母线电流的A／D采样以及扭矩、母线电压的采集等模块。最后针对设计方案及

4、控制策略进行了台架试验验证，给出了台架试验的相关试验数据及波形，同时进行了详细分析，结果证明了设计方案和控制策略的有效性。关键词：电动助力转向；PID控制；无刷直流电机；电流闭环控制；电子控制单元本研究得到纵向项目——陕西省教育厅基金(09JK676)的经济资助。原书空白页不缺内容AbStractTitle：RESEARCHOFCONTROLSYSTEMOFTHEELECTRICPOWERSTEERINGBASEDONBRUSHLESSDCMOTORMajor．．PowerElectronicsandElectricDriveName-

5、CaiCongzhaoSignature：盆：鱼磐0一舢SupeⅣ．SOr：PrOf．Zhang⋯Signature：型攀∥AbstractElectricPowerSteering(EPS)Systemisconsideredasoneofthehotresearchfocusesandfrontiertechnologies．Comparedwiththeprevioushydraulicpowersteeringsystem，DCmotorisusedtoinsteadofhydraulicdevices．Sotheadvanta

6、gesofenvironmentalfriendly，safetyoperation．smallinsizeandSOOilinEPSiSshown．However，becauseoftheinherentflaws--brushcommutation，thepermanentmagnetdcmotorusedinmostEPSsystemscurrentlyiseliminatedbythemoderntechnologyandrapiddevelopmentofautomotiveelectronics．Abroadprospect

7、fordevelopmentispossessedundoubtedlybyadoptingbrushlessdcmotor(BLDCM)whichduetotheelectronicscommutationdeviceinsteadofpermanentmagnetdcmotorusedinEPSsysteminthisdissertation．Firstly，reviewedbythedomesticandforeignresearchpapers，thepresentdevelopmentsituationofEPSisexpou

8、ndedinthisdissertation．FrommechanicalstructureofEPSsystemtoworkprincipleandthemaincomponentsofsteerings