基于永磁同步电机的电动助力转向系统力矩控制算法研究

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1、基于永磁同步电机的电动助力转向系统力矩控制算法研究StudyontheTorqueControlAlgorithmofElectricPowerSteeringSystemBasedonPermanentMagnetSynchronousMotor作者姓名：张虎专业名称：车辆工程研究方向：汽车动态仿真与控制指导教师：郭孔辉教授学位类别：工学博士培养单位：汽车工程学院论文答辩日期：2015年12月05日授予学位日期：年月日论文评阅人：答辩委员会组成：盲审专家正高重庆大学主席李占国教授长春工业大学盲审专家正高北

2、京理工大学委员史文库教授吉林大学盲审专家正高大连理工大学宗长富教授吉林大学盲审专家副高湖南大学高振海教授吉林大学盲审专家正高中国农业大学刘薇娜教授长春理工大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博±学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立

3、进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。装＾学位论文作者签名：寺皆＾曰期！＜＾日；三作年月Ｉ摘要基于永磁同步电机的电动助力转向系统力矩控制算法研究电动助力转向系统(ElectricPowerSteering，EPS)是一种新型的汽车动力转向系统，它能够较好的解决转向系统中存在的“轻”与“灵”的矛盾，有利于提高

4、汽车的转向性能和主动安全性，并且具有节能、环保、结构简单、便于安装布置等优点，因此一经推出便得到了迅速的发展。助力电机作为EPS系统的执行机构，其转矩的输出能力和品质对EPS系统的性能有着很大的影响。早期EPS系统主要采用直流电机作为助力电机，但直流电机存在噪声大、功率密度低和可靠性差等缺点，这限制了EPS系统性能的进一步提升。随着电力电子和电机控制技术的发展，性能更优的交流电机也越来越地应用到EPS系统中，其中永磁同步电机以其体积小、效率高、功率密度大、转动惯量小等优点正逐步取代直流电机和异步电机成为EP

5、S助力电机的发展方向。目前国外主流EPS供应商都相继推出了各自的永磁同步电机EPS产品。但由于国内汽车电子技术发展的相对滞后，自主EPS产品仍以直流电机EPS为主且大多配套于国产小型乘用车，因此开发具有自主知识产权的永磁同步电机EPS系统对于拓宽自主EPS产品的应用范围打破国外厂商的市场垄断地位具有重要的意义。作为一种车载力矩伺服系统，EPS对助力电机的转矩响应性能有着较高的要求：一方面要求助力电机在各种转向工况下输出的助力转矩都能够快速、准确地跟踪目标转矩，无转向迟滞感；另一方面要求电机输出的转矩平滑、波

6、动小，以保证良好的驾驶舒适性。为满足上述要求，本文主要从永磁同步电机的转矩控制策略、矢量控制下的预测电流控制、弱磁控制和转向盘力矩波动抑制等方面对永磁同步电机EPS系统的力矩控制进行了相关研究。本文的具体研究内容如下：（1）永磁同步电机的数学模型及其转矩控制策略首先介绍了不同坐标系下永磁同步电机的数学模型，并阐述了永磁同步电机矢量控制和直接转矩控制的原理及实现方法。然后，结合EPS系统对助力电机输出转矩的性能要求，对比两种转矩控制策略的特点，选取了力矩控制精度更高的矢量控制作为本I文EPS系统的转矩控制策略

7、。最后，分析了矢量控制下逆变器非线性对永磁同步电机转矩控制性能的影响，并采用一种在线补偿方法对逆变器非线性进行了补偿。（2）EPS用永磁同步电机预测电流控制算法矢量控制下，永磁同步电机的转矩控制就转化为对同步坐标系下两轴电流的控制。稳定快速的电流跟踪性能是EPS力矩控制的基础。相较于其他控制算法，预测电流控制以其优异的动态响应性能和较低的电流纹波，正越来越多地应用到永磁同步电机的控制中。但传统预测电流控制的性能易受电机参数变化的影响，鲁棒性较差。为此本文首先对传统预测电流控制进行了参数敏感性分析，在此基础上

8、提出了一种自适应鲁棒预测电流控制算法。该算法采用龙伯格观测器预测电机电流，通过调整观测器增益提高系统的稳定裕度；同时采用扰动观测器实时估计系统扰动，以提高电流的预测精度和控制精度，实验结果表明该算法可以在不明显降低预测电流控制的无差拍性能前提下提高系统的鲁棒性能。为后续弱磁控制和转向盘力矩波动抑制奠定了良好的基础。（3）EPS用永磁同步电机弱磁控制算法本文针对永磁电机EPS系统快速转向时手感沉重的问题，采用了弱磁