基于自抗扰控制的商用车电动辅助转向控制系统研究

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目前,以液压为基础的商用车助力转向系统面临着助力特性单一、漏油污染严重等问题。随着电机控制性能的提高,电动助力转向(EPS)应运而生。与乘用车相比,商用车车身结构更复杂、转向阻力更大、工作环境中负面影响多且难以估计,导致行业内EPS在商用车的应用受阻。电子与电控技术的发展使商用车EPS实车应用成为可能,许多学者从上层控制策略层面对商用车EPS进行了研究,但其难以解决随机扰动、负载突变等问题,因此有必要将抗扰控制技术应用到商用车电动辅助转向系统研发中。本文从电机控制角度出发,完成了商用车EPS机械系统建模、助力控制器硬件设计、基于PMSM自抗扰的助力控制算法研究。主要包括以下内容:第一,转向助力机械建模:对行车过程中各转向机构的受力情况进行分析,建立等效转向轴受力模型;对转向过程中所受阻力分析,构建简化的阻力模型。与整车模型、助力特性函数、电机抗扰控制级联形成闭环控制模型。第二,电动辅助转向硬件驱动器设计:主要完成对EPS系统信号的采集、助力电机控制、信息交互工作。设计了信号采集滤波电路实现对电机转速信号、UVW三相电信号等信号的采集;设计了基于栅极IC驱动的逆变电路驱动电机;设计了低速CAN通讯电路以实现系统参数实时监控。第三,基于自抗扰的助力控制方法研究:设计助力特性曲线,根据方向盘最大转矩与车速的关系、无助力情况下主销阻力矩与车速的关系确定助力特性函数,进而确定PMSM输出转矩目标值;研究基于自抗扰控制器的PMSM闭环控制,针对商用车转向过程中,转向负载动态特性大、路面负面影响因素易突变等问题,将自抗扰控制引入至速度环。用扩张状态观测器观测电机转速,用微分跟踪器对输入信号进行平滑处理,结合误差反馈控制规律,构成速度环基于ADRC的PMSM矢量控制,抵抗电动辅助转向系统内外扰动。通过随机扰动、负载突变等试验,验证了抗扰控制方法的有效性。本文通过分析商用车转向结构、工作环境,对商用车助力转向系统进行简化建模,研究了一种求解助力曲线的经验型方法,研究了PMSM基于抗扰控制的商用车助力转向控制方法,通过级联闭环仿真实验表明,本文研究的电动辅助转向抗扰控制方法具备较好的助力特性、抗突变扰动性能。
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