电动助力转向用无刷直流电机转矩脉动抑制策略研究

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发表于 2022-8-26 21:00:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库解析:
汽车电动助力转向系统(EPS)凭借其高效、节能、环保等一系列优点,在微型车和轿车上获得了广泛的应用,有可能取代传统的液压动力转向系统(HPS)成为乘用车转向系统的主流。目前,国内EPS的助力电机多采用传统的永磁直流电机,直流电机所用电刷产生的机械摩擦,带来了噪声、火花、电磁干扰以及寿命短等致命弱点,降低了 EPS 的可靠性和安全性。因此,无刷直流电机EPS代表着未来的发展方向。而实际上,由于受到永磁材料的特性、设计权衡及电机制造工艺等因素的制约,电机反电势很难设计成标准的方波/梯形波或正弦波,而绕组电流受逆变器容量及电机绕组电感的限制,往往也不是相应的标准方波或正弦波,两者结合后,虽然也能产生有效的电磁转矩,但电磁转矩脉动较大。为此,本文基于国内无刷直流电机技术开发方面的不足,采用方波控制式无刷直流电机作为EPS系统的助力电机,同时结合EPS系统的性能要求,重点围绕如何减小转矩脉动展开研究,以求拓展无刷直流电机在EPS中的应用,论文的主要研究内容如下:(1)EPS用无刷直流电机换相转矩脉动的抑制。在对现有无刷直流电机换相转矩脉动抑制技术进行分析总结的基础上,结合EPS系统助力电机的性能及成本要求,首次提出EPS用无刷直流电机换相转矩脉动抑制时必须考虑电机绕组的电阻。并针对低电压、大电流、低速操纵转向盘条件下,提出了考虑定子电阻的无刷直流电机换相转矩脉动的精确抑制方法。(2)非理想反电势引起的无刷直流电机转矩脉动的抑制。基于单电流传感器(母线采样电阻)无刷直流电机驱动方案,提出采用电流波形修正系数法对无刷直流电机非理想反电势引起的转矩脉动进行抑制。同时设计开发了低成本、高精度的电机位置传感器,用于抑制霍尔位置传感器定位误差及非理想反电势引起的无刷直流电机转矩脉动。(3)PWM方式切换引起的转矩波动抑制技术。主要针对转向盘的不同操纵工况,基于不同PWM方式的优缺点,选用转矩脉动小、回正性好的调制方式。并提出采用电流平均斜率法来抑制不同调制方式间切换时所产生的转矩波动,确保助力过程平顺及回正性能优良。(4)无刷直流电机EPS建模与仿真分析。在Matlab/Simulink环境下,采用C MEX S函数与基本功能模块相结合的方法建立了单电流传感器无刷直流电机EPS系统模型。该模型不仅可以对无刷直流电机转矩脉动抑制技术进行仿真分析,还可以对系统的控制策略进行仿真研究。在对EPS系统未作过多简化的条件下,采用Matlab的线性系统分析工具对较为复杂的无刷直流电机EPS系统模型进行频域分析,并设计出基于转矩传感器信号的滞后-超前校正器,仿真表明系统的响应速度得到了提升,同时闭环控制系统的稳定性也得到了很大改善。





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