基于无刷直流电动机的电动助力转向系统的研究

论文摘要

电动助力转向系统是近些年出现的新型动力转向系统。本文以转向轴式电动助力转向系统为研究对象,对电动助力转向系统的物理模型和数学模型进行了分析,针对简化的物理模型提出了电动助力转向系统的控制方法,建立以TI公司的TMS320LF2407 DSP为控制核心的电动助力转向系统。本文建立了电动助力转向系统的数学模型,深入研究了用于电动助力转向控制的三种控制策略(助力控制,回正控制和阻尼控制),使得系统在提供相应助力的同时,能够提高电动助力转向系统的性能。本文在电动助力转向系统中用无刷直流电动机取代普通直流电动机,建立了无刷直流电动机的数学模型,研究了无刷直流电动机的控制方式及控制策略。建立了含有电力功率模块的无刷直流电动机控制仿真系统,通过仿真验证了无刷直流电动机控制方法的正确性。本文采用电流负反馈控制方式实现助力电动机在转向过程中的电流和助力转矩;为了满足无超调、抗负载扰动能力强、实时性和快速响应性好的要求,系统采用PID控制策略。本文构建了以TI公司的TMS320LF2407微处理器作为控制核心的无刷直流机控制系统,设计了系统的硬件电路,编写调试了相应的控制程序,设计了无刷直流电机的控制系统。本文搭建了电动助力转向系统的试验台架,为今后深入研究电动助力转向系统的性能奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 汽车转向系统发展简史
• 1.2 汽车电动助力转向系统国内外发展现状
• 1.3电动助力转向系统的特点
• 1.4 课题的意义
• 第二章 汽车电动转向系统的工作原理和总体构造
• 2.1 电动助力转向系统的工作原理
• 2.2 电动助力转向系统的总体构造
• 2.2.1 传感器
• 2.2.2 电子控制单元
• 2.2.3 执行机构
• 第三章 电动助力转向系统模型及控制策略研究
• 3.1 电动助力转向系统模型研究
• 3.1.1 电动助力转向系统物理模型建立
• 3.1.2 转向柱式电动助力转向系统动态数学模型的建立
• 3.1.3 助力特性曲线
• 3.2 电动助力转向系统控制策略研究
• 3.2.1 助力控制
• 3.2.2 回正控制
• 3.2.3 阻尼控制
• 第四章 无刷直流电动机控制策略研究
• 4.1 无刷直流电动机的基本工作原理
• 4.1.1 电动机的分类
• 4.1.2 无刷直流电动机的结构原理
• 4.1.3 在abc轴上无刷直流电动机方程式
• 4.2 无刷直流电机的控制策略
• 4.2.1 PID控制规律
• 4.2.2 离散PID控制
• 4.2.3 常用的PID参数整定方法
• 4.2.4 无刷直流电机的控制策略
• 4.3 无刷直流电机仿真实现
• 4.3.1 Sim Power System Blocksets
• 4.3.2 无刷直流电动机控制系统仿真模型建立
• 4.3.2.1 无刷直流电动机本体
• 4.3.2.2 功率变换与换向逻辑
• 4.3.2.3 控制系统控制器的设计
• 4.3.3 无刷直流电机控制系统仿真结果
• 第五章 无刷直流电动机控制实现
• 5.1 无刷直流电动机控制系统总体构造
• 5.2 TMS320LF2407控制芯片介绍
• 5.3 基于DSP的无刷直流电动机控制系统
• 5.4 DSP无刷直流电动机控制系统硬件电路设计
• 5.4.1 供电电源设计
• 5.4.2 功率驱动电路
• 5.4.3 位置信号采样电路
• 第六章 电动助力转向系统设计及实现
• 6.1 电动助力转向系统关键部件原理及硬件电路设计
• 6.1.1 扭矩传感器和车速传感器
• 6.1.2 电动机
• 6.1.3 减速机构
• 6.1.4 电子控制单元
• 6.2 电动助力转向系统控制策略
• 6.2.1 无刷直流电动机转矩
• 6.2.2 增量式PID控制
• 6.2.3 数字滤波
• 6.3 电动助力转向系统软件设计
• 6.4 电动助力转向系统试验台架设计
• 6.4.1 试验台结构
• 6.4.2 试验台工作原理
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读硕士期间发表论文和参加课题