线控转向电机与路感电机协同控制

作     者：段方宾 

作者单位：广西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭光兴

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：线控转向 协同控制 永磁同步电机 变传动比 

摘      要：线控转向系统(Steering-by-wire System)取消了转向盘和前轮执行机构之间的转向柱,采用电子控制系统控制转向电机实现转向操作,可以自由设置转向系统的角传动比和力传动比,系统可以实现主动转向的功能,提高转向系统的转向性能。路感电机和转向电机是线控转向系统的重要组成部分,其工作性能的优劣直接影响驾驶员的操作体验,因此协同控制器的设计是关键。本文针对线控转向系统单个电机控制的不足,设计了双电机协同控制策略,并优化了控制算法。基于线控转向系统协同控制的研究,课题主要研究内容如下:论文首先介绍了线控转向系统中前轮转向电机与路感电机的数学模型,分析了转向所需的最大扭矩,对传感器进行了选型和设计。选择转矩脉动小、功率密度大的永磁同步电机做为控制对象。其次,分析了线控转向系统理想传动比特性。针对理想传动比的不足,基于横摆角增益不变设计了线控转向系统的变角传动比特性;并分析和设计了三种力传动比特性,选择传统助力电机力传动比特性对线控转向系统进行了设计。针对传统滑模控制和PID控制器的不足,结合最优控制和滑模控制设计了最优滑模算法。转速环为最优滑模控制,电流环为PI控制,验证了控制的稳定性和有效性。针对线控转向系统双电机转角-力矩耦合的问题,提出了一种位置-扭矩双向协同控制策略。在永磁同步电机转速调节的基础上,增加了位置环实现了前轮转角的跟随控制;对电流环进行控制实现了路感电机的力矩控制。将变角传动比应用到前轮转角,实现了线控转向电机与路感电机的协同控制,使得线控转向系统满足低速时转向灵敏,高速时转向平稳的特点,提高了线控转向系统的稳定性。最后,设计了线控转向系统协同控制器。控制器包括门级驱动电路、电压电流反馈电路、电源模块电路和外围传感器采集电路。在硬件电路的基础上,使用C语言开发线控转向系统控制程序,利用中断程序对实现传感器信息的采集和双电机的实时控制。使用PC机与控制器通信,对传感器信息进行了采集,并验证了电机的调速性能。