一种转向助力电机的多模式控制方法技术

本发明专利技术属于电机控制技术领域，涉及一种转向助力电机的多模式控制方法。通过数据采集模块采集车辆运行中的各种传感器信号；通过对采集的传感器信号的实时处理与分析，判断出当前车辆所处的工作状态，设置方向盘转矩信号与角速度信号阈值作为电机工作模式的判断标准，选择电机的工作模式，超过阈值则电机处于紧急转向模式，其他情况均属于正常工作模式；当电机处于正常工作模式下，根据上层控制要求的目标电流，通过当前设计的无差拍滑膜控制方式输出目标电流，实现电机电流环的控制；当电机处于紧急转向模式下，根据上层控制要求的目标转速，通过自抗扰弱磁控制方式，输出目标转速，实现电机转速环的控制,实现转向助力电机的多模式快速准确响应。式快速准确响应。式快速准确响应。

【技术实现步骤摘要】
一种转向助力电机的多模式控制方法


[0001]本专利技术属于电机控制的
，特别是涉及一种转向助力电机的多模式控制方法。

技术介绍

[0002]转向助力系统作为家用车、商用车的核心系统之一，肩负着为驾驶员提供转弯助力的功能。其中电机控制是转向助力系统中的控制基石，围绕着转向电机的控制，目前大部分厂商仍采用传统的参见图1和图2所示双环PID控制模式，这种模式采用黑盒控制的理念，模型整体稳定性较高，但快速性上有所欠缺。如何能在保证稳定性的前提下，进一步提升电机响应速度，无疑是当前电机控制研究的热门。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于如何实现电机的快速准确响应，提供一种转向助力电机的多模式控制方法，实现转向助力电机的多模式快速准确响应。
[0004]本专利技术是这样实现的，
[0005]一种转向助力电机的多模式控制方法，包括以下步骤：
[0006]1)通过数据采集模块采集车辆运行中的各种传感器信号；
[0007]2)通过对采集的传感器信号的实时处理与分析，判断出当前车辆所处的工作状态，设置方向盘转矩信号与角速度信号阈值作为电机工作模式的判断标准，选择电机的工作模式，超过阈值则电机处于紧急转向模式，其他情况均属于正常工作模式；
[0008]3)当电机处于正常工作模式下，根据上层控制要求的目标电流，通过当前设计的无差拍滑膜控制方式输出目标电流，实现电机电流环的控制；
[0009]4)当电机处于紧急转向模式下，根据上层控制要求的目标转速，通过自抗扰弱磁控制方式，输出目标转速，实现电机转速环的控制。
[0010]进一步地，步骤3中电机电流环控制包括：搭建电流环模型，所述电流环模型包括电流PID模块、Clark变换模块、Clark逆变换模块、Park变换模块、Park逆变换模块、SVPWM模块以及测距模块，电机的三相电流数据经过Clark变换模块后经由Park变换模块，，设置一滑膜观测器在Park变换模块的输出端，经滑膜观测器的数据反馈至无差拍控制器反馈后输出至Park逆变换模块，测距模块所测数据至Park逆变换模块，Park逆变换模块的输出至Clark逆变换模块和SVPWM模块值逆变器。
[0011]进一步地，无差拍控制模块控制过程包括：
[0012]建立三相坐标系下的永磁同步电机三相平衡方程：
[0013][0014]其中，U
a
、U
b
、U
c
为电机的端电压，R
s
为绕组电阻，i
a
、i
b
、i
c
为绕组电流，Ψ
a
、Ψ
b
、Ψ
c
为三相磁链，p为微分算子；
[0015]经过Clark变换与Park变换将三项静止坐标系下的电压方程转换为dq两相同步旋转坐标系下的电压方程：
[0016]U
d
＝L
d
*(di
d
/dt)
‑
W
e
L
d
i
q
+R
s
i
d
[0017]U
q
＝L
q
*(di
q
/dt)+W
e
L
q
i
d
+W
e
ψ
f
+R
s
i
q
[0018]其中，U
d
、U
q
为dq轴电压，i
d
、i
q
为dq轴电流，W
e
为电机的电角速度，Ψ
f
为永磁体磁链；
[0019]对电压方程进行离散化，得到未来时刻的电流预测值：
[0020][0021]其中，T为采样时间，所有带时间标志k的数据均为实时采集数据，同时，R、T、L、Ψ参数已提前获取，预测出下一阶段的电流值，实现对电流值的控制。
[0022]进一步地，滑膜观测模块通过选择滑模面以及设计相应的滑模控制函数用于补偿电机参数，滑模面S＝i_hat
‑
i，其中，S为滑模面，i_hat为电流估计量，i为电流真实值，使得电流估计量越来越来趋近于真实值，相应的滑模控制函数将作为趋近方程，总的滑模控制函数为其中p、λ为趋近律参数。
[0023]进一步地，步骤4中转速环控制的具体实现方法如下：搭建好的电流环模型上测距模块的输出端设置测速模块，所述第测速模块连接至反馈的输入端，无差拍控制模块的输入端设置自抗扰控制器，并在无差拍控制模块的输出端以及自抗扰控制器的输出端之间设置弱磁控制模块。
[0024]进一步地，自抗扰控制模块的实现如下：
[0025]建立电机的运动方程：
[0026][0027]其中，J为转动惯量，W为电机的机械角速度，T
e
为电磁转矩，T
L
为负载转矩，p为极对数，Ψ为永磁体磁链，i
q
为q轴电流；
[0028]对上式进行变换，得到：其中与i
q
相关的量看作增益b0，其他变量看作扰动f，设计出下扩张状态观测器：W_hat＝f_hat
‑
2W0(W_hat
‑
W)+b0i
q
[0029][0030]其中，W_hat为机械角速度的观测值，f_hat为扰动的观测值，W0，b0是需要调节的相关系数，得到角速度以及扰动的观测值，结合比例式控制以及前馈扰动得到给定电流环的i
q
值，W
ref
为目标转速。
[0031][0032]进一步地，弱磁控制模块的控制过程为：取电流环控制器输出的dq轴电压，得到目标电压将目标电压与设置的阈值电压取差进行PI控制得到目标超前角θ，通过公式：i
s
为转速环给与的目标电流，得到弱磁后的dq轴目标电流实现弱磁的控制。
[0033]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0034]电机选用较为常见的永磁同步电机(PMSM)作为转向助力的控制电机。同时，结合转向助力的控制要求，将电机的控制分为了两种模式：普通工作模式和紧急转向模式。其中，普通工作模式主要是电机电流环(转矩环)的控制，相较于传统的PID电流环控制方式，本专利技术选用无差拍控制方法作为控制器，设计滑膜观测器进行误差观测以及控制修正，进一步减少了模型误差带来的干扰，实现了较为理想的电流环控制。另一方面，当处于紧急转向模式时，由于电机基础转速不足，此时，电机需切换到速度环进行弱磁控制，同时，为了进一步提高速度环的响应速度，本专利技术将自抗扰控制方法运用到电机速度环的控制中，同时，与弱磁控制方法相结合实现电机速度环的快速准确响应。本专利技术相较于传统的转向助力永磁同步电机的控制方法，选用了更为优秀的控制理念和控制方法，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转向助力电机的多模式控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过数据采集模块采集车辆运行中的各种传感器信号；2)通过对采集的传感器信号的实时处理与分析，判断出当前车辆所处的工作状态，设置方向盘转矩信号与角速度信号阈值作为电机工作模式的判断标准，选择电机的工作模式，超过阈值则电机处于紧急转向模式，其他情况均属于正常工作模式；3)当电机处于正常工作模式下，根据上层控制要求的目标电流，通过当前设计的无差拍滑膜控制方式输出目标电流，实现电机电流环的控制；4)当电机处于紧急转向模式下，根据上层控制要求的目标转速，通过自抗扰弱磁控制方式，输出目标转速，实现电机转速环的控制。2.按照权利要求1所述的一种转向助力电机的多模式控制方法，其特征在于，步骤3中电机电流环控制包括：搭建电流环模型，所述电流环模型包括电流PID模块、Clark变换模块、Clark逆变换模块、Park变换模块、Park逆变换模块、SVPWM模块以及测距模块，电机的三相电流数据经过Clark变换模块后经由Park变换模块，，设置一滑膜观测器在Park变换模块的输出端，经滑膜观测器的数据反馈至无差拍控制器反馈后输出至Park逆变换模块，测距模块所测数据至Park逆变换模块，Park逆变换模块的输出至Clark逆变换模块和SVPWM模块值逆变器。3.按照权利要求2所述的一种转向助力电机的多模式控制方法，其特征在于，无差拍控制模块控制过程包括：建立三相坐标系下的永磁同步电机三相平衡方程：其中，U
a
、U
b
、U
c
为电机的端电压，R
s
为绕组电阻，i
a
、i
b
、i
c
为绕组电流，Ψ
a
、Ψ
b
、Ψ
c
为三相磁链，p为微分算子；经过Clark变换与Park变换将三项静止坐标系下的电压方程转换为dq两相同步旋转坐标系下的电压方程：U
d
＝L
d
*(di
d
/dt)
‑
W
e
L
d
i
q
+R
s
i
d
U
q
＝L
q
*(di
q
/dt)+W
e
L
q
i
d
+W
e
ψ
f
+...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫平，李任，杨祥卓，卢希全，
申请(专利权)人：吉林省驭功智能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：