一种电动助力转向系统用助力电机控制方法及系统技术方案

一种汽车电动助力转向系统用永磁同步助力电机的控制方法，包括以下步骤：控制器输入端接收指定的助力特性和电机反馈的两相电流信号、三相电压信号以及母线电压信号；运算后控制器输出三相占空比信号给电机驱动器，电机驱动器输出三相电压信号驱动永磁同步电机工作；永磁同步电机在电机驱动器和负载系统的共同作用下工作；信号采集及处理系统采集电机的两相电流信号和三相电压信号，并进行信号调理后生成控制器可以读取的信号后输入控制器，由控制器输出信号对电机进行控制。实现所述方法的控制系统，包括控制器、电机驱动器、永磁同步电机及负载系统、信号采集及处理系统。本发明专利技术省去了机械式的位置传感器；同时有效控制了电机输出转矩波动。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种汽车电动助力转向系统用永磁同步助力电机的控制方法，包括以下步骤：控制器输入端接收指定的助力特性和电机反馈的两相电流信号、三相电压信号以及母线电压信号；运算后控制器输出三相占空比信号给电机驱动器，电机驱动器输出三相电压信号驱动永磁同步电机工作；永磁同步电机在电机驱动器和负载系统的共同作用下工作；信号采集及处理系统采集电机的两相电流信号和三相电压信号，并进行信号调理后生成控制器可以读取的信号后输入控制器，由控制器输出信号对电机进行控制。实现所述方法的控制系统，包括控制器、电机驱动器、永磁同步电机及负载系统、信号采集及处理系统。本专利技术省去了机械式的位置传感器；同时有效控制了电机输出转矩波动。【专利说明】—种电动助力转向系统用助力电机控制方法及系统
本专利技术属于汽车
，涉及电动助力转向系统用永磁同步电机控制方法及系统，尤其是永磁同步电机无位置传感器混合控制方法。
技术介绍
目前，电动助力转向系统的助力电机选择已经逐渐向永磁同步电机发展。永磁同步电机由于其功率密度高、体积小、转动惯量小、损耗扭矩小、可靠性高等优点，正越来越多地受到广泛应用。传统的永磁同步电机高性能转矩控制中的转子位置信息一般来源于旋转变压器、霍尔编码器等，其存在成本高或是精度低等缺点。无位置传感器控制技术可分为适用于低速和中高速的两类方法。电机处于低速时利用电机凸极性来检测转子位置，主要为高频信号注入法，此种方法不受电机参数变化的影响，但随着电机转速的增大，信号处理复杂，高速区动态性能下降，估算效果变差。中高速时通过电机的反电动势估计转子位置信息，此类方法结构相对简单，动态性能好，但对电机参数敏感，在低速区由于信噪比降低，很难准确提取转子位置信息。实现永磁同步电机广泛速度区间无位置传感器控制，需将两类方法结合起来。通常两类方法结合的方式有采用直接切换的方式，但这种方法是点切换，不利于转向系统助力电机转矩波动指标的控制。而为了保证两类算法之间的平滑切换，还有采用加权函数对两种算法的位置信号进行融合的方法，但此种方法需要对两种算法估计的位置信息进行加权，由于估计系统中电机转子位置的估计值均来源于电机转速估计值的积分，并且系数加权式混合控制的算法选择变量是电机转速估计值，因此采用转速估计值加权的方法更加直接简洁。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够不需要机械式电机转子位置传感器，仅利用电机电流和电压信号，就可进行永磁同步电机矢量控制的控制系统和方法。该控制系统及方法可以实现永磁同步电机广泛转速区间内的无位置传感器控制，且电机输出转矩波动满足电动助力转向系统对助力电机转矩波动指标的要求。为了达到以上目的，本专利技术的技术方案是:—种汽车电动助力转向系统用永磁同步助力电机的控制方法，包括以下步骤:控制器输入端接收指定的助力特性和电机反馈的两相电流信号、三相电压信号以及母线电压信号；运算后控制器输出三相占空比信号给电机驱动器，电机驱动器输出三相电压信号驱动永磁同步电机工作；永磁同步电机在电机驱动器和负载系统的共同作用下工作；信号采集及处理系统采集电机的两相电流信号和三相电压信号，并进行信号调理后生成控制器可以读取的信号后输入控制器，完成电流闭环控制。进一步:在控制器中同时实现永磁同步电机电流闭环控制，以及无位置传感器永磁同步电机的转子位置估计。所述转子位置估计功能的实现是仅利用电机端的电流信号和电压信号通过估计算法将电机转子位置估计得到，从而用于电机的矢量控制。按照电机转速将电机运行工况分为低转速区和高转速区，在低转速区利用基于高频信号注入的方法估算出转子位置信息；在高转速区利用基于反电动势的方法估算出转子位置信息；在低转速区/高转速区向高转速区/低转速区过渡的切换过程中，利用信息融合的方法。所述信号融合方法是根据切换区间内电机转矩波动不能恶化且尽量平滑的要求，两种估计算法切换时电机转子位置估计误差应在相当水平，分析得到转子位置估计算法切换的转速区间。在转速切换区间内，采用系数加权的方法，根据制定的系数分配规则，分别对低转速估计算法的电机转速估计值和高转速估计算法的电机转速估计值进行系数加权，得到混合区间内可用的电机转速估计值，进而得到电机转子位置估计值；在估计算法混合区间外，保证分别只有一种估计算法会对估计结果起到影响。实现上述方法的汽车电动助力转向系统用永磁同步助力电机的控制系统，包括控制器、电机驱动器、永磁同步电机及负载系统、信号采集及处理系统，控制器与信号采集及处理系统连接，接收指定的助力特性和电机反馈的两相电流信号、三相电压信号以及母线电压信号；控制器与电机驱动器连接，将运算后得到的三相占空比信号输出给电机驱动器；电机驱动器与永磁同步电机连接，将三相电压信号输出给永磁同步电机驱动其工作；负载系统与永磁同步电机连接；信号采集及处理系统与永磁同步电机连接，采集永磁同步电机的两相电流信号和三相电压信号，并进行信号调理后生成控制器可以读取的信号后输入控制器。由于采用了以上技术方案，本专利技术的有益效果是:本专利技术利用易于获取的电机电流电压信号，来估计电机转子位置，省去了机械式的位置传感器；同时采用了对电机转速估计值进行系数加权融合的方式，来扩展了无位置传感器控制技术在广泛电机转速区间的应用，并且有效控制了电机输出转矩波动，符合电动助力转向系统对助力电机转矩波动指标的要求。【专利附图】【附图说明】图1是电动助力转向系统用永磁同步助力电机控制系统结构框架示意图。图2是永磁同步电机无位置传感器混合控制原理图。图3是高频信号注入法下电机控制原理框图。图4是自定义通用旋转坐标系示意图。图5是D状态观测器结构原理图。图6是混合控制区间系数加权算法原理图。图7是10rad/s至15rad/s时高频注入算法转子位置估计结果图。图8是10rad/s至15rad/s时D状态观测器转子位置估计结果图。图9是混合控制算法转子位置估计结果图。图10是混合控制下电机转矩输出结果图。图11是混合控制下电机输出转矩频率分布图。【具体实施方式】以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，本专利技术是一种汽车电动助力转向系统用永磁同步助力电机的控制系统及方法，包括控制器、电机驱动器、永磁同步电机及负载系统、信号采集及处理系统。控制器输入端接收指定的助力特性和电机反馈的两相电流信号、三相电压信号、以及母线电压信号，运算后控制器输出三相占空比给电机驱动器，电机驱动器输出三相电压信号驱动永磁同步电机工作，永磁同步电机在电机驱动器和负载系统的共同作用下工作，信号采集及处理系统采集电机的两相电流信号和三相电压信号，并做适当的信号调理后生成控制器可以读取的信号，然后输入控制器。如图2所示，控制器算法实现主要包含了两部分内容:一是电机电流闭环控制，主要包含电流PI调节器、矢量控制算法，以及空间矢量脉宽调制算法；另一部分为电机转子位置估计器，分别包括高频信号注入法、D状态观测器法，以及混合区间信息融合算法。如图3所示，高频信号注入法即给电机一个已知的高频信号激励，由于电机凸极性对高频信号的调制，通过两相电机端电流高频分量的解调，就可以获取电机转子位置信息。脉动高频电压信号注入法是在转子同步旋转dq坐标系下，在d轴上注入高频正弦电压信号，考虑注入的高频信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车电动助力转向系统用永磁同步助力电机的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：控制器输入端接收指定的助力特性和电机反馈的两相电流信号、三相电压信号以及母线电压信号；运算后控制器输出三相占空比信号给电机驱动器，电机驱动器输出三相电压信号驱动永磁同步电机工作；永磁同步电机在电机驱动器和负载系统的共同作用下工作；信号采集及处理系统采集电机的两相电流信号和三相电压信号，并进行信号调理后生成控制器可以读取的信号后输入控制器，完成电流闭环控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈慧，孙可，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31