基于PMSM的全地形车用电动助力转向控制器的设计与实现

摘要

全地形车因其具有越野性能好、成本费用低、环境危害小等优点，在林区消防、勘探、军事领域等广泛应用。全地形车经常行驶在沙滩、坑洼、山地等复杂路面，同时由于车胎胎面宽大、胎纹多、胎冠深等原因使得车胎与地面的摩擦力较大，增加了操作难度并可能影响行驶安全，所以研究适用于全地形车的助力转向系统是非常有必要的。
　　电动助力转向(EPS)相比于液压助力转向(HPS)和电控液压助力转向(EHPS)，具有装配性好、能量消耗少、绿色环保等优点，是当今世界汽车转向领域的研究热点。目前，EPS的助力电机主要有永磁有刷直流电机、永磁无刷直流电机和永磁同步电机(PMSM)。PMSM相比于永磁有刷直流电机，具有无碳刷、功率体积比大、价格低廉等优点，相比于永磁无刷直流电机，其转矩脉动小、控制性能更优越，因此本文将设计基于PMSM的全地形车用EPS控制器。
　　论文首先建立了PMSM的控制模型，针对PMSM非线性、强耦合、时变的特点，对PMSM的控制策略进行了研究分析，确定采用Id=0的矢量控制方法，在PMSM的变频驱动设计上，详细介绍了空间矢量脉宽调制(SVPWM)的原理和算法实现，同时设计了EPS系统的控制结构图。
　　然后设计了控制器的硬件部分和软件部分。硬件部分以MC56F82748为核心，主要包括电源模块、DSP最小系统、电流采样模块、扭矩采样模块、车速采样模块、发动机转速采样模块、电机转子位置测量模块、驱动隔离模块、三相逆变器以及故障指示模块;软件部分建立了系统的软件流程图，子系统主要包括助力曲线设计、PMSM转子位置解码设计、PI控制器设计以及SVPWM控制算法设计。
　　最后为了验证控制器的基本功能、助力效果和可靠性，进行了台架实验和实车实验。实验结果表明:本文设计的控制器具有助力功能，助力手感良好，能够实现随速助力和故障容错控制，同时进行了散热方面的设计，满足本文对控制器的性能要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 EPS的国内外研究现状

1．3 全地形车EPS的性能分析与助力电机选型

1．4 论文的结构安排

第二章 全地形车EPS助力电机的控制模型及策略

2．1 助力电机的控制模型

2．2 坐标变换

2．2．1 Clark变换

2．2．2 Park变换

2．2．3 Park逆变换

2．3 PMSM控制策略选择

2．4 空间矢量脉宽调制技术

2．4．1 SVPWM的原理

2．4．2 SVPWM算法实现

2．5 全地形车EPS的控制方案设计

2．6 本章小结

第三章 全地形车EPS控制器的硬件设计

3．1 控制器的硬件总体方案设计

3．2 MC56F82748最小系统

3．2．1 主控制单元(DSP)

3．2．2 电源模块

3．2．3 复位电路和时钟模块

3．3 电流采样模块

3．3．1 单电阻采样方法

3．3．2 霍尔芯片采样方法

3．4 扭矩采样模块

3．5 车速采样模块

3．6 发动机转速采样模块

3．7 电机转子位置测量模块

3．7．1 旋转变压器及其解码方法

3．7．2 磁旋编码器及其解码方法

3．7．3 霍尔传感器及其解码方法

3．8 三相电压型逆变器及其驱动隔离电路

3．9 故障指示模块

3．10 本章小结

第四章 全地形车EPS控制器的软件设计

4．1 软件的总体设计流程图

4．2 EPS助力曲线设计

4．2．1 直线型助力曲线

4．2．2 折线型助力曲线

4．2．3 曲线型助力曲线

4．3 PMSM转子位置信号解码设计

4．4 PI控制器设计

4．5 SVPWM设计

4．6 本章小结

第五章 全地形车EPS控制器的台架实验研究

5．1 扭矩采样实验

5．2 助力跟随实验

5．3 随速助力实验

5．4 故障指示实验

5．5 本章小结

第六章 全地形车EPS控制器的实车实验及热仿真实验

6．1 EPS控制器的原地实车实验

6．2 EPS控制器的跑车实验

6．3 EPS控制器的热仿真实验

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 工作展望

参考文献

硕士期间发表论文和参加科研情况

致谢