eps用永磁同步电机弱磁控制研究

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1、EPS用永磁同步电机弱磁控制研宄摘要：针对驾驶员在快速操纵方向盘时手感沉重的问题，分析电动助力转向系统(ElectricPowerSteeringSystem,EPS),用永磁同步电机的调速原理，将问题的原因归结为电机的调速范围有限。提出了以方向盘角速度为判断依据，低转速下在转矩环中进行id=0控制，高转速下在转速环中进行弱磁控制的控制策略，并根据某型号永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMotor,PMSM)给出了具体工程实现方法，进行Matlab/SimuHnk仿真分析及硬件在环试验。仿真及试验结果验证了所提方案的有效性。关键词：电

2、动助力转向系统；永磁同步电机；弱磁控制；方向盘角速度中图分类号：U463.44+4文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.05.09EPS因具有随速助力的特性，即当车辆行驶速度较低时，电机提供较大助力，使转向轻便；当车辆行驶速度较高时，电机提供较小助力，提高车辆行驶安全性，加之其在节能环保方面也较其它形式的助力转向系统更有优势［1-3］，所以目前被越来越多的车辆采EPS用永磁同步电机弱磁控制研宄摘要：针对驾驶员在快速操纵方向盘时手感沉重的问题，分析电动助力转向系统(ElectricPowerSteeringSys

3、tem,EPS),用永磁同步电机的调速原理，将问题的原因归结为电机的调速范围有限。提出了以方向盘角速度为判断依据，低转速下在转矩环中进行id=0控制，高转速下在转速环中进行弱磁控制的控制策略，并根据某型号永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMotor,PMSM)给出了具体工程实现方法，进行Matlab/SimuHnk仿真分析及硬件在环试验。仿真及试验结果验证了所提方案的有效性。关键词：电动助力转向系统；永磁同步电机；弱磁控制；方向盘角速度中图分类号：U463.44+4文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.209

4、5-1469.2016.05.09EPS因具有随速助力的特性，即当车辆行驶速度较低时，电机提供较大助力，使转向轻便；当车辆行驶速度较高时，电机提供较小助力，提高车辆行驶安全性，加之其在节能环保方面也较其它形式的助力转向系统更有优势［1-3］，所以目前被越来越多的车辆采用。PMSM因具有体积小、效率高、运行平滑稳定、转矩脉动小等优点［4］，逐渐取代了有刷直流电机和无刷直流电机，被应用于EPS［5］。驾驶员在正常情况下操纵方向盘时，PMSM在其额定转速附近运转，运行平稳，效率较高。当驾驶员紧急避障而快速操纵方向盘时需要PMSM瞬间提供很大的转速，但当PMSM达到一定转速

5、时就不能继续上升，因此造成快速操纵方向盘时，转向手感特别沉重。针对这一问题，马煜乾在文献［6］中提出了ismax控制和usmax控制两种弱磁控制策略，但这种公式法属于开环控制，系统稳定性差，只适合理论分析与仿真研宄。吕英超等在研宄EPS控制器时，进行了弱磁控制台架试验，但没有给出弱磁控制的具体实现方法［7］。本文在PMSM弱磁扩速的基础上，以方向盘角速度为判断依据，在低转速下应用转矩环结合电流环的控制策略，在高转速下应用转速环结合电流环的控制策略，并进行了Simulink仿真和EPS硬件在环试验验证。结果表明，这种转矩控制和高转速运行统筹兼顾的控制方法对解决快速操纵

6、方向盘时转向沉重问题有一定作用。1永磁同步电机的数学模型应用dq轴数学模型进行永磁同步电机分析。首先假设：（1）忽略PMSM铁心的饱和。（2）不计PMSM的涡流和磁滞损耗。（3）PMSM为对称的三相正弦波电流。在上述假设基础上，PMSM在dq轴坐标系下的电压方程［8］为:式中：Ld为直轴电感，H;Lq为交轴电感，H;«r为转子的电角速度，rad/s；Rs为定子相电阻，Q;为永磁体产生的磁链，Wb;ud为d轴电压，V;uq为q轴电压，V;id为d轴电流，A;iq为q轴电流，A。由于本文中EPS系统使用的助力电机为表贴式PMSM,所以直交轴电感相等，即LdLqL，在电机

7、稳定运转时，式（1）可改写为：将式（2）代入到定子电压方程中可得:式中：us为电机定子电压，V。由式（3）可知，当PMSM电压达到逆变器所能输出的极限电压时，电机的实际电流很难跟踪给定电流，电流调节器饱和［9］，继续升高电机转速，只能靠调节id和iq来实现，一般是通过增加直轴电流id来实现弱磁扩速。2PMSM弱磁控制实例分析在EPS系统一般使用工况中，电机转速不会达到额定转速以上，因此，采用idO的控制策略可使整个PMSM的底层驱动程序更加简单且易于实现，转矩平稳，波动较小。在紧急避障等工况下，一般需要的电机转矩不是很大，但需要较高的电机转速，此时需要将PMSM