【正文】 PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 本章小結(jié)本章介紹了EPS控制系統(tǒng)控制硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)初始化模塊下的子模塊有:。 主循環(huán)控制主循環(huán)模塊是實(shí)現(xiàn)EPS控制功能的主體，初始化模塊是為了主循環(huán)模塊的正常運(yùn)轉(zhuǎn)做準(zhǔn)備。A/D采集方向盤(pán)轉(zhuǎn)矩信號(hào)、電機(jī)反饋電流信號(hào)，由于一次采樣值并不準(zhǔn)確，所以在處理時(shí)將數(shù)據(jù)應(yīng)用數(shù)字濾波處理后，再得到用于計(jì)算的數(shù)值。這種方法解決了精度和實(shí)時(shí)性的矛盾。 主程序流程圖對(duì)初始化模塊和主循環(huán)控制模塊各個(gè)部分按照功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)后，在主程序中將各個(gè)模塊聯(lián)結(jié)。該系統(tǒng)在國(guó)外己經(jīng)由研究、開(kāi)發(fā)和試用階段，轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)階段，但國(guó)內(nèi)對(duì)該系統(tǒng)的研究還處于起步階段，本文在借鑒國(guó)外電動(dòng)轉(zhuǎn)向領(lǐng)域研究的最新成果的基礎(chǔ)上，對(duì)電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的模型、助力特性和控制策略進(jìn)行了分析和研究，并對(duì)控制器做了介紹。考慮到電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于采用了傳感器、控制器、直流電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)，使得該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與傳統(tǒng)的機(jī)械液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有很多不同之處。為使電動(dòng)機(jī)電流跟蹤目標(biāo)電流以達(dá)到良好的控制效果，設(shè)計(jì)了電動(dòng)機(jī)電流數(shù)字PDI控制器，對(duì)電流進(jìn)行增量式閉環(huán)P功控制。但是由于時(shí)間和能力所限，沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和建模研究。祝你身體健康，萬(wàn)事如意!同時(shí)還要要感謝交通與車(chē)輛工程學(xué)院的老師和同學(xué)們給我的指導(dǎo)和幫助，沒(méi)有他們的無(wú)私幫助，就沒(méi)有我現(xiàn)在的論文。參考文獻(xiàn)參 考 文 獻(xiàn)[1] 趙燕，[J].汽車(chē)研究與開(kāi)發(fā)，2003(2):2224.[2] 卓敏，[J].機(jī)電工程技術(shù)，2002(1):1727.[3] 陳善華，[J].汽車(chē)科技，2003(1):17.[4] 林逸，[J].公路交通科技,2001(3): 7882.[5] [J].世界汽車(chē),2003,14(l0):，張金華.[6] 鄧兵,[J].計(jì)算機(jī)仿真,2002(5):104106.[7] 陶桂林,馬志云,周理兵,[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào),2003,31,(1):8385.[8] 李鐘明,[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,.[9] [J].汽車(chē)科技,2003(3):1921.[10] 張 [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,.[11] 葉耿，[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2002(2):2426.[12] [J].汽車(chē)工程，2004，26(3):319321.[13] 李書(shū)龍，[J].公路交通科技，2004(4):101103.[14] 吳文江，杜彥良，[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2003,13(7):2528.[15] [M].:機(jī)械工業(yè)出版社，.[16] 黃李琴，[J].汽車(chē)技術(shù)，2003(6):36.[17] 3Phase Sensorless BLDC Motor Control with BEMF Zero Crossing Using 56F805[J].Designer Reference ,03,2003.[18] Using the Capture Units for Low Speed Velocity Estimation on a TMS320C40[J].Application Brief: 1997. [19] JiHoon Kim，JaeBok Song. Conrtol logic for an electric power steering system using assist ，2002，12:447459. 致謝致 謝由于時(shí)間和能力所限，本論文中一定存在許多疏漏和不足，懇請(qǐng)各位專(zhuān)家、學(xué)者和老師們給予批評(píng)指正，以求在今后的工作中做出進(jìn)一步的改進(jìn)與提高，謝謝!在我這一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)和生活中，始終得到了恩師無(wú)微不至的關(guān)懷和教誨，在此謹(jǐn)表示崇高的敬意和感謝。敘述了單片機(jī)、電機(jī)控制器、傳感器和信號(hào)處理電路的選型和設(shè)計(jì)。(3)為了達(dá)到EPS系統(tǒng)的控制目的，確定了EPS系統(tǒng)應(yīng)采用助力控制、補(bǔ)償控制、回正控制、電機(jī)中位控制四種控制模式。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種“按需供能”型系統(tǒng)，降低了能量消耗，提供可變的轉(zhuǎn)向特性，提高了操縱穩(wěn)定性，是一種理想的新型轉(zhuǎn)向裝置，在輕型車(chē)和轎車(chē)上將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)控制需求，依據(jù)模塊化編程思想，將控制程序的總體構(gòu)架劃分為初始化和主循環(huán)控制兩大模塊，每個(gè)大模塊又由幾個(gè)子模塊組成，并對(duì)各個(gè)模塊做了介紹。系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，首先根據(jù)方向盤(pán)轉(zhuǎn)矩T大小、轉(zhuǎn)矩變化率dT/dt和電機(jī)的估計(jì)轉(zhuǎn)速來(lái)判斷轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的狀態(tài)，然后根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)確定采用何種控制模式進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。移動(dòng)平均濾波采樣法是將采樣后的數(shù)據(jù)按采樣時(shí)刻的先后順序存放到RAM中，在每次計(jì)算前先順序移動(dòng)數(shù)據(jù)，將隊(duì)列前的最先采樣的數(shù)據(jù)移出，然后將最新采樣的數(shù)據(jù)補(bǔ)充到隊(duì)列的尾部，以保證數(shù)據(jù)緩沖區(qū)里總是有數(shù)量固定的幾個(gè)數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)仍按采樣的先后順序排列。主循環(huán)模塊下的子模塊主要有信號(hào)處理模塊、控制功能模塊組成。 第五章 EPS控制系統(tǒng)軟件第五章 EPS控制系統(tǒng)軟件 EPS控制系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)80C196KC單片機(jī)依據(jù)模塊化編程思想，根據(jù)控制需求將控制程序的總體構(gòu)架劃分為初始化和主循環(huán)控制兩大模塊。這種工作方式上下橋臂沒(méi)有直通的危險(xiǎn)，工作可靠性比較高。A/D輸入端電壓低于0V時(shí)，二極管起作用將電壓穩(wěn)在0V輸入單片機(jī)。 I/O輸入轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換電路。因此必須通過(guò)單片機(jī)外圍電路進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換電路如下： I/O轉(zhuǎn)換電路。上述譯碼方法實(shí)質(zhì)是將EEPROM存儲(chǔ)單元首地址浮高以滿足單片機(jī)復(fù)位后PC指針的要求。這里采用了譯碼法尋址I/O空間，即用38譯碼器74LS138產(chǎn)生片選信號(hào)。蓄電池電壓和散熱器溫度這兩個(gè)信號(hào)目前本系統(tǒng)臺(tái)架上沒(méi)有用到，考慮到以后實(shí)際的需要，在控制器中預(yù)留硬件資源。汽車(chē)車(chē)速可以利用霍爾式車(chē)速傳感器獲得也可以利用CAN總線從其它電控單元獲得。對(duì)汽車(chē)車(chē)速的測(cè)試，采用霍耳傳感器，傳感器輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)處理后，輸入到捕捉定時(shí)器，算出車(chē)速。在確定助力特性的基礎(chǔ)上，論述了系統(tǒng)的控制策略，分析了汽車(chē)在不同的轉(zhuǎn)向狀態(tài)時(shí)的控制模式及電流的確定。 本章小結(jié)本章論述了電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：助力特性和控制策略。但實(shí)際上上述要求要都滿足是很困難的，因此必須根據(jù)具體的實(shí)際情況，抓主要的方面，兼顧其他方面。PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的確定方法為了使控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能好，過(guò)渡過(guò)程快，PID參數(shù)的選擇起著至關(guān)重要的作用。由于單片機(jī)控制是一種采樣控制，在實(shí)現(xiàn)PID控制時(shí)，將描述連續(xù)系統(tǒng)的微分方程化為離散系統(tǒng)的差分方程。隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，把它移植到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中來(lái)，將原來(lái)的硬件實(shí)現(xiàn)的功能用軟件來(lái)代替，因此稱(chēng)作數(shù)字PID控制器，所形成的一整套算法則稱(chēng)為數(shù)字PID算法[11]。(3)微分環(huán)節(jié):微分控制可以減小超調(diào)量，克服震蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，同時(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。若要求系統(tǒng)的控制精度高，響應(yīng)速度快，則選擇比例增益大一些為好，但會(huì)導(dǎo)致超調(diào)量增大和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間延長(zhǎng)，比例增益過(guò)大還可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。它最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要了解被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，只要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)解器參數(shù)在線整定，即可取得滿意的結(jié)果。本系統(tǒng)采用這種驅(qū)動(dòng)方式。一種是利用角度傳感器信號(hào)的微分運(yùn)算獲得；另一種是由推出。EPS系統(tǒng)在中位進(jìn)行控制時(shí)， V2和V4同時(shí)導(dǎo)通，Vl和V3關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)中位控制。電動(dòng)機(jī)中位控制當(dāng)方向盤(pán)轉(zhuǎn)向回正到中間位置附近時(shí)，一方面由于電動(dòng)機(jī)的慣性使得操縱系統(tǒng)的慣性比機(jī)械式轉(zhuǎn)間操縱系統(tǒng)的慣性大，轉(zhuǎn)向回正時(shí)不容易收斂；另一方面，車(chē)輛高速行駛時(shí)，由于路面的偶然因素的干擾引起的側(cè)向加速度較大，傳到方向盤(pán)的力矩比低速行駛時(shí)要大，為了抑制這種橫擺振動(dòng)，必須在中位進(jìn)行控制，以提高汽車(chē)運(yùn)行時(shí)的高速直線行駛穩(wěn)定性和快速轉(zhuǎn)向收斂性。EPS系統(tǒng)在進(jìn)行回正控制時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流由回正助力特性曲線決定。在回正過(guò)程中，方向盤(pán)上的力是逐漸減小的，若仍然按助力控制時(shí)的助力特性可能會(huì)導(dǎo)致低速不能回到中間位置，高速時(shí)出現(xiàn)超調(diào)?；卣刂苹卣刂剖歉纳妻D(zhuǎn)向回正特性，更好地符合汽車(chē)動(dòng)態(tài)特性的一種控制模式。左轉(zhuǎn)時(shí)V3導(dǎo)通，V2進(jìn)行PWM控制。 EPS系統(tǒng)各種控制模式下的電機(jī)目標(biāo)電流的確定方法轉(zhuǎn)向助力控制助力控制是在轉(zhuǎn)向過(guò)程(不包括回正)中為了減輕方向盤(pán)的操縱力，通過(guò)蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩作用在轉(zhuǎn)向軸上的一種基本控制模式。單極方式的四M控制是這樣的：要正轉(zhuǎn)時(shí)，將VF4導(dǎo)通，V1和V2交替開(kāi)關(guān)，由占空比決定正轉(zhuǎn)平均電壓；要反轉(zhuǎn)時(shí)，將V2導(dǎo)通，V3和V4交替開(kāi)關(guān)，由占空比決定反轉(zhuǎn)平均電壓；在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種工作情況下，電動(dòng)機(jī)端電壓的極性不變，因此成為單極方式。 H型雙極可逆PWM驅(qū)動(dòng) H型受限單極可逆PWM驅(qū)動(dòng)雙極方式的特點(diǎn)是四橋臂對(duì)角線兩組開(kāi)關(guān)分別控制，V1和V4為一組同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷，V2和V3為一組，也同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，在任時(shí)刻最多只允許有一組是導(dǎo)通的。 電動(dòng)機(jī)電流的控制方式在控制電路中，電動(dòng)機(jī)的電流的調(diào)節(jié)是利用PWM控制技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)電樞電壓實(shí)現(xiàn)的。將轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)向角傳感器測(cè)得的轉(zhuǎn)向角信號(hào)和車(chē)速信號(hào)輸入控制器中，根據(jù)預(yù)制的“轉(zhuǎn)向角一轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩表”確定出目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩傳感器將實(shí)際轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩信號(hào)反饋到控制器中并與轉(zhuǎn)向盤(pán)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩相比較，利用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸出PWM信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行助力。PID調(diào)節(jié)器使得二者之間的誤差能夠減小到足夠小，系統(tǒng)盡快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)于EPS系統(tǒng)第一個(gè)控制目的的實(shí)現(xiàn)有三種控制方法：電機(jī)電樞電壓控制法電機(jī)電樞電壓控制方法早在1990年日本本田NKS車(chē)上得到首次應(yīng)用。同時(shí)控制算法應(yīng)該快速準(zhǔn)確，滿足實(shí)時(shí)控制的要求，能夠有效的實(shí)現(xiàn)理想的助力特性和控制規(guī)律。(3)提供不同助力比的轉(zhuǎn)向助力區(qū)。針對(duì)EPS的特點(diǎn)，輸入力矩與助力力矩之間的理想特形曲線應(yīng)滿足以下要求。文獻(xiàn)[18]提供了汽車(chē)原地轉(zhuǎn)向時(shí)的轉(zhuǎn)向最大助力矩，結(jié)合Mmxa，可以確定最大助力矩Momxa，從而獲得零車(chē)速的最大助力特性曲線梯度Kmax。助力裝置提供最大助力時(shí)的轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入力矩Mmxa，助力特性曲線梯度K。為簡(jiǎn)化系統(tǒng)，用直線代替助力曲線。Mu與Mso和Mzu呈單調(diào)增函數(shù)關(guān)系；其輸入輸出特性是Mso和Mzu的疊加。轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的輸入力矩M1(Nm)與系統(tǒng)的輸出力矩M0(Nm)(系統(tǒng)克服的轉(zhuǎn)向阻力矩)之間存在線性關(guān)系。 EPS助力特性曲線確定，駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤(pán)的作用力(亦稱(chēng)操舵力)克服的主要阻力有：車(chē)輪與地面的摩擦(滾動(dòng)和滑動(dòng)的)；主銷(xiāo)后傾角與主銷(xiāo)內(nèi)傾角所形成的回正力矩；轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)中存在的各種類(lèi)型的摩擦力和力矩。因?yàn)檗D(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)總是低頻的，而路面沖擊總是以高頻為主的，這種阻尼器對(duì)低頻的信息沒(méi)有影響，而對(duì)瞬時(shí)的高頻沖擊卻可產(chǎn)生很大的阻力，從而使路面的沖擊傳不到轉(zhuǎn)向盤(pán)上來(lái)。通常，如果逆?zhèn)鬟f的摩擦力太小，也會(huì)增大不平路面對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)的沖擊。如果轉(zhuǎn)向盤(pán)上的轉(zhuǎn)向力太小了，“路感”也就沒(méi)有了。如果問(wèn)：“轉(zhuǎn)向力大好還是小好?可能大部分開(kāi)過(guò)車(chē)的人都回答：“當(dāng)然小些好，但太小也不好。 轉(zhuǎn)向阻力和路感汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，前輪上作用著與轉(zhuǎn)向力相應(yīng)的“繞主銷(xiāo)的阻力矩”，通常籠統(tǒng)地稱(chēng)為回正力矩。顯然，負(fù)荷愈大，輪胎氣壓愈低，原地轉(zhuǎn)向阻力矩也將愈大。不過(guò)，車(chē)輛如以更高車(chē)速轉(zhuǎn)向行駛，將由于輪胎發(fā)生偏轉(zhuǎn)形成自動(dòng)回正力矩，促使輪胎平面和輪胎行進(jìn)方向趨向一致。通?！袄@主銷(xiāo)的阻力矩”按汽車(chē)不同的行車(chē)方式分成“原地轉(zhuǎn)向阻力矩”和“行車(chē)轉(zhuǎn)向阻力矩”兩種。“轉(zhuǎn)向系摩擦力矩”主要指轉(zhuǎn)向系的各部分之間的干摩擦阻力矩的總和。這種在車(chē)輪轉(zhuǎn)向角位置保持不變行駛時(shí)，駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的力稱(chēng)為方向盤(pán)把持力。轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員作用在方向盤(pán)上的作用力以及電動(dòng)機(jī)作用的助力矩大小與汽車(chē)整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所受的阻力矩有關(guān)。所以協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向力與路感的關(guān)系困難，特別是汽車(chē)高速行駛時(shí)，仍然會(huì)提供較大助力，使駕駛員缺乏路感，甚至感覺(jué)汽車(chē)發(fā)飄，從而影響操縱穩(wěn)定性。為此，人們常將轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)成變傳動(dòng)比，在轉(zhuǎn)向盤(pán)小轉(zhuǎn)角時(shí)以靈為主，在轉(zhuǎn)向盤(pán)大轉(zhuǎn)角時(shí)以輕為主。考慮到直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電流成正比，取電機(jī)電流作控制量。助力特性反映的是轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入力矩和電動(dòng)機(jī)助力力矩的變化關(guān)系，反映出的是系統(tǒng)的靜特性；為了增強(qiáng)電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正性、跟蹤性和抗干擾性能等動(dòng)態(tài)性能，需要對(duì)助力特性進(jìn)行補(bǔ)償