【正文】 祝你身體健康，萬事如意!同時還要要感謝交通與車輛工程學院的老師和同學們給我的指導和幫助，沒有他們的無私幫助，就沒有我現(xiàn)在的論文。參考文獻參 考 文 獻[1] 趙燕，[J].汽車研究與開發(fā)，2003(2):2224.[2] 卓敏，[J].機電工程技術(shù)，2002(1):1727.[3] 陳善華，[J].汽車科技，2003(1):17.[4] 林逸，[J].公路交通科技,2001(3): 7882.[5] [J].世界汽車,2003,14(l0):，張金華.[6] 鄧兵,[J].計算機仿真,2002(5):104106.[7] 陶桂林,馬志云,周理兵,[J].華中科技大學學報,2003,31,(1):8385.[8] 李鐘明,[M].北京：國防工業(yè)出版社,.[9] [J].汽車科技,2003(3):1921.[10] 張 [M].北京:機械工業(yè)出版社,.[11] 葉耿，[J].華中科技大學學報，2002(2):2426.[12] [J].汽車工程，2004，26(3):319321.[13] 李書龍，[J].公路交通科技，2004(4):101103.[14] 吳文江，杜彥良，[J].中國安全科學學報，2003,13(7):2528.[15] [M].:機械工業(yè)出版社，.[16] 黃李琴，[J].汽車技術(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 謝由于時間和能力所限，本論文中一定存在許多疏漏和不足，懇請各位專家、學者和老師們給予批評指正，以求在今后的工作中做出進一步的改進與提高，謝謝!在我這一學期的畢業(yè)設(shè)計學習和生活中，始終得到了恩師無微不至的關(guān)懷和教誨，在此謹表示崇高的敬意和感謝。但是由于時間和能力所限，沒有對系統(tǒng)進行仿真和建模研究。敘述了單片機、電機控制器、傳感器和信號處理電路的選型和設(shè)計。為使電動機電流跟蹤目標電流以達到良好的控制效果，設(shè)計了電動機電流數(shù)字PDI控制器，對電流進行增量式閉環(huán)P功控制。(3)為了達到EPS系統(tǒng)的控制目的，確定了EPS系統(tǒng)應采用助力控制、補償控制、回正控制、電機中位控制四種控制模式。考慮到電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于采用了傳感器、控制器、直流電機和減速機構(gòu)，使得該系統(tǒng)的動態(tài)特性與傳統(tǒng)的機械液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有很多不同之處。電動助力轉(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，在輕型車和轎車上將會得到廣泛應用。該系統(tǒng)在國外己經(jīng)由研究、開發(fā)和試用階段，轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)階段，但國內(nèi)對該系統(tǒng)的研究還處于起步階段，本文在借鑒國外電動轉(zhuǎn)向領(lǐng)域研究的最新成果的基礎(chǔ)上，對電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的模型、助力特性和控制策略進行了分析和研究，并對控制器做了介紹。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，每個大模塊又由幾個子模塊組成，并對各個模塊做了介紹。 主程序流程圖對初始化模塊和主循環(huán)控制模塊各個部分按照功能進行模塊化設(shè)計后，在主程序中將各個模塊聯(lián)結(jié)。系統(tǒng)開始運行時，首先根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)矩T大小、轉(zhuǎn)矩變化率dT/dt和電機的估計轉(zhuǎn)速來判斷轉(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行實時控制。這種方法解決了精度和實時性的矛盾。移動平均濾波采樣法是將采樣后的數(shù)據(jù)按采樣時刻的先后順序存放到RAM中，在每次計算前先順序移動數(shù)據(jù)，將隊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)補充到隊列的尾部，以保證數(shù)據(jù)緩沖區(qū)里總是有數(shù)量固定的幾個數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)仍按采樣的先后順序排列。A/D采集方向盤轉(zhuǎn)矩信號、電機反饋電流信號，由于一次采樣值并不準確，所以在處理時將數(shù)據(jù)應用數(shù)字濾波處理后，再得到用于計算的數(shù)值。主循環(huán)模塊下的子模塊主要有信號處理模塊、控制功能模塊組成。 主循環(huán)控制主循環(huán)模塊是實現(xiàn)EPS控制功能的主體，初始化模塊是為了主循環(huán)模塊的正常運轉(zhuǎn)做準備。系統(tǒng)初始化模塊下的子模塊有:。 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)的軟件實現(xiàn)80C196KC單片機依據(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。 PWM電機驅(qū)動電路 本章小結(jié)本章介紹了EPS控制系統(tǒng)控制硬件系統(tǒng)。這種工作方式上下橋臂沒有直通的危險，工作可靠性比較高。 A/D轉(zhuǎn)換電路 I/O電動機電流轉(zhuǎn)換電路利用采樣電阻對電機電流進行測量，由于阻值非常小，電阻兩端電壓值也非常小，擾動對其造成的影響非常大，因此必須在進入A/D前將其放大，才能取得比較滿意的采樣效果。A/D輸入端電壓低于0V時，二極管起作用將電壓穩(wěn)在0V輸入單片機。本次系統(tǒng)設(shè)計，單片機A/D輸入量變化范圍是05V，因此A/D輸入轉(zhuǎn)換電路應限制電壓范圍。 I/O輸入轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換電路。I/O輸入端電壓高于5V時，穩(wěn)壓二極管起作用將電壓穩(wěn)在5V輸入單片機I/O口。因此必須通過單片機外圍電路進行電壓轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換電路如下： I/O轉(zhuǎn)換電路。當A13=1，A15=A14=0時，138輸出Y1為低電平有效，選中2864；當A14=1，A15=A13=0時，Y2有效，選中DAC0832：當A15=0，A14=A13=1時，Y3有效，選中8279。上述譯碼方法實質(zhì)是將EEPROM存儲單元首地址浮高以滿足單片機復位后PC指針的要求。單片機地址資源進進行分配后，運行CPU則根據(jù)分配的地址查找單片機外圍I/O設(shè)備，以進行輸入/輸出操作，即CPU對I/O空間的尋址。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。 單片機80C196KC內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖雖然單片機本身具有豐富的軟、硬件資源，但也只能滿足較為簡單的實時系統(tǒng)的要求，對于較復雜的系統(tǒng)需要在其外圍配置一些接口芯片，而CPU同這些芯片交往必須知道它們的地址，即必須采取有效的方法合理分配單片機地址資源，將每個I/O設(shè)備映像于單片機地址空間。它的選型需考慮控制對象、控制精度、片內(nèi)資源、溫度范圍、可靠性和價格等多種因素。蓄電池電壓和散熱器溫度這兩個信號目前本系統(tǒng)臺架上沒有用到，考慮到以后實際的需要，在控制器中預留硬件資源。從工作原理來看，測量作用在回轉(zhuǎn)軸上的矩的方法主要有：(1)測量應力，如壓電式傳感器；(2)測量應變，如電阻應變片式傳感器；(3)測量轉(zhuǎn)角差，如電位計式傳感器、電容式傳感器、磁電式傳感器、光電式傳感器等。汽車車速可以利用霍爾式車速傳感器獲得也可以利用CAN總線從其它電控單元獲得。在控制過程中，系統(tǒng)根據(jù)各種輸入?yún)?shù)判定轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作狀態(tài)，然后通過預定的控制策略來計算控制量，發(fā)出控制指令控制電動機的運行，從而實現(xiàn)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制目標。對汽車車速的測試，采用霍耳傳感器，傳感器輸出的脈沖信號經(jīng)處理后，輸入到捕捉定時器，算出車速。第四章 EPS控制系統(tǒng)硬件實現(xiàn)第四章 EPS控制系統(tǒng)硬件實現(xiàn) EPS控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計 EPS控制系統(tǒng)硬件設(shè)計EPS控制系統(tǒng)硬件主要有80C196KC單片機系統(tǒng)、脈沖輸入捕捉電路、模擬量輸入電路、I/O量輸入電路、PWM電機驅(qū)動電路等電路組成。在確定助力特性的基礎(chǔ)上，論述了系統(tǒng)的控制策略，分析了汽車在不同的轉(zhuǎn)向狀態(tài)時的控制模式及電流的確定。它決定了控制器(ECU)控制程序按照什么樣的力模型來設(shè)計，對EPS系統(tǒng)的設(shè)計具有至關(guān)重要的意義。 本章小結(jié)本章論述了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的兩個關(guān)鍵技術(shù)：助力特性和控制策略。理論設(shè)計法確定PID控制參數(shù)的前提，是要有被控對象準確的數(shù)學模型，這在電動機控制中往往很難做到。但實際上上述要求要都滿足是很困難的，因此必須根據(jù)具體的實際情況，抓主要的方面，兼顧其他方面。在各種干擾下，被控量應能保持在給定值附近。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，過渡過程快，PID參數(shù)的選擇起著至關(guān)重要的作用。以采樣時刻點KT代替連續(xù)時間t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可得到數(shù)字PDI控制器。由于單片機控制是一種采樣控制，在實現(xiàn)PID控制時，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。位置式數(shù)字PID控制器輸出為全量輸出，若采用位置式數(shù)字PID控制器來控制電動機電流易產(chǎn)生轉(zhuǎn)向盤振動。隨著計算機的出現(xiàn)，把它移植到計算機控制系統(tǒng)中來，將原來的硬件實現(xiàn)的功能用軟件來代替，因此稱作數(shù)字PID控制器，所形成的一整套算法則稱為數(shù)字PID算法[11]。根據(jù)系統(tǒng)品質(zhì)要求，選擇合適的比例常數(shù)KP、TI和TD，并把他們綜合起來，產(chǎn)生一個綜合的控制作用，就構(gòu)成了PID控制算法。(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，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。只要系統(tǒng)存在誤差，隨著時間的增加，積分控制作用就不斷累積，所產(chǎn)生的輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時間，積分控制作用就可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。若要求系統(tǒng)的控制精度高，響應速度快，則選擇比例增益大一些為好，但會導致超調(diào)量增大和過渡過程時間延長，比例增益過大還可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。其連續(xù)表達式： （35）式中e—測量值于給定值之間的偏差。它最大的優(yōu)點是不需要了解被控對象的數(shù)學模型，只要根據(jù)經(jīng)驗進行調(diào)解器參數(shù)在線整定，即可取得滿意的結(jié)果。PID控制器是成熟的控制策略之一，算法簡單，且易于通過編程實現(xiàn)，大量的工程實踐證明了其可靠性。本系統(tǒng)采用這種驅(qū)動方式。 中位控制驅(qū)動電路對于受限單極方式的PWM控制，在正轉(zhuǎn)時，V4導通，V2和V3截止，僅Vl受PWM調(diào)制；在反轉(zhuǎn)時，V2導通，V1和V4截止，僅V3受PWM調(diào)制。一種是利用角度傳感器信號的微分運算獲得；另一種是由推出。在電機中位控制中需要電動機轉(zhuǎn)速(或方向盤轉(zhuǎn)速)信號，但一般的EPS系統(tǒng)沒有這兩個信號，需要利用現(xiàn)有的傳感器信號對其估算。EPS系統(tǒng)在中位進行控制時， V2和V4同時導通，Vl和V3關(guān)斷，實現(xiàn)中位控制。采用電機中位控制時，只需將電動機輸出為制動狀態(tài)，就可使電動機產(chǎn)生阻尼效果。電動機中位控制當方向盤轉(zhuǎn)向回正到中間位置附近時，一方面由于電動機的慣性使得操縱系統(tǒng)的慣性比機械式轉(zhuǎn)間操縱系統(tǒng)的慣性大，轉(zhuǎn)向回正時不容易收斂；另一方面，車輛高速行駛時，由于路面的偶然因素的干擾引起的側(cè)向加速度較大，傳到方向盤的力矩比低速行駛時要大，為了抑制這種橫擺振動，必須在中位進行控制，以提高汽車運行時的高速直線行駛穩(wěn)定性和快速轉(zhuǎn)向收斂性。當方向盤右轉(zhuǎn)回正時，V1導通，V4進行PWM控制。EPS系統(tǒng)在進行回正控制時，電動機電流由回正助力特性曲線決定。低速時迅速衰減助力電流，高速時逐漸衰減助力電流。在回正過程中，方向盤上的力是逐漸減小的，若仍然按助力控制時的助力特性可能會導致低速不能回到中間位置，高速時出現(xiàn)超調(diào)。汽車在低速行駛時，由于側(cè)向加速度比較小，回正力矩也較小，因此必須在低速行駛轉(zhuǎn)向回正過程中進行控制，使車輪能迅速回到直線行駛或者中間位置，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有良好的回正性?；卣刂苹卣刂剖歉纳妻D(zhuǎn)向回正特性，更好地符合汽車動態(tài)特性的一種控制模式。可根據(jù)轉(zhuǎn)向作用力的變化率，沿力矩變化的方向產(chǎn)生補償。左轉(zhuǎn)時V3導通，V2進行PWM控制。EPS系