摘要
近年来，电动助力转向系统(ElectricPowerSteering,EPS)因其结构简单、节能、小型化等优点已经逐步取代传统的转向系统，在市场中占据主导地位。EPS是一种典型的车载转矩伺服系统，为了应对复杂的驾驶环境，对于输出转矩有着较高的要求，考虑到电机转矩与电流的直接关系，实现电机电流的优化控制显得尤为关键。 目前的EPS系统通常采用双模式控制结构，其对电机电流的跟随性和波动性控制方面仍存在一定的不足和优化空间。具体来讲，在正常驾驶模式下，电机进行最大转矩电流比的电流环控制，其控制方法通常存在电流响应慢，跟随性差的问题；而在紧急转向模式下，电机则进入转速环控制并加入弱磁算法实现扩速，相关控制更关注转速跟踪而忽略了目标电流波动性的问题。对此，本文立足于电流的跟随性与波动性两大问题，在实现EPS电机基本控制的基础上，展开相应的电流优化控制算法研究。 本文主要工作内容如下： 对比了不同类型的助力电机，选择永磁同步电机作为本文研究的目标电机，分析了永磁同步电机的数学模型以及矢量控制方法。对EPS系统的阻力矩进行建模，为后续的电机控制提供合理的负载特性。 针对EPS正常工作模式下的电流跟随性问题，引入无差拍预测控制算法来解决传统比例积分控制中存在的电流响应慢等问题。推导了考虑延时的电机稳定范围并对电流静差问题进行了定量分析。为处理延时问题与电流静差问题，设计了一种滑模观测器对电流与扰动进行观测，引入新的切换函数削弱滑模观测器存在的抖振问题，在仿真模型中验证了所提的算法。 针对紧急转向模式下的电流波动性问题，对负直轴电流补偿法与变交轴单电流调节器法两种弱磁方法进行仿真对比，选择前者作为基础弱磁方法，引入前馈控制构建混合弱磁控制方法，提升了电机的弱磁表现。设计线性自抗扰转速环控制器提升系统的抗扰能力，减少电流波动，并进行了仿真验证。 完成了EPS控制器的硬件电路设计以及电机驱动的软件程序设计，搭建电机测试平台并从电机层面验证了优化算法的可行性。进行Carsim和Simulink的联合仿真测试，进一步证明了优化控制算法在EPS中有着良好的性能表现。软件仿真和硬件测试均表明，本文设计的面向EPS的电流优化控制方法能够在满足EPS基本需求的同时，强化电流跟踪能力，降低电流波动性，优化电机的转矩输出。为后续EPS系统的电机控制优化开发提供了一定的思路。
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