[發明專利]一種電動助力轉向系統用助力電機控制方法及系統

有效

• 申請號: 201310603624.8
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103684185A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 陳慧;孫可
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P25/02
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于汽車技術領域，涉及電動助力轉向系統用永磁同步電機控制方法及系統，尤其是永磁同步電機無位置傳感器混合控制方法。

背景技術

目前，電動助力轉向系統的助力電機選擇已經逐漸向永磁同步電機發展。永磁同步電機由于其功率密度高、體積小、轉動慣量小、損耗扭矩小、可靠性高等優點，正越來越多地受到廣泛應用。傳統的永磁同步電機高性能轉矩控制中的轉子位置信息一般來源于旋轉變壓器、霍爾編碼器等，其存在成本高或是精度低等缺點。

無位置傳感器控制技術可分為適用于低速和中高速的兩類方法。電機處于低速時利用電機凸極性來檢測轉子位置，主要為高頻信號注入法，此種方法不受電機參數變化的影響，但隨著電機轉速的增大，信號處理復雜，高速區動態性能下降，估算效果變差。中高速時通過電機的反電動勢估計轉子位置信息，此類方法結構相對簡單，動態性能好，但對電機參數敏感，在低速區由于信噪比降低，很難準確提取轉子位置信息。

實現永磁同步電機廣泛速度區間無位置傳感器控制，需將兩類方法結合起來。通常兩類方法結合的方式有采用直接切換的方式，但這種方法是點切換，不利于轉向系統助力電機轉矩波動指標的控制。而為了保證兩類算法之間的平滑切換，還有采用加權函數對兩種算法的位置信號進行融合的方法，但此種方法需要對兩種算法估計的位置信息進行加權，由于估計系統中電機轉子位置的估計值均來源于電機轉速估計值的積分，并且系數加權式混合控制的算法選擇變量是電機轉速估計值，因此采用轉速估計值加權的方法更加直接簡潔。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠不需要機械式電機轉子位置傳感器，僅利用電機電流和電壓信號，就可進行永磁同步電機矢量控制的控制系統和方法。該控制系統及方法可以實現永磁同步電機廣泛轉速區間內的無位置傳感器控制，且電機輸出轉矩波動滿足電動助力轉向系統對助力電機轉矩波動指標的要求。

為了達到以上目的，本發明的技術方案是：

一種汽車電動助力轉向系統用永磁同步助力電機的控制方法，包括以下步驟：控制器輸入端接收指定的助力特性和電機反饋的兩相電流信號、三相電壓信號以及母線電壓信號；運算后控制器輸出三相占空比信號給電機驅動器，電機驅動器輸出三相電壓信號驅動永磁同步電機工作；永磁同步電機在電機驅動器和負載系統的共同作用下工作；信號采集及處理系統采集電機的兩相電流信號和三相電壓信號，并進行信號調理后生成控制器可以讀取的信號后輸入控制器，完成電流閉環控制。

進一步：在控制器中同時實現永磁同步電機電流閉環控制，以及無位置傳感器永磁同步電機的轉子位置估計。

所述轉子位置估計功能的實現是僅利用電機端的電流信號和電壓信號通過估計算法將電機轉子位置估計得到，從而用于電機的矢量控制。

按照電機轉速將電機運行工況分為低轉速區和高轉速區，在低轉速區利用基于高頻信號注入的方法估算出轉子位置信息；在高轉速區利用基于反電動勢的方法估算出轉子位置信息；在低轉速區/高轉速區向高轉速區/低轉速區過渡的切換過程中，利用信息融合的方法。

所述信號融合方法是根據切換區間內電機轉矩波動不能惡化且盡量平滑的要求，兩種估計算法切換時電機轉子位置估計誤差應在相當水平，分析得到轉子位置估計算法切換的轉速區間。

在轉速切換區間內，采用系數加權的方法，根據制定的系數分配規則，分別對低轉速估計算法的電機轉速估計值和高轉速估計算法的電機轉速估計值進行系數加權，得到混合區間內可用的電機轉速估計值，進而得到電機轉子位置估計值；在估計算法混合區間外，保證分別只有一種估計算法會對估計結果起到影響。

實現上述方法的汽車電動助力轉向系統用永磁同步助力電機的控制系統，包括控制器、電機驅動器、永磁同步電機及負載系統、信號采集及處理系統，控制器與信號采集及處理系統連接，接收指定的助力特性和電機反饋的兩相電流信號、三相電壓信號以及母線電壓信號；控制器與電機驅動器連接，將運算后得到的三相占空比信號輸出給電機驅動器；電機驅動器與永磁同步電機連接，將三相電壓信號輸出給永磁同步電機驅動其工作；負載系統與永磁同步電機連接；信號采集及處理系統與永磁同步電機連接，采集永磁同步電機的兩相電流信號和三相電壓信號，并進行信號調理后生成控制器可以讀取的信號后輸入控制器。