基于永磁同步电机的电动助力转向控制系统设计

基于永磁同步电机的电动助力转向控制系统设计BasedonPMSMEPSControlSystemDesign作者姓名徐寅学位类型工程硕士专业领域车辆工程研究方向现代车辆动力学与控制技术导师及职称陈无畏教授2012年4月合肥工业大学本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：（工作单位、职称）主席：委员：导师：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得合肥工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权合肥工业大学可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日学位论文作者毕业后去向：工作单位：电话：通讯地址：邮编：基于永磁同步电机的电动助力转向控制系统设计摘要随着我国汽车工业的发展和人民生活水平的提高，人们对汽车的转向系统提出了更高的要求。汽车电动助力转向系统由原来的机械转向系统、液压助力转向系统正逐步的向电动助力转向系统过渡。电动助力转向系统的研发已被我国列入汽车零部件产业重大攻关项目之一。文章首先对电动助力转向系统的结构和助力特性做了介绍和分析，并对其中的重要部件助力电机做了深入的探讨。给出了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型，和不同坐标系之间相互变换的关系。在Matlab/simulink环境下，搭建了永磁同步电机的矢量控制仿真模型，进行了仿真试验。根据电动助力转向系统的特点,结合永磁同步电机对系统硬件的要求,设计了以STM32F103VET6为核心的控制器。硬件电路主要包括:转矩信号采集电路、车速信号采集电路、CAN通信电路、电机驱动电路、电机角度传感器电路等。最后，本文根据所设计的硬件电路，利用模块化设计的思想，开发了相关的软件程序。其中包括主程序模块、转矩信号采集程序模块、车速信号采集程序模块、PID控制程序模块、电机控制程序等。为了验证所设计电路和控制软件的可靠性和可行性，分别对永磁同步电机控制程序进行了台架试验，并与仿真结果进行了对比。对所设计的电动助力转向控制器进行了实车试验，试验结果表明所设计的硬件电路和软件程序能满足系统功能的要求。关键词：电动助力转向系统STM32F103VET6矢量控制旋转变压器永磁同步电机BasedonPMSMEPSControlSystemDesignABSTRACTWiththedevelopmentofChina’sautomobileindustryandpeople’slivingstandardsimprove(livingstandard),higherperformanceofthecar’s(automobile)steeringsystemisneeded(putforwardhigherrequirements).Steeringsystemwithtraditionalmechanicalsteeringsystem,hydraulicpowersteeringsystemhasgraduallyevolvedintotheelectricpowersteeringsystem.ResearchanddevelopmentofelectricpowersteeringsystemhasbeenoneofthemajorresearchprojectsincludedintheautopartsindustryinChina.Thearticlefirstintroducesandanalyzesthestructureandpowercharacteristicsoftheelectricpowersteeringsystem,andpowerfulmotorononeoftheimportanttodoanin-depthdiscussion.GiventhePermanentMagnetsynchronousmotorindifferentcoordinatesystemmathematicalmodel,andthemutualtransformationrelationship.IntheMatlab/Simulinkenvironment,buildapermanentmagnetsynchronousmotorvectorcontrolsimulationmodel,simulationtest.Accordingtothecharacteristicsofelectricpowersteeringsystem,combinedwiththepermanentmagnetsynchronousmotoronthesystemhardwarerequirements,todesigntheSTM32F103VET6asthecorecontroller.Thehardwarecircuitincluding:atorquesignalacquisitioncircuit,avehiclespeedsignalacquisitioncircuit,theCANcommunicationcircuit,themotordrivecircuit,motoranglesensorcircuit,andsoon.Finally,basedonthedesignofhardwarecircuitandusingmodulardesignideas,developtherelatedsoftwareprogram.Includingthemainprogrammodule,thetorquesignalacquisitionprogrammodules,thespeedsignalacquisitionprogrammodules,thePIDcontrolprogrammodules,motorcontrolprogram.Inordertoverifythereliabilityandfeasibilityofthedesignofcircuitsandcontrolsoftware,abenchtestofthepermanentmagnetsynchronousmotorcontrolprogram,andwerecomparedwiththesimulationresults.Thedesignofelectricpowertransfercontrollerforvehicletest,thetestresultsshowthatthedesignofthehardwarecircuitandthesoftwareprogramcanmeettherequirementsofthesystem.Keywords:Electricpowersteeringsystem;STM32F103VET6;vectorcontrol;rotarytransformers;permanentmagnetsynchronousmotor致谢三年的研究生学习生涯转眼间就将结束了，回首这三年的求学生涯，在我的学习和生活中我得到了很多人的帮助和关心，谨此致以深深的谢意。在本论文完成之际，我首先要感谢尊敬的陈无畏教授和王其东教授。导师们深厚的学术功底、渊博的知识、严谨的治学态度、忘我的工作热情和无私奉献的工作精神令我终身难忘；将不断激励我努力学习、工作，向着更高的人生理想奋斗。从他们身上，我不仅学到了丰富的专业知识，也学到了做人的道理，一份对理想锲而不舍的追求、一份对事业真诚的态度。在今后的学习、生活和工作中这些将是我最宝贵的财富。衷心感谢赵林峰、姜武华、夏光、焦俊等老师多年在学习上对我的无私帮组和指导，在课题过程中所提供的宝贵意见。感谢实验室的师兄弟姐妹黄鹤、汪明磊、杨军、李欣然、王家恩、郝芳芳、王金波、汪静娴、周磊磊、毕玲峰、豆力、钟亮、王安、朱文勃、吴刚、宫少文、丁红、雍文亮、于峰、魏振亚、孙琼、张光慧在我的研究课题及论文写作期间给予我的帮助。在此，祝愿他们事业有成、万事如意！感谢我的父亲、母亲及亲人，他们不仅给予我物质上的支持，而且给予我精神上鼓励，他们的关心和支持一直是我求学路上的动力。感谢合肥工业大学，在这里我度过了人生中充实和美好的学习生涯！最后感谢本论文中被引用参考文献的作者以及被引用但可能未提及的作者，是他们先前的研究工作为本课题的研究提供了基础。作者：徐寅2011年4月6日目录第一章绪论.....................................................................................................11.1研究背景及意义....................................................................................11.2国内外发展现状....................................................................................11.2.1国外研究现状.............................................................................11.2.2国内研究现状.............................................................................21.3课题的研究目标....................................................................................41.4论文内容的安排....................................................................................4第二章EPS系统结构及助力特性分析..............................................................52.1电动助力转向系统的组成.....................................................................52.1.1电动助力转向系统的分类..........................................................52.1.2系统的结构.................................................................................62.1.3系统工作原理.............................................................................72.2EPS系统的助力特性.............................................................................72.2.1路感..........................................................