Vol.25 No.1 张卫冬等：一种智能电动助力转向系统 ·67· 莼云器 调节器 电流调节器 解电池 电压 电压源型 2r/3s PWM 运算器 逆变器 转矩限制器 矩调节2器 电流调节器 工□ p]□ 磁链 观测器 p 图2基于电压矢量控制的转矩伺服系统实现框图 码盘 Fig.2 Torque servo system based on voltage vector control 器观测到的电磁转矩T。作为转矩反馈.由于转矩 磁链运算器用于磁通参考值的运算，在额定 随动系统控制的是电机轴上输出的电磁转矩，所 转速以内运行（即电机恒转矩范围）.若转子磁通 以本系统的转矩反馈采用交流电机输出的电磁 恒定，则转矩与定子电流转矩分量成正比，转矩 转矩T。减去电机自身在加、减速过程消耗的转矩跟随可以实现：但是如果电机转速超过了额定转 出和轴上的摩擦转矩T，最终得到反馈转矩 速（即电机恒功率范围），则转矩与定子电流转矩 T.转矩给定值了与反馈转矩T之差作为给定送 分量不成正比，转矩跟随不能实现.由于转矩随 到转矩调节器 动系统应用在低速的场合，转矩限制器保证了在 在这个系统中，转矩、电流、磁链均实现了闭 电机运行过程中始终处于恒转矩范围.磁链给定 环控制.采用霍耳电流传感器检测定子三相电 值与实际值4，的偏差被送到磁链调节器 流，采用光码盘直接获得电机转子的位置信息. 1.3专家控制系统 将三相电流a,i,ic经矢量变换后和转子位置p, 专家控制系统是一个应用专家系统技术的控 输入转子磁链模型，得出转子磁链“，和电机同步 制系统，也是一个典型的和广泛应用的基于知识 转角p.将，ω，和经矢量变换得到的定子电流转 的控制系统例 矩分量。及励磁分量i,送人电压运算器得到定 要使人在驾驶时具有良好的感觉，就要求电 子电压转矩分量和励磁分量4m,h和m分别与 动转向助力系统能根据人力输出转矩、车速等因 电流调节器输出的4,4m相减，经矢量变换作为 素输出最佳转矩.另外，系统还应具有自诊断功 PWM逆变器的给定信号. 能，当出现电机转速过快、转矩传感器输出值超 通常在额定转速以下感应电机恒转矩运行， 标、转角达到极限值等现象时，系统能自动切断 在额定转速以上为恒功率运行.为了保证转矩随 电磁离合器，解除助力，确保安全.系统控制框图 动系统能实时跟踪转矩的给定值，把转矩随动系 如图3所示. 统的有效T作区域设定在电机的额定转速以下 人力转矩是电机输出转矩的基础，电机输出 即恒转矩运行区域.另外，与电机轴相连的机构 转矩跟随人力转矩的输出；转角信息主要是提供 对转速也有限制，如果转矩输出较大，阻力转矩 有效的助力区域：车速信息是助力比的依据，车 较小，电机会持续、快速加速，可能造成危险.所 速越高助力比越小，车速越低助力比越大 以，在系统中加入了转矩限制器，限制器根据转 专家控制系统主要计算转矩伺服系统的转矩 速的设定极限值和检测到的电机转速即ω，来判 给定，算法为： 断力矩给定值是否有效.如果检测到的电机转速 Tod=Th p(e.D. 超过转速的设定极限值则把转矩的给定值设为 其中，T为转矩给定；T为转矩传感器检测到 0,以免出现危险 的人力输出转矩；8为方向盘转角；V为车速；心 张卫 冬 等 一 种智 能 电动 助 力转 向系 统 户爷洲 电流调节 蓄电池 赵 况， 电压 运算器 电压源型 逆变器 叭一丸 。 铸 一 内不飞 一， 弘 津 ，‘一了， 矩限制器 电而调 互一 不又云仄 咬 ‘助 · 一纽扮 磁链 观测器 图 基 于 电压 矢 ，控 制 的转矩 伺服 系统 实现框 图 码盘 器观测 到 的 电磁转 矩 作 为转矩 反 馈 由于转矩 随动 系统控 制 的是 电机轴 上 输 出 的 电磁 转矩 ， 所 以本 系 统 的转 矩 反 馈 采 用 交 流 电 机 输 出 的 电 磁 转矩 减 去 电机 自身在 加 、 减速 过 程 消耗 的转矩 漂 和 轴 上 的摩 擦 转 矩 界 ， 最 终得 到反 馈 转矩 “ ‘ ，” ，川 一 曰 外 ， 嘴 ‘ ” 产孟 耳 少 以 洲 厂 转矩 给定值 厂 与反馈 转矩 厂 之差 作 为 给定 送 到转 矩 调 节 器 在这个 系统 中 ， 转 矩 、 电流 、 磁链 均 实 现 了闭 环 控 制 采 用 霍 耳 电 流 传感 器 检 测 定 子 三 相 电 流 ， 采用 光码 盘 直 接 获 得 电机 转 子 的位 置 信息 将三相 电流 ， 。 ， 经 矢 量 变换 后 和 转子 位 置 ， 输人转 子 磁链 模型 ， 得 出转 子 磁链 黔 和 电机 同步 转角 尹 将 哟 ， 。 ， 和经矢 量 变换得 到 的定 子 电流转 矩 分量 。 及 励 磁 分量 ， 送 入 电压 运 算器 得 到定 子 电压转矩 分量 城 和励磁分量 氛 ， 和 氛分别 与 电流调 节 器输 出的 偏 ， 。 相 减 ， 经 矢 量 变换 作为 逆 变 器 的给定 信号 【 通 常在 额 定 转 速 以 下 感应 电机 恒 转矩 运 行 ， 在 额 定 转速 以 上 为 恒 功 率运 行 为 了保证转 矩 随 动 系统 能实 时跟 踪 转 矩 的 给定 值 ， 把 转矩 随动 系 统 的有 效 工 作 区 域 设 定 在 电机 的额 定 转 速 以 下 即恒 转矩 运 行 区域 另 外 ， 与 电机 轴 相 连 的机 构 对 转速 也有 限 制 如果 转 矩 输 出较 大 ， 阻力转矩 较小 ， 电机会持续 、 快 速 加速 ， 可 能造 成 危 险 所 以 ， 在 系统 中加 人 了转 矩 限制 器 ， 限制 器根 据转 速 的设 定 极 限值 和 检 测 到 的 电机 转 速 即 。 ， 来 判 断 力矩 给定值 是否 有效 如果 检测 到 的 电机转速 超 过 转 速 的设 定 极 限 值则 把 转矩 的 给 定 值 设 为 ， 以 免 出现 危 险 磁链 运 算器用 于 磁通 参考值 的运 算 ， 在额定 转速 以 内运 行 即 电机 恒转矩 范 围 若转 子 磁通 恒 定 ， 则 转 矩 与定 子 电流 转矩 分量 成 正 比 ， 转矩 · 跟 随可 以 实 现 但是 如果 电机 转速 超 过 了额 定转 速 即 电机 恒 功 率范 围 ， 则 转矩 与定 子 电流转矩 分 量 不 成 正 比 ， 转 矩 跟 随不 能 实 现 由于转 矩 随 动 系统 应 用 在低 速 的场 合 ， 转 矩 限制 器保证 了在 电机 运 行 过 程 中始 终处 于恒转矩 范 围 磁链 给定 值 试与实 际值 件 的偏 差 被送 到磁链 调 节 器 专 家 控 制 系统 专 家控制 系统是 一个应 用专家系统技 术 的控 制 系统 ， 也 是 一 个 典 型 的 和 广 泛 应 用 的基 于 知识 的控 制 系统 沙， 要 使人 在驾驶 时具有 良好 的感觉 ， 就要 求 电 动转 向助 力 系统 能 根 据人力输 出转矩 、 车速 等 因 素输 出最 佳转 矩 另 外 ， 系统 还 应 具 有 自诊 断功 能 ， 当 出现 电机转 速 过快 、 转矩 传 感 器输 出值超 标 、 转角达 到极 限值 等现 象 时 ， 系统 能 自动切 断 电磁 离合器 ， 解 除 助 力 ， 确保安全 系统控 制框 图 如 图 所示 人 力 转矩 是 电机输 出转矩 的基础 ， 电机输 出 转 矩 跟 随人力 转 矩 的输 出 转角信息 主要 是 提供 有 效 的助 力 区域 车 速信 息是 助 力 比的依 据 ， 车 速 越 高助 力 比越 小 ， 车速 越 低助 力 比越 大 专 家控 制系统 主要 计算 转矩 伺服 系统 的转矩 给定 ， 算法 为 几 式户 氏 ， 价 ， 其 中 ， 凡 为转 矩 给定 兀 为转 矩 传感 器 检测 到 的人 力 输 出 转 矩 氏 为 方 向 盘 转 角 为 车 速