汽车EPS用永磁同步电机控制关键技术及其对汽车操纵稳定性影响研究

The permanent magnet synchronous motor used in the electric power steering system is treated as the research object. The relationship between the switch of the different rotor position estimation methods in the high and low speed domain and the motor torque fluctuation is studied, which is to determine the switching area between different estimation methods. The different motor rotor position estimation methods are coordinated in the high and low speed domain by using the multi-objective fuzzy decision method, in order to achieve the rotor position estimation in the wide speed domain. When some parameters of the motor and the load torque of the electric power steering system change, the motor chaotic vibration is analysed by using the nonlinear chaos system analysis methods, such as Lyapunov index, Poincare section and so on. The high order sliding mode variable structure control is used to suppress the chattering of the sliding mode control and realize the motor chaotic vibration. Finally, combined with the rotor position estimation method and the chaos analysis and control, the effect of permanent magnet synchronous motor on the steering performance and the vehicle handling stability is analysed, which can be used to improve the driving safety and comfort of the vehicle.

以电动助力转向系统用永磁同步电机为研究对象，研究电机高低速域内不同转子位置估计方法的切换与电机转矩波动之间的关系，确定不同估计方法间的切换区域，利用多目标模糊决策方法来对高低速域内不同转子位置估计方法进行协调，以实现电机宽速域内的转子位置估计；利用Lyapunov指数、庞加莱截面等非线性系统混沌分析方法，分析在某些参数或电动助力转向系统负载转矩变化情况下的电机混沌振动，并利用高阶滑模变结构控制抑制滑模变结构控制中的抖振，实现对电机混沌振动的控制；再结合电机宽速域内转子位置估计与混沌分析及控制的研究基础之上，分析永磁同步电机的控制对电动助力转向性能及其汽车操纵稳定性的影响，以提高汽车的行驶安全性和舒适性。

由于EPS系统的广泛应用及其对改善汽车驾驶操纵稳定性和安全性的重要作用，本项目对装备有性能较传统助力电机更加优良的PMSM的EPS系统及其对汽车操纵稳定性影响主要进行了如下研究：.构建了PMSM的伪线性逆系统，利用综合滑模控制方法实现对永磁同步电机的混沌控制。首先，利用逆系统解耦方法对PMSM系统进行了可逆性分析，并求出PMSM的逆系统，将其与原系统复合构成PMSM的伪线性逆系统，实现对其进行解耦；再次，采用对一阶d轴子系统利用切换函数为双曲正切函数的滑模控制，对二阶转速子系统采用切换函数为双曲正切函数的super-twisting滑模控制的综合滑模控制方法，实现对PMSM的混沌控制。结果表明提出的综合滑模逆系统解耦方法，不但能够有效消除滑模控制中存在的抖振，还能够对PMSM系统混沌进行有效控制。.提出了基于迭代五阶CKF算法的PMSM无传感器控制，建立了基于迭代五阶CKF算法的永磁同步电机EPS控制系统。首先，将Gauss-Newtion迭代方法引入到五阶CKF算法的迭代过程，构建了迭代五阶CKF算法，并实现了基于迭代五阶CKF算法的永磁同步电机的无传感器控制；其次，在将基于迭代五阶CKF算法的永磁同步电机无传感器控制应用到EPS系统中，采用常见的助力与回正控制策略，构建了基于迭代五阶CKF算法的永磁同步电机EPS控制系统。结果表明，提出的迭代五阶CKF算法对PMSM转速的估计精度较好、抗负载和转速的扰动能力也较强，且将其进行应用的EPS系统的助力与回正性能也得到改善。.基于ASS和ESP系统构建了基于多目标模糊决策的分层协调控制系统，改善了车辆高速下的操纵和侧翻稳定性。首先，对ESP应用考虑质心变化的参数自整定模糊PID控制；对ASS根据其在不同车辆状态区域内的不同功能，设计了相应的ASS控制器，最后运用多目标模糊决策方法设计了上层功能分配协调控制器，实现了对ESP与ASS的协调控制。结果证明，所建立的ESP与ASS功能分配控制器与控制策略能够明显改善车辆在高速紧急转向下的操纵和侧翻稳定性。.另外，合作研究了PMSM的转矩波动抑制和弱磁控制，这些研究对进一步提高PMSM性能至关重要。