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基于相位补偿的电动助力转向系统控制方法

苗立东 何仁

苗立东, 何仁. 基于相位补偿的电动助力转向系统控制方法[J]. 交通运输工程学报, 2007, 7(1): 37-42.
引用本文: 苗立东, 何仁. 基于相位补偿的电动助力转向系统控制方法[J]. 交通运输工程学报, 2007, 7(1): 37-42.
Miao Li-dong, He Ren. Control method of electric power steering system based on phase compensation[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2007, 7(1): 37-42.
Citation: Miao Li-dong, He Ren. Control method of electric power steering system based on phase compensation[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2007, 7(1): 37-42.

基于相位补偿的电动助力转向系统控制方法

基金项目: 

江苏省六大人才高峰计划项目 E-2002012

山东理工大学科研基金项目 2006KJM32

详细信息
    作者简介:

    苗立东(1974-), 男, 山东淄博人, 山东理工大学讲师, 工学博士, 从事汽车机电一体化研究

  • 中图分类号: U463.4

Control method of electric power steering system based on phase compensation

More Information
    Author Bio:

    Miao Li-dong(1974-), male, PhD, lecturer, +86-533-2786081, miaold@sdut.edu.cn

  • 摘要: 采用动力学与控制理论, 研究了具有3个集中质量的电动助力转向系统的物理和数学模型, 建立了总体结构图, 在对外环特性进行分析的基础上, 对总体结构图进行等效变换, 根据系统要求对控制系统进行了设计, 研究了控制对象的传递函数、控制系统的结构图、开环系统的Bode图、Nyquist图以及系统的稳定性, 并进行了台架试验。研究发现控制系统的结构图可以表示为内、外两环结构, 内环包含了反电动势的反馈通道, 采用快速比例积分(PI)控制的内环, 可以忽略反电动势, 没有进行相位补偿的系统幅值裕度和相位裕度约为负值, 稳定性较差, 而进行相位补偿后系统的稳定性较好。结果表明在系统低频共振频率范围内采用超前校正, 提供相位补偿是解决电动助力转向系统振动和稳定性的有效方法。

     

  • 图  1  电动助力转向系统机械部分模型

    Figure  1.  Model of mechanical part of EPS system

    图  2  电动助力转向系统总体结构

    Figure  2.  General structure of EPS system

    图  3  电流环结构

    Figure  3.  Structure of current loop

    图  4  分解结构

    Figure  4.  Decomposition structure

    图  5  内、外两环结构

    Figure  5.  Structures of inner loop and outer loop

    图  6  内环前向通道

    Figure  6.  Forward channel of inner loop

    图  7  内环闭环

    Figure  7.  Closed-loop of inner loop

    图  8  外环近似结构

    Figure  8.  Approximate structure of outer loop

    图  9  外环开环

    Figure  9.  Open-loop of outer loop

    图  10  开环系统的Nyquist

    Figure  10.  Nyquist of open-loop

    图  11  超前校正后的Bode图

    Figure  11.  Bode chart with lead correction

    图  12  无相位补偿的EPS系统试验结果

    Figure  12.  Test result of EPS system without phase compensation

    图  13  具有相位补偿的EPS系统试验结果

    Figure  13.  Test result of EPS system with phase compensation

    表  1  电动助力转向系统参数

    Table  1.   Parameters of EPS system

    参数名称 代号 数值
    转向盘的转动惯量/(kg·m2) Is 0.029
    转向盘转动的运动阻尼系数/(N·m·s·rad-1) Cse 0.023
    转向盘转动的变形阻尼系数/(N·m·s·rad-1) Cs 0.023
    输出轴的运动阻尼系数/(N·m·s·rad-1) Cce 0.023
    输出轴的转动惯量/(kg·m2) Ic 0.000 19
    转向盘到减速机构蜗轮处的刚度/(N·m·rad-1) Ks 135
    电动机部分的转动惯量/(kg·m2) Im 0.000 19
    电动机部分转动的运动阻尼系数/(N·m·s·rad-1) Cme 0.000 092 8
    电动机部分转动的变形阻尼系数/(N·m·s·rad-1) Cm 0.000 928
    减速机构的刚度/(N·m·rad-1) Km 3.02
    电动机的反电动势常数/(V·s·rad-1) Ke 0.050 6
    电动机回路的总电阻/Ω R 0.345
    电动机回路的总电感/μH L 238
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出版历程
  • 收稿日期:  2006-07-23
  • 刊出日期:  2007-02-25

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