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第２５卷第４期２０１１年１２月传动技术ＤＲＩＶＥＳＹＳＴＥＭＴＥＣＨＮＩＱＵＥＶ０１．２５ＮＯ．４Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２０１１文章编号：１００６—８２４４（２０１１）０４－３３—０５基于ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的电动助力转向系统控制算法仿真研究ＡＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＣｏｎｔｒｏｌＡｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｔｅｅｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ何字满ｎ’顾梦妍心’（１．上海交通大学汽车电子控制技术国家工程实验室上海２００２４０；２．上海工程技术大学上海２０１６２０）ＨｅＺｉｍａｎ‘１’ＧｕＭｅｎｇｙａｎ‘２’（１．ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０；２．ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２０）［摘要］简述了电动助力转向系统（ＥＰＳ）的组成机构和不同控制模式下的工作原理。
根据简化的物理模型，将电动助力转向系统划分为了三个组成部分，并分别陈列了各个组成部分的数学模型。
针对汽车不同的行驶工况，提出了三种不同的转向控制模式。
基于电动助力转向系统的数学模型和不同控制模式，在ＭＡＴ—ＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中构建了控制器的仿真模型。
通过追踪助力电机的目标电流，分析转向轻便性和路感，验证了本文施加的基本ＰＩＤ和ＰＷＭ控制策略较好地协调了汽车转向时“轻”与“灵”的矛盾，提高了汽车转向时的操作稳定性。
‘［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＴｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｔｅｅｒｉｎｇ（ＥＰＳ）ｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｂａｓｅｄｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｓｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｓｉｍｐｌｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ，ＥＰＳｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｐａｒｔｓ．Ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｏｆｅｖｅｒｙｐａｒｔｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｓｅｐａｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｓｗｅｒｅｉｍｒｏｄｕｃｅｄｆｏｒａｄａｐｔｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｓｏｆＥＰＳｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗａｓｂｕｉｌｔｉｎＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｒａｃｋｉｎｇｔｈｅｔａｒｇｅｔｃｕｒｒｅｎｔｏｆｔｈｅａｓｓｉｓｔｍｏｔｏｒａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇａｇｉｌｉｔｙａｎｄｒｏａｄｆｅｅｌ．ｉｔｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｏｆＰＩＤａｎｄＰＷＭｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａ－ｐｅｒｃａｎｒｅｇｕｌａｔｅｃｏｎｆｌｉｃｔｓｂｅｔｗｅｅｎ＂ｒｏａｄｆｅｅｌ’ａｎｄ’ｓｔｅｅｒｉｎｇａｇｉｌｉｔｙ＂ｗｈｅｎｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｉｓｓｔｅｅｒｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｍａ－ｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｒｅｂｏｔｈｉｍｐｒｏｖｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．关键词：电动助力转向系统控制策略控制模式助力电流转向轻便性路感Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥＰＳｓｙｓｔｅｍｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅａｓｓｉｓｔｃｕｒｒｅｎｔｓｔｅｅｒｉｎｇａｇｉｌｉｔｙｒｏａｄｆｅｅｌ中图分类号：Ｕ４６３．２１２文献标识码：Ｂ１前言汽车电动助力转向系统（ＥＰＳ）是一种先进的汽车助力转向系统，该系统相比起传统的机械式转向系统和液压式助力转向系统有着节能、环保、减轻自重、可移植性好、结构简单、布置灵活等诸多的优点‘１｜，因此它已经成为当今中高档汽车转向助力系统广泛采用的技术。
汽车助力转向用无刷直流电机控制系统建模与仿真
柴慧理
【期刊名称】《机械管理开发》
【年(卷),期】2009(024)002
【摘要】直流无刷电动机是利用电子换相技术代替直流电动机的电刷换相的一种新型直流电动机,具有运行效率高、起动转矩大、调速范围广、结构简单、运行可靠等优点,随着高性能磁性材料问世,大大提高了直流无刷电动机的性能,使其在汽车上的应用会更加广泛.根据无刷直流电机的数学模型和运行原理,通过MATLAB软件的Simulink模块,搭建了电机及整个控制系统的仿真模型.结果表明:该模型的仿真结果与理论分析基本吻合,为系统的设计和调试提供了重要的参考价值.
【总页数】3页(P172-174)
【作者】柴慧理
【作者单位】山西交通职业技术学院,山西,太原,030031
【正文语种】中文
【中图分类】U463.6
【相关文献】
1.汽车电控液压助力转向系统的建模及仿真 [J], 魏芳;张学文;王满力
2.汽车电动助力转向系统的建模与仿真 [J], 吴亦君
3.汽车电动助力转向系统的建模与仿真 [J], 吴亦君
4.基于电动汽车的无刷直流电机控制系统建模与仿真 [J], 于金龙;李军伟;苏炳玲
5.轮毂电机驱动汽车差动助力转向建模与仿真 [J], 高超;张缓缓;闫业翠;李庆望;严帅
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新能源汽车电动助力转向系统的仿真与测试杨学平;周明;蒋超宇;薛秀丽;钟彦雄;陈晓萍【摘要】Automobile electric power steering (EPS)is the superior technique which supplies power to steering system of automobile with motor directly.And it has become the sign of future development direction ofhigh technique of automo-bile.A platform of the electric-power-assisted steering system of testing and simulating is established based on LabCar.The simulation model of EPS has been established based on MATLAB/Simulink and the related modules have been tested.The test results show the cost of development of EPS has been reduced by LabCar systems.This method can improve high prac-tical value for developing of new energy automotive systems.%电动式助力转向系统(EPS)是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统，代表着未来新型汽车动力转向技术的发展方向。
基于 LabCar 环境搭建了 EPS 仿真测试平台，基于 MATLAB/Simulink平台创建了EPS仿真模型，进行了相关模块仿真测试。
汽车电动助力转向系统的设计第1章绪论1.1汽车转向系统简介汽车转向系是用来维持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。
它由转向操纵机构、转向器和转向传动机构组成。
转向系统作为汽车的一个重要组成局部，其性能的好坏将直截了当碍事到汽车的转向特性、稳定性、和行驶平安性。
目前汽车转向技术要紧有七大类：手动转向技术〔MS〕、液压助力转向技术〔HPS〕、电控液压助力转向技术〔ECHPS〕、电动助力转向技术〔EPS〕、四轮转向技术〔4WS〕、主动前轮转向技术〔AFS〕和线控转向技术〔SBW〕。
转向系统市场上以HPS、ECHPS、EPS应用为主。
电动助力转向具有节约燃料、有利于环境、可变力转向、易实现产品模块化等优点，是一项紧扣当今汽车开展主题的新技术，他是目前国内转向技术的研究热点。
转向系的设计要求(1)汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。
不满足这项要求会加速轮胎磨损，并落低汽车的行驶稳定性。
(2)汽车转型行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。
(3)汽车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生共振，转向盘没有摆动。
(4)转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。
(5)保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。
(6)操纵轻便。
(7)转向轮碰撞到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。
(8)转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。
(9)在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻损害的防伤装置。
(10)进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。
1.2EPS的特点及开展现状EPS与其他系统比立关于电动助力转向机构(EPS)，电动机仅在汽车转向时才工作并消耗蓄电池能量；而关于常流式液压动力转向机构，因液压泵处于长期工作状态和内泄漏等缘故要消耗较多的能量。
学号：常州大学毕业设计（论文）（2012届）题目学生学院专业班级校内指导教师专业技术职务校外指导老师专业技术职务二○一二年六月电动助力转向系统设计摘要：随着科学技术的进步，人们越来越乐于享受科技带来的美好生活。
作为现代生活的一部分，汽车也越来越与人们的生活紧密不分，与此同时，更舒服的驾驶体验，成为新宠。
首先就是本文将研究的：电动助力转向系统，它将给我们带来更加轻松方便的驾驶体验。
电动助力转向系统即：EPS 就是英文Electric Power Steering的缩写。
电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。
该系统由电动助力电机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。
另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。
正是有了这些优点，电动助力转向系统作为一种新的转向技术，将挑战大家都非常熟知的，已具有50多年历史的液压转向系统。
本文分析了汽车电动助力转向系统的基本原理，对构成系统的总体方案和控制方法进行了仿真分析，并利用DSP F2812实现控制系统的全数字化，在此基础上完成了EPS 系统控制器的软、硬件系统的开发，最后又进行了EPS系统模拟台架试验。
由于国外技术壁垒，目前国内研究EPS系统尚处在初级阶段，技术还不是很成熟，需要更多的研发人员投入到这项工作中。
所以需要更多人的努力来攻克这个技术难题，早日成熟我国的EPS设备，不再受限于国外设备，从而达到国产化。
关键词：电动助力转向系统控制系统实验控制器软件开发Design of electric power steering systemAbstract：Along with science and technology progress, the people more and more are glad enjoy the happy life which the science and technology brings.As a part of modern life, cars are more and more closely with people living without, at the same time, more comfortable driving experience, become a new favorite. First of all is that this study: electric power steering systems, it will bring us even more easy and convenient driving experience.The electric power steering system: EPS is the English abbreviation of the electric power steering. The electric power steering system is the development direction of the steering system. The system is provided directly by the electric power motor power steering, eliminating the need for a hydraulic power steering system necessary for the power steering pump, hoses, hydraulic fluids, belts and engine pulley, not only save energy, protect the environment. In addition, a simple adjustment, flexible assembly and can provide the characteristics of the power steering in a variety of conditions. It is precisely because of these advantages, the electric power steering system as a new steering technology, the challenges we are very well known, and has 50 years of history hydraulic steering system.T his paper analyzes the basic principles of automotive electric power steering system, constitute the system's overall program and controls methodology, simulation analysis, and the use of DSP F2812 all-digital control system, the EPS system controller soft on this basis, The hardware system development, and finally the EPS system simulation bench.Due to technical barriers to foreign, domestic research on EPS system is still at an early stage, technology is not mature, need more developers to join in such efforts. More efforts are needed to overcome the technical difficulties, early maturing EPS devices in China, is no longer limited to equipment in foreign countries, so as to achieve localization.Keywords: Electric power steering system Control system Experiment Controller Software development目录摘要 (I)目录 (III)1绪论 (1)1.1前言 (1)1.2汽车转向系统的发展 (1)机械液压助力 (1)电子液压助力 (2)电动助力转向系统 (2)1.3国内外电动助力转向系统的研究现状和发展趋势 (2)系统的优点 (3)课题研究的意义 (4)课题的研究目标和内容 (4)1.4EPS系统会遇到的主要问题 (4)2 电动助力转向系统的硬件设计 (4)2.1EPS系统结构及其工作原理 (5)2.2电动助力转向系统的类型 (5)转向柱助力式 (5)小齿轮助力式 (6)齿条助力式 (6)2.3本系统所用的关键器件 (7)扭矩传感器 (7)电动机 (8)车速传感器 (8)电子控制单元（ECU） (8)电流传感器 (9)控制器的芯片简介 (9)2.4本系统控制器的组成 (9)2.5EPS控制系统硬件电路设计 (10)模数转换电路设计 (10)DSP F2812 PWM输出电路设计 (10)模拟信号滤波电路设计 (11)电动机反馈电流信号输入电路设计 (11)车速信号捕获电路设计 (12)电动机正反转判定电路设计 (13)电机驱动电路设计 (13)电机电流采样电路设计 (14)2.6ECU总体架构 (15)3电动助力转向系统的控制策略分析 (17)3.1转向驱动力矩与助力矩关系 (17)3.2EPS典型助力曲线 (17)直线型助力算法 (18)折线型助力算法 (18)曲线型助力算法 (18)3.3转向系统受力分析 (19)4对电动助力转向系统的建模及仿真 (21)4.1EPS系统的动力学模型 (21)建立转向系统动力学模型 (21)建立系统状态空间模型 (22)4.2EPS系统稳定性分析 (23)5转向系统的软件设计 (24)5.1主程序模块设计 (24)5.2主程序初始化模块 (26)口初始化 (26)初始化 (27)初始化 (28)5.3信号采集模块设计 (28)扭矩和电流信号采集设计 (28)车速信号采集设计 (29)6电动助力转向系统的台架试验及结果分析 (30)6.1EPS系统试验台架简介 (30)6.2EPS系统试验台的组成 (31)6.3汽车EPS性能试验台测控系统 (32)6.4试验结果分析 (33)7．结论 (36)参考文献 (38)致谢 (39)1绪论1.1前言随着世界经济的不断发展，人们的生活水平也不断提高。
汽车电动助力转向系统的设计概述汽车电动助力转向系统是一种电子辅助转向系统，为驾驶员提供操纵方向盘的力量辅助，以改善驾驶操控性和舒适性。
该系统通过电动助力装置来替代传统的液压助力转向系统，具有更高的效率和响应性。
本文将详细介绍汽车电动助力转向系统的设计原理和关键技术。
设计原理汽车电动助力转向系统的设计基于电动助力装置和转向控制单元的协同工作。
电动助力装置负责提供对转向系统的力量辅助，转向控制单元那么负责监测车辆的转向情况并根据驾驶员的输入进行控制。
电动助力装置电动助力装置由电机、减速器、传感器和控制单元组成。
电机负责提供动力，减速器那么用于降低电机的转速并增加转力。
传感器用于监测转向力和转向角度，并向控制单元提供反应信息。
控制单元根据传感器的反应信号来确定输出力的大小和方向。
转向控制单元转向控制单元由微处理器和控制算法组成。
微处理器负责处理传感器的数据和执行控制算法。
控制算法根据驾驶员的转向输入，计算出相应的助力输出指令，并通过电动助力装置将助力传递给转向系统。
关键技术功率电子技术汽车电动助力转向系统需要提供足够的力量辅助，因此需要采用功率电子技术来实现高效能的能量转换和控制。
功率电子技术包括电机驱动技术、功率开关技术和电源管理技术，它们的协同工作可以有效提高电动助力转向系统的效率和可靠性。
传感器技术传感器技术在汽车电动助力转向系统中起到了至关重要的作用。
传感器可以实时监测转向力和转向角度，从而提供准确的反应信息给控制单元。
常用的传感器包括转向力传感器和转向角度传感器，它们需要具有高精度和可靠性，以确保系统的准确性和稳定性。
控制算法控制算法是汽车电动助力转向系统的核心局部，它决定了系统的性能和操控性。
控制算法根据传感器的反应信息和驾驶员的转向输入，计算出相应的助力输出指令。
常用的控制算法包括比例-积分-微分〔PID〕控制算法和模糊控制算法，它们能够确保系统的稳定性和响应性。
设计考虑功率和效率汽车电动助力转向系统需要提供足够的助力，同时也要确保系统的功率和效率。
第１２卷第１期 ２０１４年２月 福建工程学院学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｕｊｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖ０１．１２ Ｎｏ．１
Ｆｅｂ．２０１４
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－４３４８．２０１４．Ｏ１．００５ 电动助力转向系统中电机控制的仿真设计
李敏旭 （福建工程学院机械与汽车工程学院，福建福州３５０１１８）
摘要：根据汽车电动助力转向对驱动电机的相关要求，结合电路相关参数，设计电机调速控制系统， 并通过仿真验证该系统具有响应快速、鲁棒性好的特点，符合适合使用车用转向控制的车型的实际 要求。 关键词：电动助力；直流电机驱动；调速控制系统 中图分类号：Ｕ４６９．７２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—４３４８（２０１４）０１—００１８—０４
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ Ｌｉ Ｍｉｎｘｕ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｆｕｊｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｕｚｈｏｕ ３５０１１８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｄｒｉｖｅ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ａ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ＤＣ－ｍｏｔｏｒ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍ－ ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｆａｓｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｗｉｔｈ ｒｏｂｕｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ，ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｆｉｔ ｆｏｒ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏ１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ；ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｉｎｇ；ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
电动助力转向系统（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｔｅｅｒｉｎｇ，缩 写ＥＰＳ）是一种直接依靠电动机提供电动助力的 转向系统。该系统不需要设计复杂的传动机构， 而是通过控制电机电流的方向、幅值、时间实现转 向助力。同时ＥＳＰ系统不需加装液压助力泵等 油压装置，从而减少发动机负载，这对于家用型中 小排量的混合动力或纯电动汽车具有现实意义。 对于电动助力转向设计，如何实现电机转速 的有效控制是系统设计的关键环节。本文结合具 体的参数，设计相应的控制逻辑结构，并利用 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ实现仿真。 １ ＥＰＳ对电机控制的基本原理 电动助力转向系统一般由转向传动机构、扭 矩传感器、控制单元、电机（一般采用直流电机）、 减速器（一般采用循环球式）等构成。如图１。 当电源、点火、发动机运转有效条件成立时， 在操纵转向盘时，扭矩传感器由主、副传感信号测 出力矩 方向和大小，同时根据测定的轮边车速 ｎ，两者矢量信号经Ａ／Ｄ变换后输出给控制系统 单元（ＥＣＭ）；ＥＣＭ一般通过查找试验数据表 （ＭＡＰ），获得电机的工作指令，通过电机的调速 控制、功率驱动等控制电机工作，同时控制通断电 状态，保证车速与电机助力效果具备函数控制 关系。 可见ＥＣＭ对电机控制单元输出的是目标值，
一般为电机的目标工作指令，结果表现为电流和 速度。但是这样的控制是一种开环控制，容易出
收稿日期：２０１３—１０—１１ 基金项目：福建省汽车电子与电驱动技术重点实验室开放基金项目（ＺＤＫＢ１３０４）；福建省教育厅科技基金项目 （ＧＢ—ｌ１１２２） 作者简介：李敏旭（１９７６一），男（汉），福建福州人，高级实验师，工程师，硕士，研究方向：车辆结构与控制，车辆电 气系统与控制，车辆故障诊断． 第１期 李敏旭：电动助力转向系统中电机控制的仿真设计 １９ １．输入轴２．扭矩传感器３．电机４．循环球螺杆 ５．齿条 图１ 电力助力转向系统结构组成简图 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＥＰＳ ｓｙｓｔｅｍ
现电机失调，对被控量（主要为电流、转速）的预 期值无法保证。因此，要设计电机调速控制系统 来保证有效。
２ 电机调速控制系统的设计 根据ＥＣＭ的目标值，要求实现助力电机能在 有效时间内完成快速建流、横流升速、调速降流３ 个主要过程，本研究针对直流电机，设计了双闭环 调速系统，确定电流调节器的类型参数，将其等效 成一个小惯性环节，作为内环；再由速度调节器设 计外环。 ２．１ 系统传递函数建立 直流电机数学模型可以根据电机的电路方程 式（１）和电机理想机械运动方程式（２）建立： ｄ 『 ｄ 尺ｄ ｄ“ｄ× ¨ｅ （１）
Ｉ ＝ Ｇ ×
式中，Ｇ２为电机转动转子惯量； 为时间； 为电 机输出理想转矩；Ｃ。为电势常数；Ｒ 为主回路电 枢电阻； 为电枢回路电感；ｉ 为电枢回路电流； “ 是电枢电压。设Ｇ 为转矩常数，直流电机转矩： Ｍ＝Ｃ ×ｉｄ 代人式（１）、式（２），消去 并整理得：
× × ＋ × ＋ｎ＝ ／２ｄ（３）
式中， 为电磁时间常数： ＝Ｌ ／Ｒ ，ｒｍ为电机 时间常数：Ｔｍ＝Ｇ ×Ｒｄ／（３７５×Ｃ ×Ｃ ） 由式（３）经拉斯变换可以得到在零状态时的 传递函数Ｗ（ｓ）。 ）＝轰＝ （４）
２．２系统控制结构设计 在速度调节环的基础上，设计电流负反馈内 环。由于电流调节环的作用是控制电流，一般采 用ＰＩ调节器方式设计，并设置电流限制器。考虑 到信号的滤波时间系数 、电流反馈响应系数
、转速信号的反馈响应 、晶体管的放大系数
、电流反馈系数Ｋ、转速反馈系数 等因素。 为计算、设计方便，设ｒｆ，＝ ＝ｒｆ．＝０．０１ Ｓ， 并对输入信号采用一阶反馈，即： Ｘ。 １ １ 一＝一＝～ Ｘ ｒｆｓ＋１ ０．０ｌ Ｓ＋１
同时考虑到回路电阻对转速电压反馈的影 响，设计了如下直流电机控制双闭环调速系统，如 图２。由电流调节器和转速调节器串联，形成电 流负反馈内环和转速负反馈外环。
ＨＤ 壶 Ｈ＝＝＝．． 咽 一 Ｉ ｌ ． ｕ
图２直流电机控制双闭环调整系统 Ｆｉｇ．２ Ｄｕａｌ ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＤＣ－ｍｏｔｏｒ
设计不考虑系统静差率、超调量等问题。根 据前期相关试验测定和统计：对于一般家用轿车， 可采用直接助力式，要求的响应时间少，助力力矩
大，因此选用直流电机额定值：Ｐ＝０．６ ｋＷ，ｎ＝ 福建工程学院学报 第１２卷 ６００ ｒ／ｍｉｎ，，＝３０ Ａ，电机线圈电阻Ｒ＝０．０３ Ｑ，回 路电压Ｕ：１２ Ｖ，Ｒｄ＝０．０８ Ｑ，Ｚｄ＝０．００２ Ｈ，负载 转动惯量Ｇ ＝１ ｋｇ—ｍ 。令 为电机时问常数， 为电磁时间常数，则： Ｃ ＝（Ｕ一，×Ｒ）／ｎ＝（１２—３０×０．０３）／６００＝ ０．０１８ Ｖ／（ｒ・ｍｉｎ ） Ｃ ＝Ｃ ／１．０３＝０．０１７ ｋｇ・ｍＡ ＝Ｌｄ／Ｒｄ＝０．０２５ Ｓ Ｔｍ＝Ｇ ×Ｒｄ／（３７５×Ｃ ×Ｃ。）＝０．６９ Ｓ 令转速反馈控制的电压输出限值Ｕ ：２ Ｖ， 启动电流取Ｑ＝１．５ Ｘ ３０＝４５ Ａ。则： 主电路晶闸管放大系数Ｋ ＝１．０５×１２／２＝ ６．３，取为７。 主电路装置滞后时间系数 取０．０１ Ｓ 电流反馈系数Ｋ ：２／４５：０．０４４ Ｖ／Ａ 转速反馈系数 ＝２／６００＝０．００３ Ｖ・ｍｉｎ／ｒ 上述参数代人式（４），可得
）＝ 而 （５） 传递函数结构如图３。
一。
图３传递函数结构
对于电流负反馈内环和转速负反馈外环，均 采用ＰＩ调节，比例系数 分别计算如下： （１）电流调节器（ＡＣＲ）设计
。 ＝Ｋｉ× 丁＝ ＝０．６９ Ｔｚ ＝Ｔ ＋Ｔｆ＝０．０１＋０．０１＝０．０２ 故
：
故 Ｋ＝ ・Ｒ ０．６９×０．０３ ２ＫｉＫ ・Ｔｚ ２×０．０４５×７×０．０２ （２）转速调节器（ＡＳＭ）设计 ：１．６４ ＝ × ＝２ ＋ ＝０．０４＋０．０１＝０．０５ 丁＝５ ＝０．２５ ３ＫｉＣ。 ３×０．０４５×０．０１８ ｘ ０．０２５ ２ＲＫ．Ｒ ２ Ｘ ０．０８×０．０３×０．０５ ＝２．５８ 即电流环和转速环比例系数可分别取１．６４ 和２．５８。由于积分系数主要是调节控制速度快 慢，故可根据实际情况作设置。在本次仿真中速 度环取４０，电流环取１０。设计控制系统如图４。 其中对输入的控制信号设置电压限制值［一２， ２］，对电机的电流大小根据上述给定也设置电流 限制值［一５，５０］。
图４控制系统调试 Ｆｉｇ．４ Ｄｕａｌ ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ
３仿真实现与分析 。０ 霉 利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，根据上述计算、给定 定，因此系统控制有效。 设置相关的变量进行仿真实现。 对于车辆转向，转矩变化、路面冲击等因素会 给定目标的电机负载电流３０ Ａ，从 ＝０指令 通过转向传动机构对转向盘产生一定的反馈和冲
