[发明专利]汽车EPS用无刷直流电机控制器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源汽车驱动、以及电力传动控制设备技术领域，尤其涉及一种基于神经网络的汽车EPS用无刷直流电机控制器及其实现方法。

背景技术

汽车转向系统作为控制汽车行驶方向的重要装置，其性能的好坏将直接影响汽车的操纵性及稳定性，对改善驾驶员工作条件、保护驾驶员人身安全、减少交通事故起着十分重要的作用。随着现代汽车技术、现代控制技术以及电子技术等的迅猛发展，汽车转向系统已经从传统的机械式转向系统、液压动力转向系统、电动液压助力转向系统发展到新型的助力转向系统——电动助力转向系统（Electric Power Steering，简称为EPS）。由于EPS系统采用电机作为动力源，并运用微处理器作为控制单元，针对汽车行驶的不同工况可以进行智能控制，因此具有高效率、高性能、节能环保、低成本等诸多优点，已经成为汽车转向助力技术的主流。

目前汽车EPS系统采用的电机多数为直流电机，但是由于直流电机需要配备机械式换向器，因此导致电机体积较大、最高临界转速受到限制，运行效率较低、而且需要定期进行维护修理，而且，机械式换向还带来了机械摩擦磨损，容易产生较大的噪声、电磁干扰以及火花等，从而影响到电机的使用寿命。无刷直流电机不仅具有直流电机的调速性能好、无励磁损耗、运行效率高等一系列优点，而且具备交流电机运行可靠、结构简单、维护方便等诸多优点，是取代目前普遍应用于EPS系统直流电机的理想选择。

无刷直流电机一般采用电流内环加转速外环的双闭环PID控制方法。传统的PID控制算法虽然具有算法简单、易于工程实现、精度高、可靠性强等优点，但是仅仅对于可以建立精确数学模型的控制对象，才具有较好的控制效果。无刷直流电机调速系统是一个复杂的被控对象，具有严重的非线性、强耦合以及参数时变等特点，难于获得其精确的数学模型，而且负载扰动的存在使得常规PID控制方法很难使控制系统获得理想的动静态控制效果及较强的鲁棒性。

为了从本质上解决汽车EPS用无刷直流电机调速系统双闭环控制方法比较复杂，并且控制效果欠佳的难题，同时又要保证汽车EPS用无刷直流电机调速系统各项控制性能指标，如动态响应速度、稳态跟踪精度和较强的抗干扰能力，需采用新的控制算法。

有鉴于此，有必要提供一种汽车EPS用无刷直流电机控制器及其实现方法以解决上述问题。

发明内容

本发明针对汽车EPS用无刷直流电机现有控制方法的缺陷，提供一种既能有效提高汽车EPS用无刷直流电机各项控制性能指标，诸如动态响应速度、稳态跟踪精度，使汽车EPS用无刷直流电机具有优良的动、静态控制性能，又能简化传统双闭环控制方法的汽车EPS用无刷直流电机控制器及其实现方法，该方法实现方便、算法简单、控制精度高，并且具有较强的抗负载扰动能力。

为了实现上述目的，本发明实施案例提供的技术方案如下：

一种汽车EPS用无刷直流电机控制器，所述控制器包括相互串联的神经网络调节器和复合被控对象，神经网络调节器包括与转速检测单元相连的第一输入端、与转速给定单元相连的第二输入端、以及与延时器相连的第三输入端，所述延时器与转速检测单元相连，转速检测单元连接于复合被控对象上，用于检测复合被控对象的实际转速。

作为本发明的进一步改进，所述复合被控对象包括依次串联的坐标变换单元、SVPWM逆变器和汽车EPS用无刷直流电机调速系统。

作为本发明的进一步改进，所述神经网络调节器三个输入端分别为：

第一输入端，转速检测单元检测到的汽车EPS用无刷直流电机调速系统的实际转速ω(k)；

第二输入端，转速给定单元输出的转速信号ω_ref(k+1)；

第三输入端，转速检测单元检测到的实际转速ω(k)经过一个延时器Z^-1得到的实际转速ω(k-1)。

相应地，一种汽车EPS用无刷直流电机控制器的实现方法，所述方法包括：

S1、将坐标变换单元、SVPWM逆变器和汽车EPS用无刷直流电机调速系统依次串联形成复合被控对象；

S2、建立复合被控对象的动力学逆非线性模型；

S3、采用神经网络来逼近复合被控对象的动力学逆模型，构成神经网络调节器；

S4、将神经网络调节器串联于复合被控对象之前；