集成電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)用永磁同步電機(jī)復(fù)合弱磁方法

李建濤 楊繼斌* 徐曉惠 冉曉珂

（西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，四川 成都610065）

集成式電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（I-EHB）助力功能要求表貼式永磁同步電機(jī)（SPMSM）能夠快速準(zhǔn)確地響應(yīng)駕駛員的踩踏動(dòng)作，主動(dòng)制動(dòng)功能要求快速響應(yīng)到目標(biāo)壓力。在緊急制動(dòng)工況下，SPMSM在達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)無法繼續(xù)上升[1]，主動(dòng)制動(dòng)模式下會(huì)出現(xiàn)壓力響應(yīng)速度慢，汽車制動(dòng)距離長(zhǎng)。為解決這個(gè)問題需要采用弱磁算法，進(jìn)一步提高SPMSM轉(zhuǎn)速[2]。

弱磁控制算法分為依賴電機(jī)參數(shù)和不依賴電機(jī)參數(shù)的方法。依賴電機(jī)參數(shù)的方法有模型公式計(jì)算法、梯度下降法，存在計(jì)算復(fù)雜、獲取準(zhǔn)確電機(jī)參數(shù)困難、電機(jī)參數(shù)受工況影響的問題，難以用于工程中。不依賴電機(jī)參數(shù)的方法有查表法、電壓反饋法[3]。查表法能提升電機(jī)的快速響應(yīng)能力[4]，但存在測(cè)量過程復(fù)雜和標(biāo)定點(diǎn)不能涵蓋所有的電機(jī)工作點(diǎn)的缺點(diǎn)。電壓反饋法能保證電機(jī)一定運(yùn)行在電壓極限圓上，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的最優(yōu)運(yùn)行，但是電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度很慢。

因此，本文針對(duì)I-EHB 對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的需求，結(jié)合查表法和電壓反饋法的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種查表結(jié)合電壓負(fù)反饋的SPMSM復(fù)合弱磁方法。

1 弱磁控制在I-EHB 的應(yīng)用

I-EHB 基本控制框圖如圖1 所示，制動(dòng)助力&主動(dòng)制動(dòng)控制模塊根據(jù)反應(yīng)盤主副面位移差信號(hào)、SPMSM 絕對(duì)位置信號(hào)θr和主缸壓力信號(hào)，計(jì)算得到SPMSM目標(biāo)力矩Te*。弱磁控制模塊根據(jù)目標(biāo)力矩和電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度ωr計(jì)算得到目標(biāo)d、q 軸電流。SPMSM采用矢量控制，靜止三相坐標(biāo)系上的電機(jī)定子電流經(jīng)過ClarK 和ParK 變換得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的d、q 軸實(shí)際電流，d、q 軸電流誤差經(jīng)過PI 控制器得到d、q 軸目標(biāo)電壓值，進(jìn)行電機(jī)矢量控制，最后通過三相逆變電路實(shí)現(xiàn)對(duì)SPMSM動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩控制[5]。

圖1 I-EHB 整體控制框圖

傳統(tǒng)電壓負(fù)反饋弱磁控制如圖2 所示。當(dāng)ΔV＜0，電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)高于逆變器所能提供的最大值，電流環(huán)PI 控制器進(jìn)入飽和狀態(tài)，需要進(jìn)行弱磁控制，電壓誤差ΔV經(jīng)過PI 控制器后得到目標(biāo)電流i*dl。由于電壓負(fù)反饋法只在電壓飽和區(qū)域附近工作，當(dāng)SPMSM迅速進(jìn)入弱磁區(qū)或負(fù)載突然增加時(shí)，電壓負(fù)反饋控制響應(yīng)會(huì)出現(xiàn)滯后，d 軸電流上升慢，電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)差，還會(huì)導(dǎo)致電流環(huán)PI 調(diào)節(jié)器在短時(shí)間內(nèi)飽和，引起d、q 軸電流振蕩，輸出扭矩的變化，會(huì)影響駕駛員的制動(dòng)感覺。

圖2 傳統(tǒng)電壓負(fù)反饋弱磁控制框圖

2 復(fù)合弱磁控制器設(shè)計(jì)

圖3 復(fù)合弱磁SPMSM 控制框圖

模糊控制器以反應(yīng)盤主副面位移差誤差及其變化率作為輸入量，PI 控制器的參數(shù)KP、KI作為輸出量。誤差exr論域和誤差變化率dexr論域采用7 個(gè)模糊變量，模糊集為{NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB}，其中：NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB 分別代表較負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大。KP、KI參數(shù)論域采用5 個(gè)模糊變量，模糊集為{VS、S、M、B、VB},其中：VS、S、M、B、VB 分別代表較小、小、中、大、較大。模糊語(yǔ)言輸入、輸出變量采用三角形隸屬度函數(shù)。據(jù)經(jīng)驗(yàn)和知覺推理制定模糊控制規(guī)則，如表1、表2 所示，再通過面積中心法轉(zhuǎn)化為清晰量。

表1 KP 模糊規(guī)則表

表2 KI 模糊規(guī)則表

3 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)臺(tái)架如圖4 所示，主要參數(shù)如表3 所示，制動(dòng)主缸與四個(gè)鼓式制動(dòng)相連。

表3 I-EHB 臺(tái)架主要參數(shù)

圖4 I-EHB 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架

分別對(duì)傳統(tǒng)弱磁算法和復(fù)合弱磁算法進(jìn)行q 軸電流階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖5、圖6 所示。復(fù)合弱磁方法速度響應(yīng)更快，在高轉(zhuǎn)速區(qū)域持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，壓力到達(dá)10Mpa 的時(shí)間更短，約為310ms。復(fù)合弱磁方法在q 軸電流階躍響應(yīng)末端，id 絕對(duì)值減小的速度更加緩和，加上目標(biāo)id 對(duì)目標(biāo)iq 的微調(diào)整，實(shí)際iq 超調(diào)更小，避免對(duì)控制器和I-EHB 機(jī)構(gòu)造成損壞。

圖5 I-EHB 復(fù)合弱磁

圖6 I-EHB 傳統(tǒng)弱磁

4 結(jié)論

通過分析傳統(tǒng)弱磁控制在I-EHB 機(jī)構(gòu)上動(dòng)態(tài)性能不佳的原因，提出了一種查表結(jié)合電壓負(fù)反饋的弱磁控制方法。I-EHB臺(tái)架測(cè)試表明復(fù)合弱磁方法方法壓力響應(yīng)更快，q 軸電流超調(diào)小，具有實(shí)用性。