[发明专利]一种无位置传感器的转向盘的位置控制方法

权利要求书

1.一种无位置传感器的转向盘的位置控制方法，其特征在于，首先，通过电机参数计算出电机的转速和角度位置，在配合测量电枢电压及电流后，通过传统的电机模型可以计算出电机转子转速：

  (1)

           (2)

       (3)

其中表示电枢电压，电枢电流，电动势常数，恒定励磁磁通量，分别为电机电枢电阻及电感，分别表示反电动势常数，电机转子转速， 为电机转子转角及初始位置；

由于上式是不计磁通饱和程度和温度的影响，而直流永磁有刷电机采用硅钢片冲压后叠加而成，并形成齿槽，各绕组在齿槽内绕成线圈通过碳刷及换向器，形成电流的换向及转子的持续转动，但由于这种结构照成在换向时，在换向片与换向片之间有物理间隔，这样在换向片及绕组与绕组切换时将会产生电流的波动，实验发现，即使保持励磁磁通为一恒定值，依然能检测到电流脉动，通过上述物理结构及电机修正模型得出，检测电流波动的频率将得知电机转子的转速，通过计算电流脉动的峰值的个数可得出转子的转角，

通过实际测量电机电流脉动时，表现有直流分量和交流分量，通过数字分析，交流分量含有低频和高频谐波两种成分，然则重新建立电机的数学模型，得出下式：

    （5）

     （6）

   （7）

  （8）

式中，，分别表示恒定磁通分量（直流分量），高频磁通分量，低频磁通分量，分别表示为转矩常数和电磁转矩常数，表示电磁转矩，，分别表示为负载转矩，电机阻尼系数；

联立方程5—8，解的方程：

      （9）

通过方程9得出：

                                          （10）

                                                                 （11）

由于汽车电动助力转向系统控制时是测量转向盘转角（位置）和转速，在电动助力转向系统上电机是通过一个蜗轮蜗杆减速器来实现助力，最后到转向盘上的转角（位置）和转速将有下式计算得出：

       （12）

式中为转向盘转速；

由于电流传感器存在非线性误差，电机转速的估计值有可能存在较大的误差，在实际工程中，电机转子存在偏心率，碳刷火花的干扰，电机驱动PWM输出噪声，磁芯的磁场饱和等都会引起电流输出产生波动，通过建立一个自适应带宽滤波器把除换向时电机转速引起的电流波动产生谐波全部隔离，这样把式（10）中的和式（11）中的中的第二项全部去除，只剩下换向时电机转速引起的电流波动谐波分量，自适应带宽滤波器是通过式（1）中的电机模型，同时根据上面式（4）得出的结论，加上占空比等得出电机大致输出转速，同时设置一定的频率带宽，即可得出电机较为真实的电流脉动波形及频率，

        (13)

        (14) 

式(13)中为电机转子预测转速，为式（11）中第一项正弦频率的周期，此周期可以通过测量电机电枢电流波动相邻两个峰值的时间间隔来获得，式（14）中为电机转子预测位置，为电机电枢电流波动峰值的个数；

在实际工程应用时，由于存在电磁干扰，电机机械系统存在随机性振动，未完全滤波的剩余谐波等都会导致在采样峰值时，误采样峰值或错过峰值的采样，造成累计误差，为了解除上述影响，必须对计数器进行校对和检验，同时 提出采样周期算法：

        (15)

式（15）为预期峰值周期，为式（1）中计算出周期，基于峰值之间的预测时间可以得出计数器的校对与检验算法；

根据式（13）、（14）可得出和，在经过电动助力转向系统减速器后，通过式（12）可得出为即可得出转向盘真实的转速和转角。通过转向盘的转角和转速信号可以给电动助力转向系统控制模块，实时地对功率驱动模块的控制信号——占空比进行修正，完成对转向盘的助力，阻尼，回正等的控制。

2.根据权利要求1所述的一种无位置传感器的转向盘的位置控制方法，其特征在于，所述采样周期算法得出以下规则：

①　采样时由于电流脉动频率较快，信号出现突变的可能性极小，同时由式（1）计算出来可信度也较低，当前峰值周期由前五个峰值周期的平均值与共同决定；

②　如果两个峰值时间间隔较短，将不会考虑，同时取两个峰值的平均值作为新的峰值，两个峰值的时间间隔的一半作为新的峰值的时间点，计数器N只加1；

③　在期望的周期T内，没有出现峰值，则计数器自动加1。