CN110460271B - 一种汽车电动尾门的电机转速平稳启动控制方法 - Google Patents

一种汽车电动尾门的电机转速平稳启动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车电动尾门的电机转速平稳启动控制方法，包括以下步骤：步骤1.将电机目标转速值信号作为输入信号发送给积分控制器，将所述电机的实际转速信号作为反馈信号发送给积分控制器；步骤2.积分控制器根据输入信号和反馈信号计算得出电机驱动电压Uc值，并控制电机控制电路向电机提供驱动电压Uc；步骤3.测量电机的实际转速，并将测得的电机的实际转速信号作为反馈信号发送给积分控制器。本发明通过引入误差修正抵消了低速阶段反馈信号滞后的问题，由于速度过低时又会自动周期增加输出控制量，使得电机控制系统稳定性增强。

Description

一种汽车电动尾门的电机转速平稳启动控制方法
技术领域
本发明涉及汽车设备控制领域，尤其是涉及一种汽车电动尾门的电机转速平稳启动控制方法。
背景技术
随着汽车自动化程度的高速发展，越来越多的车型使用电动尾门代替手动，电动尾门电机的算法控制应用愈加广泛，一般通过霍尔信号反馈撑杆位置和电机转速，然后经由比例积分环节进行控制，但是每个采样周期都需要有新的霍尔信号来更新转速才能精确控制。然而电机在启动阶段转速较慢时，霍尔信号的同步周期较长，信号反馈不及时，并且此时撑杆受力变化较大，电机转速很难平稳控制。另外电动尾门在开启过程中可能会遇到各种不同工况，启动阶段容易触发撑杆的防撞防夹保护。因此需要提出一种使直流电机转速平稳上升的控制方法，并能够兼顾在任何正常工况下的启动。
发明内容
为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：
一种汽车电动尾门的电机转速平稳启动方法，包括以下步骤：
步骤1.将电机目标转速值信号作为输入信号发送给积分控制器，将所述电机的实际转速信号作为反馈信号发送给积分控制器；
步骤2.积分控制器根据输入信号和反馈信号计算得出电机驱动电压Uc值，并控制电机控制电路向电机提供驱动电压Uc；
步骤3.测量电机的实际转速，并将测得的电机的实际转速信号作为反馈信号发送给积分控制器。
所述的方法，其中：步骤2中，积分控制器首先计算目标转速和实际转速的差值，然后根据该差值由积分控制器计算电机驱动电压Uc值。
所述的方法，其中：积分控制器按如下公式(1)计算电机驱动电压Uc值：
Figure GDA0002991497880000021
其中：KI为积分系数，Us为电源电压，n为电机实际转速，D(k)为电机控制电路驱动信号占空比，np机为电机目标转速，k为积分控制器当前采样次数。
所述的方法，其中：积分控制器在计算驱动电压Uc值前，对反馈信号的实际转速n的大小进行判断，若实际转速n小于启动转速nstart，则根据上一次计算时所采用的目标转速和实际转速的差值计算输出电压Uc值。
所述的方法，其中：积分控制器按如下公式(2)计算电机驱动电压Uc值：
Figure GDA0002991497880000022
其中：KI为积分系数，Us为电源电压，n为电机实际转速，D(k)为电机控制电路驱动信号占空比，np机为电机目标转速，i为积分控制器采样次数，σi为第积分控制器i次采样的超前修正系数。
所述的方法，其中：：
当n(i)＞np(i)+Δnlim时，有：
Figure GDA0002991497880000031
当n(i)＜np(i)-Δnlim时，有：
Figure GDA0002991497880000032
其中：si,i-1为第i次采样的霍尔步数与第i-1次采样的步数差，θp为当前目标转速切线与正x轴的弧度，α为超前修正权重，
Figure GDA0002991497880000033
所述的方法，其中：当实际转速的信号反馈频率大于积分控制器的采样频率，同时|n(k)-np(k)|小于最大可允许偏差量Δns，且目标速度切线与实际速度切线角度小于10°，即|θp-arctan(n(k)-n(k-1)/sk,k-1)|＜π/18，积分控制器结束电机启动控制。
一种电动尾门电机转速闭环直流调速系统，包括积分控制器，撑杆直流电机和信号处理器，其中：所述直流调速系统通过如上的方法控制电动尾门电机启动。
附图说明
图1为电动尾门电机转速闭环直流调速系统框图；
图2为本发明的电动尾门电机目标速度曲线图；
图3为本发明的电动尾门电机转速启动方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
如图1所示，为电动尾门电机转速闭环直流调速系统框图，电动尾门电机转速闭环直流调速系统包括积分控制器，撑杆直流电机和信号处理器。该系统通过单级式H桥PWM电机控制电路(图中未示出)驱动撑杆直流电机，电枢电压Uc作为控制电压实现调速控制，直流电机采用霍尔传感器产生霍尔信号，霍尔脉冲信号的计数和周期可以反映电机的位置和转速，霍尔脉冲周期Thall与电机转速n成反比。
图2为电动尾门电机目标速度曲线图，其中横轴为霍尔步数，纵轴为电机目标转速np，电机速度信号的反馈通过霍尔信号的周期来计算，每相邻m(例如2或4)个霍尔脉冲的间隔代表电机旋转一周的时间，图2中撑杆电机运动之前目标速度np＝nstart，电动尾门电机启动时，按图2的电机目标速度曲线提供目标转速值信号作为输入信号输送给积分控制器，信号处理器针对电机实际转速处理后得到的反馈信号也输送给积分控制器；积分控制器根据输入信号和反馈信号的差值计算电机驱动电压Uc，控制PWM电机控制电路向电机提供驱动电压Uc，撑杆直流电机的霍尔传感器产生霍尔信号并发送给信号处理器，信号处理器根据霍尔信号计算得出反馈信号发送给积分控制器。
汽车电动尾门的电机转速平稳启动方法如图3所示，图3为电动尾门电机转速启动方法流程图，其中，启动前转速反馈值为设定值0r/min，之后霍尔传感器周期性的采样反馈信号经由信号处理器转换为电机的实际转速信号输入积分控制器，积分控制器首先计算目标转速和实际转速的差值，然后根据该差值积分控制器经计算逐步提高电压Uc，从而逐步增大输出控制电压，直流电机转速逐渐增大。设直流电机第k次采样控制电压为：
Figure GDA0002991497880000051
式中KI为积分系数，Us为电源电压(一般为12V)，n为实际转速(初始值等于0r/min)，D(k)为H桥驱动PWM占空比，启动后直到产生m个霍尔脉冲，信号处理器通过计算霍尔脉冲信号周期获取第一个转速反馈信号，此后每个霍尔脉冲通过计算前m个周期都会获得一个新的速度反馈，由于长时间没有霍尔信号更新就无法继续扰动控制，过低的转速容易使速度反馈严重滞后甚至触发防撞防夹功能，因此若当前采样转速小于启动转速nstart，则把上一次采样误差作为当前误差输入来控制，防止电机启动失败。
虽然仅引用积分控制方式，不会产生过大的超调量，但由于反馈不及时以及低速阶段撑杆受力容易突变，导致超调时间过长，为减少超调时间、提高系统的响应速度，积分器引入超前修正系数σ，即将输出控制电压调整为：
Figure GDA0002991497880000052
式中σi为第i次采样的超前修正系数，设第i次采样的电机转速为n(i)，第i次采样所在位置目标转速为np(i)，当实际转速与目标转速偏差量的绝对值大于Δnlim时需要引入超前修正系数σ。
当n(i)＞np(i)+Δnlim时，有：
Figure GDA0002991497880000053
当n(i)＜np(i)-Δnlim时，有：
Figure GDA0002991497880000054
式中si,i-1为第i次采样的霍尔步数与第i-1次采样的步数差，θp为当前目标转速切线与正x轴的弧度，α为超前修正权重，其大小直接影响误差修正的程度。σi取决于第i次采样转速梯度与目标转速曲线的弧度差，当转速扰动方向偏离目标转速曲线时，σi使反馈误差增大；当转速扰动方向逼近目标转速曲线时，σi使反馈误差减小。为了防止出现σi小于0的情况，应满足以下约束条件：
Figure GDA0002991497880000061
当霍尔传感器的信号反馈频率大于积分控制器的采样频率，同时|n(k)-np(k)|小于最大可允许偏差量Δns(例如可以是图2中匀速阶段转速的1/100)，且目标速度切线与实际速度切线角度小于10°，即|θp-arctan(n(k)-n(k-1)/sk,k-1)|＜π/18，此时误差的大小和变化趋势都不大，能够实现平稳过渡，则电机启动阶段结束，系统切换到正常比例积分(PI)控制阶段。
本发明通过引入误差修正抵消了低速阶段反馈信号滞后的问题，由于速度过低时又会自动周期增加输出控制量，使得电机控制系统稳定性增强。

Claims (2)

1.一种汽车电动尾门的电机转速平稳启动控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1.将电机目标转速值信号作为输入信号发送给积分控制器，将所述电机的实际转速信号作为反馈信号发送给积分控制器；
步骤2.积分控制器根据输入信号和反馈信号计算得出电机驱动电压Uc值，并控制电机控制电路向电机提供驱动电压Uc；
步骤3.测量电机的实际转速，并将测得的电机的实际转速信号作为反馈信号发送给积分控制器；
步骤2中，积分控制器首先计算目标转速和实际转速的差值，然后根据该差值由积分控制器计算电机驱动电压Uc值；
积分控制器按如下公
式(2)计算电机驱动电压Uc值：
Figure FDA0002964985920000011
其中：KI为积分系数，Us为电源电压，n为电机实际转速，D(k)为电机控制电路驱动信号占空比，np机为电机目标转速，k为积分控制器当前采样次数；σi为第i次采样的超前修正系数；
当n(i)＞np(i)+Δnlim时，有：
Figure FDA0002964985920000012
当n(i)＜np(i)-Δnlim时，有：
Figure FDA0002964985920000013
其中：si,i-1为第i次采样的霍尔步数与第i-1次采样的步数差，θp为当前目标转速切线与正x轴的弧度，α为超前修正权重，
Figure FDA0002964985920000021
2.一种电动尾门电机转速闭环直流调速系统，包括积分控制器，撑杆直流电机和信号处理器，其特征在于：所述直流调速系统通过权利要求1所述的方法控制电动尾门电机启动。
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