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EPS用直流电机的离线转速估计方法
摘要：
电动车辆在现代交通中占有越来越重要的地位，而直流电机是一种重要的驱动电机，因此直流电机控制技术的研究越来越受到关注。其中，离线转速估计是直流电机控制技术中的重点研究内容之一。本文介绍了EPS用直流电机的离线转速估计方法，包括直接法估计法、扩张卡尔曼滤波估计法、基于反电动势估计法和基于电流估计法。其中，基于反电动势估计法具有估计精度高、鲁棒性强等优点，并被广泛应用于直流电机的离线转速估计中。
关键词：EPS；直流电机；离线转速估计；反电动势估计法
一、绪论
电动车辆的控制系统中，直流电机控制技术是一种重要的技术，其应用广泛。直流电机具有结构简单、控制方便、响应快、效率高和稳态工作性能好等优点，因此在电动车辆中被广泛采用。而直流电机控制技术的一个重要的研究内容就是转速估计技术，其中离线转速估计技术是一个重点研究的内容。
离线转速估计技术是在不需要直接测量转速的情况下，通过测量电机的一些参数或信号，实现对转速的估计。离线转速估计技术主要应用于嵌入式控制系统中，在通过实时转速估计实现直流电机控制中起到了至关重要的作用。为了实现高精度的离线转速估计，研究者们提出了许多不同的估计方法。本文将介绍EPS用直流电机的离线转速估计方法。
二、直流电机离线转速估计方法
在直流电机控制技术中，针对离线转速估计，常被采用的方法有：直接法估计法、扩张卡尔曼滤波估计法、基于反电动势估计法和基于电流估计法。下面我们将对这四种估计方法进行介绍。
2.1直接法估计法
直接法估计法是一种简单的离线转速估计方法，通过对电机瞬时电压和瞬时电流进行数学处理，得到估计转速。其具体实现流程如下：首先，采集电机的三相电流和电机三相电压信号，并进行AD采样。然后在采样信号的基础上，对电机的三相电流和电机三相电压进行等效计算，得到计算的Stator电压和Rotor电流。再根据变换后的信号，利用数学公式直接得到转速的估计值。直接法估计法简单易懂，但其精度较低，只适用于转速变化较小的场合。
2.2扩张卡尔曼滤波估计法
扩张卡尔曼滤波估计法是一种适用于非线性系统的估计方法，它通过对系统进行状态估计，实现对转速的估计。其实现流程如下：首先，对直流电机进行建模，将直流电机模型转化为状态空间形式，并建立扩张卡尔曼滤波器。然后，由于扩张卡尔曼滤波器具有自适应性，会根据实际的观测值对状态进行修正，因此可以改善状态估计的精度。最终，通过对状态反演，得到直流电机的转速估计值。扩张卡尔曼滤波估计法适用于高精度转速估计，但其计算量较大，需要较高的计算速度和存储空间。
2.3基于反电动势估计法
基于反电动势估计法是一种高精度的离线转速估计方法，其实现流程如下：首先，对电机进行建模，并获得电机的反电动力方程（即反电动势方程）。然后，通过采集电机反电动势信号，并对信号进行低通滤波和放大处理，获得反电动势值。之后，通过对反电动势信号进行数学分析，可得到直流电机的转速估计值。由于基于反电动势估计法中采集的是反电动势信号，可避免因电机参数变化而导致转速估计的误差。并且，该方法的实现简单、计算速度快，因此在工业应用中得到了广泛的应用。
2.4基于电流估计法
基于电流估计法是一种经典的离线转速估计方法，其实现流程如下：首先，采集电机三相电流信号，并对其进行积分处理，获得电机的角度信息。然后，在绕组中加入一个信号，通过测量信号的相位差，获得电机的转速信息。最终，通过对得到的转速信息进行数学处理，获得电机的转速估计值。该方法的实现简单易行，但精度相对较低。
三、总结
在EPS用直流电机的离线转速估计方法中，直接法估计法、扩张卡尔曼滤波估计法、基于反电动势估计法和基于电流估计法都有各自的优缺点。其中，基于反电动势估计法具有估计精度高、鲁棒性强等优点，并被广泛应用于直流电机的离线转速估计中。随着直流电机控制技术的发展，离线转速估计技术也将逐渐得到完善和发展。