[发明专利]一种基于阶次提取的电机电流谐波及转矩脉动抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于阶次提取的电机电流谐波及转矩脉动抑制方法，包括以下步骤：一、根据转子旋转角度，等角度间隔地采集电机转角、转速、直交轴电流信号；二、构造角域单点傅里叶变换算法；三、使用步骤二中的角域单点傅里叶变换算法，对步骤一中采集的转速和电流信号进行阶次提取；四、通过PI控制器得到要注入的直交轴电压谐波；五、构造阶次单点傅里叶反变换算法；六、使用步骤五中的阶次单点傅里叶反变换算法，对步骤四中得到的直交轴电压谐波进行角域重构得到注入电压信号；七、叠加注入电压信号到电机控制策略的驱动电压指令值中进行谐波抑制。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种基于阶次提取的电机电流谐波及转矩脉动抑制方法。

背景技术

电机在新能源汽车和机器人等领域有着广泛的应用，但电机气隙非正弦磁通密度分布引起的反电动势谐波和逆变器死区效应会导致电机电流出现多阶谐波分量，电流谐波会引起电机运行温度增加，损耗增大，还会引起电机的振动噪声。电流谐波、齿槽转矩和机械安装误差等会导致电机的转矩脉动，引起转速脉动和结构疲劳损伤等问题。因此抑制电机电流谐波和转矩脉动对于减小电机振动噪声，降低电机损耗和提高电机伺服系统性能有重要意义。

电流谐波抑制和转矩脉动抑制的方法主要分为两类，一类是通过修改电机本体结构如齿槽形状，绕组分布等进行抑制，另一类是通过设计电机控制系统算法进行抑制。通过修改控制算法进行转矩脉动抑制的方法成本较低，适应性强，不需要对硬件进行修改，主要有谐波注入法，迭代学习法和重复控制法等。其中谐波注入法算法实现原理明确，鲁棒性强，是一种理想的谐波抑制方法。技术文献(Liu G,Chen B,Wang K,et al.SelectiveCurrent Harmonic Suppression for High-Speed PMSM Based on High-PrecisionHarmonic Detection Method[J].IEEE Transactions on Industrial Informatics,2018,15(6):3457-3468.)(Feng G,Lai C,Kar N C.Practical Testing Solutions toOptimal Stator Harmonic Current Design for PMSM Torque Ripple MinimizationUsing Speed Harmonics[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2017,33(6):5181-5191.)(Yan L,Liao Y,Lin H,et al.Torque ripple suppression of permanentmagnet synchronous machines by minimal harmonic current injection[J].IETPower Electronics,2019,12(6):1368-1375.)(Feng G,Lai C,Tian J,et al.MultipleReference Frame based Torque Ripple Minimization for PMSM Drive Under BothSteady-State and Transient Conditions[J].IEEE Transactions on PowerElectronics,2019,34(7):6685-6696.)中设计了不同的谐波注入算法对电流谐波或者转矩脉动进行抑制，但这些基于时域的谐波注入算法需要使用数字低通滤波器，计算量较大，而且由于缺乏准确提取转速和电流谐波分量的算法，对于转矩脉动的抑制效果有限。

发明内容

本发明的目的在于解决现有电机伺服控制系统电流谐波较大导致的电机损耗较高和振动噪声较大的问题，以及转矩脉动引起的转速脉动和结构疲劳损伤等问题。提出一种基于阶次提取的电机电流谐波及转矩脉动抑制方法，通过阶次提取快速且有效地提取电流谐波和转速谐波分量，能够抑制电流谐波减小电机损耗和抑制转速谐波降低转矩脉动。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。