[发明专利]一种基于反电动势观测器抑制电机转矩脉动及振动的方法

说明书

本发明公开了一种基于反电动势观测器抑制电机转矩脉动及振动的方法，涉及电机振动噪声控制领域，利用纹波转矩反相抵消齿槽转矩的方式减小电机的转矩脉动，首先通过扩张状态观测器获得电机6次谐波反电动势，结合当下转速和预置的齿槽转矩与转速拟合关系式得到齿槽转矩幅值；齿槽转矩与电机转速的拟合式由不同转速工作点特定阶次的齿槽转矩幅值与工作点转速拟合得到，基于转矩传感器使用平衡式测量法获取电机不同转速下的转矩脉动；由电角度得到齿槽转矩的相位，最终计算所要引入的谐波电压，注入到控制系统中。在电机内部引入谐波电流与谐波反电动势产生与齿槽转矩等幅值反相的纹波转矩以抑制转矩脉动，从而改善了电机的振动噪声问题。

技术领域

本发明属于电机振动噪声控制领域，尤其涉及到一种基于谐波反电动势观测器控制转矩脉动的电机振动噪声抑制方法，具体为，一种抑制4极12槽永磁同步电机(PMSM)转矩脉动的方法。

背景技术

永磁同步电机会由于自身控制系统缺陷和电机本体固有参数而产生转矩脉动，这会影响电机输出转矩的平稳性，同时使得电机机座产生一定幅度的振动。永磁同步电机的转矩脉动主要可以分成两类：一类是纹波转矩，由电机控制系统所产生的电流谐波所导致；另一类是齿槽转矩，由电机永磁体与定子齿槽间的相互作用而产生。

在电机控制系统中，电机内部谐波电流与反电动势谐波作用会产生频率为基波角频率6倍次的纹波转矩，进而引发转矩脉动。齿槽转矩的频率取决于电动机中的极数和槽数，对于4极12槽电机，齿槽频率是基波角频率的6倍。

由正弦波电源驱动永磁同步电机时产生的扭矩可分为基本转矩和以上所述的脉动转矩。基本转矩是不依赖于旋转角度的恒定转矩分量，而脉动转矩是随旋转角度呈周期性变化的转矩，这些扭矩分量不可忽略，脉动转矩会影响电机输出转矩的精确性。因此，减小永磁同步电机输出转矩脉动是提高电机使用性能的重要方法。

发明内容

本发明要解决的问题是，针对永磁同步电机谐波电流以及电机齿槽转矩所造成的转矩输出脉动问题，本发明提出了一种基于反电动势观测器抑制电机转矩脉动及振动的方法，此方法可有效减轻由电机齿槽转矩所带来的转矩脉动，提高电机转矩输出平稳性。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于反电动势观测器抑制电机转矩脉动及振动的方法，包括反电动势观测模块，谐波电流计算模块，谐波电压计算模块和转矩测量模块；其中，转矩测量模块用来获取相关数据；首先由反电动势观测模块对永磁同步电机的d-q坐标轴上的电流分量i_d与i_q进行观测，获得6次谐波反电动势，输入谐波电流计算模块中参与计算；谐波电流计算模块中预置了齿槽转矩幅值与电机转速之间的拟合多项式，通过滑膜观测器获得的转速根据拟合多项式计算齿槽转矩幅值；关于齿槽转矩幅值与电机转速拟合多项式的获取，我们利用基于转矩传感器的平衡式测量法来直接测量特定阶次齿槽转矩脉动在不同转速工作点的幅值，并将其拟合成多项式；根据滑膜观测器获得的电机转子电角度来计算的齿槽转矩相位，由此得到特定阶次的齿槽转矩的幅值与相位；在谐波电流计算模块中计算所要输入的谐波电流的幅值和相位，再由谐波电压计算模块计算得到相应的谐波电压，注入控制系统中，产生特定阶次纹波转矩抵消齿槽转矩，从而达成减少转矩脉动的目的。

电机本体的加工误差和电机转子永磁体缺陷会引起电机气隙磁场畸变，给永磁体磁链带来谐波磁链，当谐波磁链引起的反电动势作用在三相电路中，而由于电路的Y接特性，所引起的偶次和3的整数倍次反电动势将会被抵消。又因为谐波电动势的幅值随阶次的升高而减小，所以只考虑5次和7次谐波磁链所引起的谐波电动势，而在静止坐标系中，5次和7次谐波磁链的旋转方向相反，因此我们所考虑的永磁体磁链方程由下式表示：

ψ_fA(θ)＝ψ_f1 sin(θ)+ψ_f5 sin(-5θ)+ψ_f7 sin(7θ)