[发明专利]一种基于车载永磁同步电机转矩波动抑制控制系统的方法

说明书

本发明提出一种基于车载永磁同步电机转矩波动抑制控制系统的方法，首先建立能够合理反映车载永磁同步电机转矩波动特性的机电耦合电机控制系统模型，主要包括永磁同步电机谐波模型、机械系统传动模型、电机转矩闭环控制系统模型和电机本体模型。接着在搭建好的机电耦合电机控制系统中采用准比例谐振控制器和前馈电压补偿的算法，抑制永磁同步电机的转矩波动。准比例谐振控制器和前馈电压补偿的算法主要通过并联6阶准比例控制器和电机转矩闭环控制系统中的PI控制器实现对交流和直流信号的跟踪，然后借助滑动傅里叶算法计算前馈补偿电压，通过添加前馈电压补偿来消除电压中的谐波成分，抑制6阶、12阶谐波电流，进而达到抑制电机转矩波动的效果。

技术领域

本发明涉及机电一体化领域，主要涉及一种基于车载永磁同步电机转矩波动抑制控制系统的方法。

背景技术

由于混合动力汽车具有多种工作模式，电机的高频转矩波动特性以及宽泛的调速范围，使得在电机工作转速区间内易存在多个共振临界转速，易引发更多的共振问题，影响传动系统零部件工作可靠性、产生振动噪声，严重共振会导致扭转减振器损坏、联轴器断裂等问题。为了减轻共振损坏，混合动力传动系统的转矩波动抑制方法非常具有研究意义。

驱动电机在为传动系统带来共振问题的同时，也为解决车辆传动系统共振问题提供了新的方案。电机转矩快速响应的特性使得传动系统减振不再局限于电机结构优化法，还可以借助转矩波动抑制算法控制电机输出补偿转矩来减轻系统的共振损坏、降低传动系统扭转振动。虽然目前的永磁同步电机转矩波动抑制方法较多，如中国专利公布号CN109831143A，公布日2019-05-31，通过提取定子磁链的观测值计算谐波补偿电压；中国专利公布号CN112039386A，公布日2020-12-04，采用模糊准比例谐振控制器对电机的转矩脉动进行抑制；中国专利公布号CN108988725A，公布日2018-07-31，采用改进的复矢量PI控制器控制dq轴电流分量以抑制电流谐波。但是现有研究大多只针对单独的电机系统进行控制，没有考虑车载环境下传动系统对电机控制系统反馈转速与负载转矩的影响，不能消除车载运行环境对电机转矩波动抑制算法的干扰，因而不能进一步精确控制转矩波动降低、减轻系统的共振损坏。此外目前已有的算法在计算效率和控制精度上还可以进一步改进提升。

综上所述，一种考虑传动系统对电机控制系统影响的电机转矩波动抑制算法非常具有研究意义。因此本发明提出一种基于车载永磁同步电机转矩波动抑制控制系统的方法。

发明内容

本发明旨在解决混合动力汽车的共振问题，并考虑车载环境下传动系统对电机控制系统反馈转速与负载转矩的影响，提出一种基于车载永磁同步电机转矩波动抑制的控制系统及方法。本发明主要以某混动系统作为研究对象，提出一种基于等比例谐振控制器和前馈谐波电压补偿的车载永磁同步电机转矩波动抑制算法以及实现该算法的控制系统。其他混合动力系统结构也属于本发明的保护内容。

本发明是采用如下技术方案实现的：

步骤一：建立能够合理反映车载永磁同步电机转矩波动特性的电机控制系统模型，是进行电机转矩波动抑制算法开发的前提。考虑到车载环境下传动系统转动惯量、刚度等对电机负载转矩和反馈转速的影响，建立考虑永磁同步电机谐波模型、机械系统传动模型、电机转矩闭环控制系统模型和电机本体模型的机电耦合电机控制系统模型。

(1)首先建立永磁同步电机谐波模型:由于永磁同步电机(PMSM)的三相绕组结构，误差电压中只含有奇数次谐波。三相PMSM采用Y形连接，3及3的倍数次谐波也无法流通，因此，由逆变器非线性导致的电压、电流谐波以5、7、11、13次等为主，且随谐波次数增加，对应的谐波幅值降低。得到在ABC坐标系下相电流表达式如下：