[发明专利]一种轨道交通永磁同步电机输出转矩脉动的消除策略

说明书

本发明涉及一种轨道交通永磁同步电机输出转矩脉动的消除策略。本发明所采用的频率补偿策略是通过对d，q轴电流中的脉动分量进行跟踪，可以消除转矩中的脉动分量，进一步提升电机转矩的控制精度。

技术领域

本发明涉及牵引电机控制领域，具体说是一种轨道交通永磁同步电机输出转矩脉动的消除策略。

背景技术

在轨道交通牵引传动系统中，牵引变流器通常由单相PWM整流器、中间直流环节和三相PWM逆变器三部分组成。单相PWM整流器的输入功率与输出功率都存在二倍电网频率的脉动分量，导致牵引变流器的中间直流侧电压会存在二倍电网频率的脉动电压。在直流侧脉动电压的影响下，电机定子电压和定子电流中会出现严重的拍频现象，电机的输出转矩也会出现很大的脉动分量，对电机的控制性能造成巨大影响。

目前，通常通过频率补偿的方法来抑制电机定子电流的拍频现象和转矩的脉动现象，具体为动态调整给定频率补偿函数。该方法虽然可以有效控制定子电流中的拍频分量达到最小值，但却无法消除输出转矩中的脉动分量。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种轨道交通永磁同步电机输出转矩脉动的消除策略，用以消除转矩中的脉动分量。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种轨道交通永磁同步电机输出转矩脉动的消除策略，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过低通滤波器提取直流母线电压的直流分量u_dc，并将该值用于永磁电机的矢量控制算法；

步骤2：通过电流采样和角度采样分别得到永磁电机三相定子电流i_abc和转子位置角θ_r，并通过Clark变换(3s/2s变换)和Park变换(2s/2r变换)将三相定子电流变换到两相同步旋转坐标系下得到实际的d、q轴电流i_d和i_q；

步骤3：通过广义积分器(SOGI)锁频环提取d轴和q轴电流中的直流分量i_d0、i_q0和二倍电网频率的脉动分量i_d2、i_q2，确定转矩脉动分量为零时d轴和q轴电流脉冲分量i_d2、i_q2的关系；

步骤3：通过广义积分器(SOGI)锁频环提取d轴和q轴电流中的直流分量i_d0、i_q0和二倍电网频率的脉动分量i_d2、i_q2，确定转矩脉动分量为零时d轴和轴电流脉冲分量i_d2、i_q2的关系；

步骤4：设计谐振控制器，谐振控制器输入的参考值设置为零，反馈值设置为i_q2-ki_d2，k为根据步骤3中得到的i_d0、i_q0和电机参数计算得到的常数，谐振控制器输出为频率补偿函数Δf；

步骤5：将Δf补偿到电机的运行频率f_r上，得到补偿后的频率f_r，cmp；

步骤6：将补偿后的f_r，cmp用于永磁电机的矢量控制算法；

进一步，步骤2中所述Clark变换矩阵为式(1)，Park变换矩阵为式(2)：

进一步，步骤3所述确定转矩脉动分量为零时d轴和q轴电流脉动分量i_d2、i_q2的关系的具体步骤为：