[发明专利]基于控制系统传递特性的谐波电流注入补偿齿槽转矩方法

说明书

本发明公开了一种基于控制系统传递特性的谐波电流注入补偿齿槽转矩方法，包括步骤：S1、测量出永磁同步电机的齿槽转矩；S2、获取所述永磁同步电机及其矢量驱动控制系统的参数；S3、推导q轴注入谐波电流到电机输出电磁转矩的闭环传递函数；S4、根据S1得到所需补偿的齿槽转矩和S3得到的传递函数，计算q轴所需注入谐波电流的幅值和相位。本发明不增加控制系统复杂性，易实现，能有效对齿槽转矩进行补偿，减小齿槽转矩引起的转速谐波，解决了现有谐波电流注入法部分工况下效果不佳、失效、甚至增大抑制目标等问题。

技术领域

本发明属于永磁电机齿槽转矩抑制技术领域，具体涉及一种q轴谐波电流注入补偿齿槽转矩方法。

背景技术

永磁同步交流伺服系统广泛应用数控机床的驱动装置，然而永磁电机固有的齿槽转矩会使电机驱动系统产生转速波动和振动，严重影响零件加工质量。如在航空发动机叶片数控铣叶身和数控砂带磨抛光过程中，主轴和进给轴电机转速的稳定性严重影响加工质量，电机转速变化会使得同一走刀路径上去量大小不一致，导致所加工叶身尺寸超出设计的公差带或抛光后零件表面出现加工痕迹等问题，因此抑制永磁电机齿槽转矩对高精度数控机床发展及具有重要意义。

当前针对抑制齿槽转矩的方法主要分为两类，分别为改进电机结构参数和改进电机控制算法。然而改进电机结构参数的方法只适用于电机研发设计阶段，不适用于已经制造出的电机。从控制算法上对齿槽转矩进行抑制的方法主要有谐波电流注入法、基于改变转速环和电流环结构的改进控制算法。谐波注入法物理意义明确，易实现而被广泛使用，国内许多企业也已经采用部分简单算法进行工程应用。基于改变转速环和电流环结构的改进控制算法使控制系统变得复杂，参数调节困难，通用性差等问题。

谢阳萍、张晓光、涂从欢等在中国发明专利“电机齿槽转矩的补偿方法和装置CN111669081A,2020-09-15”中研究了q轴注入谐波电流补偿齿槽转矩，但是该方法没有考虑注入谐波电流在控制系统中的传递路径及控制参数对其的影响、电流环PI控制器的带宽限制等问题，导致在实际应用中部分工况下效果不佳、失效甚至增大抑制目标等问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在未考虑注入谐波电流在控制系统中的传递路径及控制参数对其传递过程的影响、电流环PI控制器的带宽限制等因素，导致在实际应用中部分工况下效果不佳、失效甚至增大抑制目标等问题。本发明旨在提出一种基于控制系统传递特性的谐波电流注入补偿齿槽转矩方法，推导出q轴注入谐波电流到电机输出电磁转矩的闭环传递函数，根据传递函数和所需抑制的齿槽转矩，计算出q轴所需注入的谐波电流幅值和相位。

本发明可根据电机不同的运行工况和控制参数实时计算出所需注入谐波电流的幅值和相位，实现对齿槽转矩的有效补偿，减小齿槽转矩引起的转速谐波，简单易行，不需改变电机控制算法，也不会增加系统复杂性，通用性好。

本发明的技术方案如下：

基于控制系统传递特性的谐波电流注入补偿齿槽转矩方法，包括以下步骤：

S1、测量出永磁同步电机的齿槽转矩；

S2、获取所述永磁同步电机及其矢量驱动控制系统的参数；

S3、推导q轴注入谐波电流到电机输出电磁转矩的闭环传递函数，根据所述闭环传递函数得到q轴注入谐波电流产生的电磁转矩谐波；

S4、根据S1得到所需补偿的齿槽转矩和S3得到的闭环传递函数，计算q轴所需注入谐波电流的幅值和相位。

进一步，所述步骤S1中，包括测出永磁同步电机的齿槽转矩谐波阶次、幅值及相位大小。

进一步，所述步骤S2中，永磁同步电机的参数包括电机电感、转子磁链、电机极对数、转动惯量和阻尼系数，矢量驱动控制系统的参数包括电流滤波器截止频率和系统延时时间参数。

进一步，所述步骤S3具体包括，