基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法技术

本发明专利技术公开了基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振方法，属于发电、变电或配电的技术领域。该谐波选择性消除技术根据永磁同步电机输出参数，计算参考电压矢量所在具体扇区，从而得到三相逆变器各相开关的占空比，通过抵消脉宽调制脉冲傅里叶变换结果中前后求和对应项计算各控制周期内开关周期的公式。利用当前控制周期内占空比、前一控制周期内占空比及开关周期并结合随机整数得到当前控制周期内的开关周期，从而使选定频率的高次谐波得到整体消除。本发明专利技术公开的方法能在传统随机SVPWM分散开关频率及其倍频处谐波含量的基础上，进一步消除永磁同步电机固有频率处的谐波，从而避免电机产生强烈的共振，有效降低电磁噪声。

【技术实现步骤摘要】
基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法
本专利技术公开了基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法，属于发电、变电或配电的

技术介绍
近年来，随着新能源汽车、航空航天、船舰推进等技术的快速发展，各种先进电气设备的大量使用，使得传统空间矢量脉宽调制(SVPWM，SpaceVectorPulseWidthModulation)技术带来的缺陷受到越来越多的关注，特别是电磁兼容性能已成为电气化交通领域的一个重要考察指标。采用传统SVPWM时，输出电压在开关频率及其整数倍处产生大量高次谐波，从而带来大量电磁噪声和干扰，影响系统电磁兼容性。现有随机SVPWM技术通过随机改变开关信号周期，脉冲位置等参数，使原本集中在开关频率及其整数倍处的谐波功率，均匀地分布在较宽的频率范围内，从而降低功率谱密度(PSD，PowerSpectralDensity)图中的尖峰值，是目前广泛研究的一种有效降低电磁振动与噪声的方法。现有随机SVPWM技术可分为随机开关频率调制与随机脉冲位置调制，主要研究两个方面，一是随机常数的产生，二是开关周期与脉冲位置的确定。相较于随机脉冲位置调制，随机开关频率调制作用在永磁同步电机(PMSM，PermanentMagnetSynchronousMachine)时，电机输出线电压的PSD更加均匀，高次谐波随机分布在较宽的频率范围内。现有随机SVPWM技术能够使原本的谐波峰值均匀分布到宽频率范围内，但不能消除与PMSM固有频率相等的谐波，与PMSM固有频率相等的谐波与PMSM共振时仍会产生明显的电磁振动与噪声。常见的特定次谐波消除脉宽调制策略虽然可以消除特定次谐波，但主要针对的是低次谐波，而电机的固有频率通常较高，所以该方法对消除固有频率处的高频率谐波没有明显作用。针对这一问题，本专利技术旨在通过基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法，在集中于开关频率及其整数倍处的谐波已被均匀分散的情况下，进一步消除选定频率处的高次谐波，以更好地抑制PMSM共振现象的产生，降低电磁噪声。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供了基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法，对传统的随机SVPWM进行改进，结合电机输出参数，依据傅里叶变换理论，有针对性地计算出每一个控制周期内的开关周期，以消除特定频率的高次谐波，解决了传统随机调制方法应用在PMSM中时会引起电机共振以至产生显着电磁噪声的技术问题。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法，包括如下若干步骤：1.首先，在已经根据傅里叶变换理论推导出开关周期计算公式的基础上，根据预先设定待消除的谐波频率，以使待消除谐波频率处的多项式等于0为目标对通式的前后项进行抵消；2.然后，结合电机三相电流、转子转速与转子角度，依据判断公式划分具体扇区；3.接着，依据电机输出电压参考虑所在具体扇区，计算本控制周期内各相上桥臂开关的占空比Dn+1；4.然后，根据占空比计算有效的整数范围，从中随机选择一个数作为开关周期计算公式中调整逆变器平均频率的参数，将该参数带入消除谐波频率项的开关周期计算公式后计算开关周期，判断计算的开关周期是否符合逆变器上下限开关频率条件，若不符合则选择另一随机数；5.最后，计算各桥臂开关导通时间以产生PWM信号，同时输出开关周期计算值与占空比作为下一次循环计算的输入以计算下一控制周期的开关周期。进一步的，基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法中，步骤1的具体方法为：对开关脉冲信号作傅里叶变换，为消除特定频率的谐波进行前后项加减相消，推导出开关周期的计算公式，预先设定待消除的谐波频率。再进一步的，基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法中，步骤2的具体方法为：对PMSM输出参数进行Clark与Park变换，经过电流内环与速度外环两重PI调节，以及反Park变换后得到电压矢量参考值，之后依据具体公式判断在当前控制周期内电压矢量所处的具体扇区。再进一步的，基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法中，步骤3的具体方法为：根据步骤二所得具体扇区的判断结果，确定合成电压矢量的基本电压矢量，并计算各基本电压矢量的占空比；再依据形成基本电压矢量的各相开关状态计算各相的占空比，例如落在第一扇区时，作用的基本电压矢量分别为U4(100)与U6(110)，则a相开关占空比为d1+d2，b相开关占空比为d2。再进一步的，基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法中，步骤4的具体方法为：由步骤三所得占空比计算有效的整数范围，从中随机选取一个整数，代入到步骤一中根据傅里叶变换所得公式计算逆变器各相开关周期Tn+1，若结果在逆变器开关频率限定范围内，则进行下一步骤；若结果不在限定范围内，则重新选择一个随机数进行计算，直到满足条件为止。再进一步的，基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法中，步骤5的具体方法为：根据步骤4的各相开关周期计算结果Tn+1以及步骤三的各相占空比结果Dn+1，计算逆变器各相上桥臂开关的导通时间，下桥臂与上桥臂的状态相反，输出PWM信号；同时将开关周期与占空比输出，经一个控制周期延迟后作为下一控制周期的输入Tn与Dn计算下一个开关周期。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：(1)依据傅里叶变换理论，将脉宽调制脉冲傅里叶变换结果中包含待消除谐波频率的前后项抵消得到开关周期的计算公式，每一控制周期中，PMSM相关输出参数经过电流环、速度环，得到电压参考矢量后由此判断具体扇区并计算各相开关占空比，最终代入公式得到逆变器各相在每一控制周期内的开关周期，以此确定所采用的随机SVPWM技术中的随机开关频率，可以使得逆变器输出线电压以及相电流中指定频率的高次谐波得到消除，能够避免PMSM共振现象的产生，降低了电磁噪声。(2)本专利技术确定随机整数取值范围的表达式中，随机整数与逆变器开关频率上下限成反比，因此可以通过选择较小的随机整数k，提高逆变器平均开关频率，算法简单，调整方便。(3)本专利技术公开的技术为一种通用技术，适用于三相及多相电机驱动系统。附图说明图1为基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法的流程图。图2为三相逆变器基本电压矢量的分布图。图3为电压矢量在第一扇区时三相开关动作的状态图。具体实施方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明。基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法如图1所示，首先，包括定子三相电流、转子转速与转子角度的PMSM输出参数经过坐标变换得到参考电压矢量uref；然后，由此判断PMSM输出电压矢量所在的具体扇区；接着，计算各相开关的占空比。各相开关的占空比与当前控制周期内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法，其特征在于，确定待消除的谐波频率后消除开关周期计算公式中的相关项，并在开关周期计算公式中引入调节逆变器平均开关频率的随机整数更新开关周期计算公式，根据永磁同步电机当前控制周期输出电压所属的扇区计算本控制周期内各相桥臂开关的占空比，采用更新后的开关周期计算公式计算当前控制周期内的开关周期，以当前控制周期内的开关频率作为SVPWM的随机开关频率。/n

【技术特征摘要】
1.基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法，其特征在于，确定待消除的谐波频率后消除开关周期计算公式中的相关项，并在开关周期计算公式中引入调节逆变器平均开关频率的随机整数更新开关周期计算公式，根据永磁同步电机当前控制周期输出电压所属的扇区计算本控制周期内各相桥臂开关的占空比，采用更新后的开关周期计算公式计算当前控制周期内的开关周期，以当前控制周期内的开关频率作为SVPWM的随机开关频率。


2.根据权利要求1所述基于谐波选择性消除随机SVPWM的永磁同步电机减振降噪方法，其特征在于，更新开关周期计算公式的方法为：将开关脉冲进行傅里叶变换后，以使待消除谐波频率处的多项式等于0为目标对通式的前后项进行抵消，更新后的开关周期计算公式为Tn+1、Tn为当前控制周期、前一控制周期的开关周期，Dn+1、Dn为当前控制周期、前一控制周期内各相桥臂开关的占空比，f0为待消除的谐波频率，k为随机整数。


3.根据权利要求1所述基于谐波选择性消除随机SV...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琦，卜飞飞，马蓓佳，赵云，翁卢晖，李晨曦，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32