【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于永磁同步电机控制，具体涉及一种基于谐波注入策略的永磁同步电机转矩脉动抑制复合注入控制方法。
技术介绍
1、永磁同步电机具有高功率密度、高效率、低维护成本等出色性能，在航天航空、新能源汽车、精密制造等领域具有很高的应用价值。
2、然而，永磁同步电机在正常运行中受到多种因素的影响，如齿槽效应、绕组分布的非正弦性以及转子永磁体的结构缺陷等，使得转子永磁体的磁链在气隙周围分布不均匀，从而引起转子永磁体磁链非正弦化，进而导致永磁同步电机在运行过程中产生非常大的转矩脉动。
3、通过对电机结构进行优化，通过定子斜槽、转子斜极、分数槽等优化方式来降低转矩脉动，但由于加工工艺的精度有限、电机设计性能方面的多方面考量导致转矩脉动抑制效果有限。
4、当前主流研究方向为采用控制手段抑制转矩脉动，基于谐波注入的控制方式可以根据转矩脉动的组成成分有效抑制。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于谐波注入策略的永磁同步电机转矩脉动抑制复合注入控制方法，通过对不同因素导致的转矩脉动建模分析，得到转矩脉动的模型，对各个转矩脉动成分分别设计最优注入谐波量，采用复合注入的方式，实现电机电磁转矩脉动的有效抑制。
2、本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
3、一种基于谐波注入策略的永磁同步电机转矩脉动抑制复合注入控制方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
4、1)对电机系统的转矩脉动成分进行分析
5、
6、电流idq、磁链λdq、齿槽转矩tcog表示为傅里叶级数形式如下：
7、
8、
9、
10、式中：te为电磁转矩；p为极对数；ldq为电感矩阵；idq为电流矩阵；λdq为磁链矩阵；θ为电角度；tcog为齿槽转矩；id0、iq0分别为d、q轴电流直流分量；idh、iqh分别为d、q轴电流谐波分量；id0、iq0分别为d、q轴电流直流分量幅值；idk、iqk分别为d、q轴电流k阶谐波分量幅值；φdk、φqk分别为d、q轴电流k阶谐波分量相位；λd0、λq0分别为d、q轴磁链直流分量；λdh、λqh分别为d、q轴磁链谐波分量；λ0为d轴磁链直流分量幅值；λdk、λqk分别为d、q轴磁链k阶谐波分量幅值；tck、φck分别为k阶齿槽转矩幅值、相位；
11、通过分离和化简上述公式，得到转矩脉动模型为：
12、
13、2)根据齿槽转矩tcog计算公式，采取id＝0矢量控制策略，获取补偿谐波电流值；
14、齿槽转矩是由于永磁体磁动势谐波和定子开槽产生的气隙磁通谐波共同作用的结果，在采用id＝0的控制策略下，忽略饱和的影响，转矩与定子q轴电流呈线性关系，因此抑制齿槽转矩的公式如下所示：
15、
16、通过上述k阶齿槽转矩幅值和相位的计算公式，通过获取相关参数计算出电流谐波注入法的补偿谐波电流值；
17、3)根据电流谐波、磁链谐波导致的转矩脉动模型获取最佳注入补偿谐波电流值，经过pr控制器整定注入电机系统，考虑电流谐波、磁链谐波的转矩脉动模型为：
18、
19、其中：各项系数分别为np＝3p/2、lδ＝ld-lq、ak＝λdk+kλqk、bk＝kλdk+λqk，将电流谐波和磁链谐波产生的转矩脉动分别合并并化简，通过计算相关参数，确定满足转矩脉动最小化的谐波注入量，k阶转矩脉动模型简化为：
20、
21、其中：各项系数简化为：
22、
23、令转矩脉动为0，转矩脉动模型中的幅值关系化简为下式：
24、
25、引入耗约束条件，建立拉格朗日方程，求解方程的偏导数，获得最佳的谐波电流值，最佳谐波补偿电流值表达式为：
26、
27、通过跟踪式中的电流即获得相应的注入电压udk、uqk，然后通过加法器将它们叠加后经过svpwm、逆变电路获取三相电流；
28、4)经过svpwm调制模块和逆变电路模块将可以抑制转矩脉动的谐波补偿电流引入电机系统后，同时闭环控制反馈回路通过对电机三相电流进行坐标变换、基于闭环检测系统的低相位延时谐波提取环节，实现谐波电流的提取，整体上实现基于复合注入补偿谐波量来抑制转矩脉动。
29、而且，对不同转矩脉动成分采用不同的注入方式，所述齿槽转矩tcog采用前馈电流补偿谐波注入，所述磁链谐波、电流谐波引起的转矩脉动采用后馈补偿谐波电压注入。
30、而且，所述1)中参数获取基于有限元分析，通过有限元软件建立相关永磁同步电机模型，分析出电机的齿槽转矩以及反电动势，通过分析反电势获取磁链谐波的相关参数，对上述参数进行快速傅里叶分解便可求出k阶齿槽转矩的幅值tck、相位φck以及d轴磁链直流分量幅值λ0，d、q磁链谐波分量幅值λdk、λqk相位φdk、φqk信息。
31、而且，所述4)中谐波电流提取包括两部分：
32、a.坐标变换模块
33、根据clark和park变换矩阵将三相电流iabc转换到idq，clark变换用于将三相电流iabc转换到静止坐标系下的两相电流iαβ，根据clark变换矩阵：[iαiβ]t＝cαβ·[ia ib ic]t，其中clark变换矩阵cαβ为：
34、
35、park变换用于将静止坐标系下的两相电流iαβ转换到旋转坐标系下的两相电流idq，根据park变换矩阵：[id iq]t＝cdq·[iαiβ]t,其中park变换矩阵cdq为：
36、
37、b.低通滤波器
38、对含有多种谐波的电流进行提取处理，低通滤波器允许通过信号中的低频分量，即直流和低频交流成分，并阻止或减弱高频分量，通过对电流进行滤波处理得到低频直流量；然后通过将原始电流信号和通过低通滤波器后的信号相减的方式，消除低频直流分量，从而留下高频谐波成分，
39、低通滤波器的传递函数为：
40、
41、其中：fn为低通滤波器截止频率，s为拉普拉斯算子。
42、本专利技术的优点和有益效果为：
43、1、本专利技术在谐波注入法抑制转矩脉动的基础上进行改进，通过分析转矩脉动模型的成分组成，并对其进行分类控制；针对电机本体产生的齿槽转矩，采用前馈q轴谐波补偿电流的策略；对于电流谐波和磁链谐波导致的转矩脉动，采用后馈谐波补偿电压的策略，通过这种结合注入方式可以提高转矩脉动抑制的精度。
44、2、本专利技术基于模型计算方法，考虑了电流谐波、磁链谐波以及齿槽转矩对转矩脉动的影响，其控制结构简单，无需额外的复杂算法环节，实现起来简单易行；此外，参数调节也十分简单，使得本专利技术具有较高的实用性和可操作性。
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1.一种基于谐波注入策略的永磁同步电机转矩脉动抑制复合注入控制方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
2.根据权利要求1所述的基于谐波注入策略的永磁同步电机转矩脉动抑制复合注入控制方法，其特征在于：对不同转矩脉动成分采用不同的注入方式，所述齿槽转矩Tcog采用前馈电流补偿谐波注入，所述磁链谐波、电流谐波引起的转矩脉动采用后馈补偿谐波电压注入。
3.根据权利要求1中所述的基于谐波注入策略的永磁同步电机转矩脉动抑制复合注入控制方法，其特征在于：所述1)中参数获取基于有限元分析，通过有限元软件建立相关永磁同步电机模型，分析出电机的齿槽转矩以及反电动势，通过分析反电势获取磁链谐波的相关参数，对上述参数进行快速傅里叶分解便可求出k阶齿槽转矩的幅值Tck、相位φck以及d轴磁链直流分量幅值Λ0，d、q磁链谐波分量幅值Λdk、Λqk相位φdk、φqk信息。
4.根据权利要求1中所述的基于谐波注入策略的永磁同步电机转矩脉动抑制复合注入控制方法，其特征在于：所述4)中谐波电流提取包括两部分：
【技术特征摘要】
1.一种基于谐波注入策略的永磁同步电机转矩脉动抑制复合注入控制方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
2.根据权利要求1所述的基于谐波注入策略的永磁同步电机转矩脉动抑制复合注入控制方法，其特征在于：对不同转矩脉动成分采用不同的注入方式，所述齿槽转矩tcog采用前馈电流补偿谐波注入，所述磁链谐波、电流谐波引起的转矩脉动采用后馈补偿谐波电压注入。
3.根据权利要求1中所述的基于谐波注入策略的永磁同步电机转矩脉动抑制复合注入控制方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：谷雨茜，曹景运，李小宁，祝丽花，石璐瑶，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：
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