[發明專利]同步電機的力矩補償控制系統及其力矩補償控制方法

有效

• 申請號: 201310465457.5
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN104518722B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 楊輝
• 申請（專利權）人: 廣東美的制冷設備有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/13
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及電動機技術領域，特別涉及一種同步電機的力矩補償控制系統及其控制方法。

背景技術

隨著科技的進步和生活水平的提高，用戶對電器設備的舒適性提出了更高的要求。對于家用電器和電動汽車而言，噪聲性能是衡量系統性能的一個重要方面，而力矩波動是永磁同步電機產生噪聲的主要來源之一，因此，減小力矩波動是降低永磁同步電機噪聲的有效手段之一。

現有技術中，對于減小電機的力矩波動有以下方案，方案1，通過建立基于諧波的電機電壓平衡方程對6次諧波進行補償，能夠使6次諧波明顯減小，但是該方案計算量較大，而且只是對固定次諧波進行補償，應用范圍存在局限；方案2，通過對電流和電壓幅值和相位進行補償，達到減小低速力矩波動的目的，但是該方案的算法相對復雜，計算量大；方案3和方案4，提出一種電機定位力矩的力矩補償方案，減小了電機的力矩波動，增加了電機速度的平穩性，但上述兩種方案只針對電機的齒槽效應引起的定位力矩波動進行補償，應用范圍也存在局限；方案5，將多層神經網絡應用于永磁同步電機的力矩補償，該方案的算法十分復雜，計算量大，很難滿足工程實時性要求。方案6，提出一種工程易實現的力矩補償方案，但是，該方案只針對表貼式電機，應用范圍存在局限，而且加速度由速度經過低通濾波得到，相位滯后較大。

綜上所述，現有技術存在的缺點是：加速度相位滯后大，算法復雜，計算量大，難以滿足工程實時性要求，應用范圍存在局限。

發明內容

本發明的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種同步電機的力矩補償控制系統，該系統加速度的相位滯后小，計算簡單，芯片資源占用率低，能夠滿足工程實時性要求，并且硬件成本低，應用范圍廣。

本發明的另一個目的在于提出一種同步電機的力矩補償控制方法，該方法可以有效的抑制同步電機的力矩波動，提高其速度的平穩性，從而達到降低同步電機的振動和噪聲的目的。

為達到上述目的，本發明一方面實施例提出一種同步電機的力矩補償控制系統，該同步電機的力矩補償控制系統包括：電流采樣模塊，用于采樣所述同步電機的三相電流Ia、Ib、Ic；位置估計器，用于估計所述同步電機的轉子的位置以獲得轉子的估計角度；卡爾曼濾波模塊，用于對所述轉子的估計角度進行卡爾曼濾波處理以獲得濾波后的速度和濾波后的加速度；速度校正模塊，用于根據所述目標速度對所述濾波后的速度進行速度校正以獲得交軸目標電流Iqref；第一坐標轉換模塊，用于對所述三相電流Ia、Ib、Ic進行坐標轉換以獲得直軸電流Id和交軸電流Iq；電流補償計算模塊，用于根據所述濾波后的加速度、所述直軸電流Id和交軸電流Iq計算補償電流I_{q_com}；電流校正模塊，用于根據直軸目標電流Idref和所述直軸電流Id進行d軸電流校正以獲得直軸電壓Vd，并根據所述交軸目標電流Iqref、所述交軸電流Iq和所述補償電流I_{q_com}進行q軸電流校正以獲得交軸電壓Vq；第二坐標轉換模塊，用于對所述直軸電壓Vd和交軸電壓Vq進行坐標轉換以獲得控制所述同步電機的三相電壓Va、Vb、Vc。

根據本發明實施例的同步電機的力矩補償控制系統，通過卡爾曼濾波模塊對轉子的估計角度進行卡爾曼濾波處理以獲得濾波后的速度和濾波后的加速度，以及通過電流補償計算模塊獲得補償電流，進而進行力矩補償，可以降低同步電機的噪聲和抑制同步電機的振動，提高同步電機速度的平穩性。此外，該力矩補償控制系統的加速度的相位滯后小，芯片資源占用率和硬件成本低，能夠滿足工程實時性要求，應用范圍廣。

其中，在本發明的一個實施例中，所述卡爾曼濾波模塊用于離線計算卡爾曼增益。

卡爾曼濾波模塊通過離線計算卡爾曼增益可以降低計算的復雜性，因此，芯片資源占用率低，能夠滿足工程實時性要求。

具體地，在本發明的一個實施例中，所述卡爾曼濾波模塊的增益矩陣可以根據以下公式計算得到：其中，R_k為觀測噪聲方差，C_k為觀測矩陣，為C_k的轉置矩陣，K_k|k-1為所述卡爾曼濾波模塊的增益矩陣，根據公式確定，A_k為狀態轉移矩陣，P_k為協方差矩陣，Q_k為系統模型噪聲的方差矩陣，為A_k的轉置矩陣。