[實用新型]一種永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520995832.1
• 申請日: 2015-12-02
• 公開（公告）號: CN205123644U
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐密
• 申請（專利權(quán)）人: 徐輝
• 主分類號: H02P21/20
• 分類號: H02P21/20;H02P21/05
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44248
• 代理人: 羅志偉

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及電機控制，尤其涉及一種永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制裝置。

背景技術(shù)

永磁同步電機以其高效率，可靠性高等特點，被廣泛應(yīng)用于對性能要求較高的驅(qū)動中。對于永磁同步電機的控制，又以矢量控制最常用。矢量控制將電流控制環(huán)、速度控制環(huán)、位置控制環(huán)由內(nèi)而外放置，且此結(jié)構(gòu)決定了帶寬應(yīng)由內(nèi)至外逐層降低，因此，電流環(huán)的帶寬即限制了速度環(huán)和位置環(huán)的帶寬及響應(yīng)速度。電流環(huán)的常用控制方法有：滯環(huán)控制，PI控制，無差拍控制。其中，滯環(huán)控制會導(dǎo)致?lián)Q流器開環(huán)頻率不固定，無差拍電流控制可以達到比PI控制更高的帶寬。因此，無差拍電流控制是一種已被熟知的高帶寬，快響應(yīng)電流控制。

另外，重復(fù)性控制或迭代學(xué)習(xí)控制已被應(yīng)用于周期性諧波的抑制中。它具有學(xué)習(xí)性，且不需要已知系統(tǒng)的準確參數(shù)。通過記憶上一個周期的波形，預(yù)測下一個周期的波形并進行補償。可用于抑制已知周期的脈動或者幫助追蹤已知周期的高頻信號。在已有文獻中，周期性多指關(guān)于時間的周期性，而針對永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制，由于最主要的轉(zhuǎn)矩脈動是關(guān)于電機轉(zhuǎn)子位置呈周期性的，有文獻提出了基于角度的重復(fù)性控制。基于角度的重復(fù)性控制不需要已知被補償脈動的周期，通過記憶轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到不同位置的脈動幅值，根據(jù)編碼器的位置反饋進行補償。使得變速下(被補償脈動周期不再已知)的轉(zhuǎn)矩脈動抑制變成了可能。

雖然已有文獻將基于角度的重復(fù)性控制運用在了永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩脈動中，但卻存在諸多問題，使得該控制在變速下，暫態(tài)中仍能已知轉(zhuǎn)矩脈動的優(yōu)勢無法得到發(fā)揮，還給整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來了挑戰(zhàn)。

已有技術(shù)將重復(fù)性控制放在速度環(huán)中與速度環(huán)PI控制器并聯(lián)，搭配同樣采用PI控制器的電流環(huán)：

其一，并聯(lián)的重復(fù)性控制器和PI控制器之間相互對抗。速度環(huán)的輸出是電流環(huán)的參考，理想情況下是由低帶寬的PI控制器提供所有電流參考低頻分量，而重復(fù)性控制器提供所有的電流參考高頻分量。但實際卻很難做到。暫態(tài)下，兩種控制器會互相爭搶輸出電路參考直流分量，反而產(chǎn)生脈動，甚至造成不穩(wěn)定。所以重復(fù)性控制只能在穩(wěn)態(tài)下才能激活，這就壓抑了基于角度的重復(fù)性控制在暫態(tài)中仍能抑制轉(zhuǎn)矩脈動的潛力。即使激活重復(fù)性控制時已達到穩(wěn)態(tài)，PI控制器和重復(fù)性控制器也會互相影響，爭搶輸出電流參考交流分量，這會增加收斂時間。

其二，電流環(huán)與機械連接對速度脈動相位的位移，而造成的不穩(wěn)定。已有技術(shù)是通過速度波動產(chǎn)生幅值與之相抵消帶波動的電流參考，再通過電流環(huán)追蹤電流參考，從而通過產(chǎn)生幅值相反的轉(zhuǎn)矩波動來抵消原有的轉(zhuǎn)矩波動，然后輸出轉(zhuǎn)矩作用于機械連接產(chǎn)生轉(zhuǎn)速。在這個閉環(huán)系統(tǒng)中，機械連接相當于一個低通濾波器，所以速度波形相對于轉(zhuǎn)矩波形會有相移。而電流環(huán)也有延遲，造成產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與電流參考之間的相移。從系統(tǒng)傳遞函數(shù)的波特圖中很容易看出，基于PI的電流環(huán)和機械連接對不同頻率信號的相移角度是不同的。所以在脈動頻率有多個且未知的情況下，這兩種相移很難被補償。一旦，兩個相移的總和達到180°，轉(zhuǎn)矩脈動將反而被放大，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。因此，雖然基于角度的重復(fù)性控制不需要已知被補償轉(zhuǎn)矩的頻率卻由于無法保證穩(wěn)定性而只允許速度在小范圍內(nèi)波動。

其三，PI控制器帶寬低，限制了可補償轉(zhuǎn)矩脈動頻率范圍。雖然轉(zhuǎn)矩脈動的問題一般來說在低速的時候更為嚴重，但不能排除可能會有頻率較高的轉(zhuǎn)矩脈動需要被補償。電流環(huán)的帶寬應(yīng)盡量的高，才能保證盡可能多的轉(zhuǎn)矩脈動能被補償。

這些問題主要源于缺乏對重復(fù)性控制與矢量控制中其他控制相互作用的考慮，而造成的不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本實用新型提供了一種永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制裝置和方法，結(jié)合了無差拍電流控制與基于角度的重復(fù)性控制。

本實用新型提供了一種永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制裝置，包括PI控制器、無差拍電流控制模塊、永磁同步電機、轉(zhuǎn)矩估計器和基于角度的重復(fù)性控制器，其中，所述PI控制器的輸出端分別與所述無差拍電流控制模塊、基于角度的重復(fù)性控制器連接，所述無差拍電流控制模塊的輸出端與所述永磁同步電機連接，所述永磁同步電機分別與所述基于角度的重復(fù)性控制器的輸入端、轉(zhuǎn)矩估計器的輸入端、PI控制器的輸入端連接，所述轉(zhuǎn)矩估計器的輸出端與所述基于角度的重復(fù)性控制器的輸入端連接，所述基于角度的重復(fù)性控制器的輸出端與所述無差拍電流控制模塊的輸入端連接。

作為本實用新型的進一步改進，所述PI控制器的輸出端、基于角度的重復(fù)性控制器之間連接有學(xué)習(xí)觸發(fā)器。