[發(fā)明專利]定子電流矢量定向下PMSM轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法

有效

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• 申請日: 2018-07-10
• 公開（公告）號: CN108964527B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余洋;從樂瑤;謝仁杰;田夏;盧健斌
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類號: H02P6/10
• 分類號: H02P6/10;H02P21/05;H02P21/22
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定子電流矢量定向下PMSM轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法，所述控制方法首先根據(jù)PMSM的實際運行參數(shù)，建立了定子電流矢量定向下PMSM的動態(tài)數(shù)學(xué)模型；然后基于PMSM磁共能模型下的電磁轉(zhuǎn)矩方程，建立了保證轉(zhuǎn)矩脈動最小化時的最優(yōu)定子諧波電流約束條件，并運用反推控制原理建立了諧波控制器和定子電流矢量定向下的閉環(huán)I/f控制器(簡稱閉環(huán)I/f控制器)。為了準(zhǔn)確獲取速度信號，本發(fā)明同時設(shè)計了一種基于最小二乘算法的PMSM全范圍速度辨識方法。試驗結(jié)果表明：優(yōu)化后的電機轉(zhuǎn)矩脈動得到有效抑制，且控制下的各參數(shù)能快速收斂并達到穩(wěn)定值；對于低、中、高情況下的轉(zhuǎn)速，均能做到準(zhǔn)確地跟蹤辨識，實現(xiàn)PMSM的全速跟蹤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及永磁同步電機的控制方法，屬于電機技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)、新型電機控制理論和稀土永磁材料的快速發(fā)展，永磁同步電動機(permanent magnet synchronous motor，PMSM)得以迅速的推廣應(yīng)用。永磁同步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、功率密度高、效率高、損耗小等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)驅(qū)動領(lǐng)域，如電動汽車、數(shù)控機床和航天工程等。然而由于電機結(jié)構(gòu)設(shè)計的非理想、氣隙磁場的畸變和逆變器的非線性等原因，永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩存在較大脈動，從而限制了永磁同步電機在高精度場合的應(yīng)用。常規(guī)PI控制器無法對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速做到無誤差跟蹤，且只能抑制因逆變器開關(guān)器件的固有特性和死區(qū)時間所引起的轉(zhuǎn)矩脈動，對其他原因而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動并無明顯抑制作用。因此，在電機運行時，設(shè)計一種能夠改善電機電流波形，抑制轉(zhuǎn)矩脈動控制方法，對減小電機損耗，保證電機的穩(wěn)定運行有著非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的弊端，做出兩點創(chuàng)新：一是提出了一種基于定子電流矢量定向的閉環(huán)I/f控制框架下PMSM轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法，推導(dǎo)出了具體的最優(yōu)定子電流解析表達式以便于控制實施；二是設(shè)計了一種基于最小二乘算法的PMSM全范圍速度辨識方法。

本發(fā)明所述的問題是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

對于定子電流矢量定向的閉環(huán)I/f控制框架下PMSM轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法，所述抑制方法為：

首先根據(jù)PMSM的實際運行參數(shù)，在定子電流矢量定向下建立機組的動態(tài)數(shù)學(xué)模型：

其中：u_sd*和u_sq*分別為d^*軸和q^*軸的定子電壓；n_p為轉(zhuǎn)子的極對數(shù)；ψ_r為永磁體勵磁空間矢量；ω_r為轉(zhuǎn)子角速度；θ_L為q^*軸與d軸間的夾角；d軸為原始dq0坐標(biāo)系下的d軸；θ為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度；ω_i為電流矢量i_s的旋轉(zhuǎn)機械角速度；R_s為定子電阻；為q^*軸的定子電感；i_s為定子電流；J為轉(zhuǎn)動慣量；B_r為粘滯系數(shù)；T_L為負載轉(zhuǎn)矩，T_e為電磁轉(zhuǎn)矩；

然后基于PMSM磁共能模型下的電磁轉(zhuǎn)矩方程，建立了保證轉(zhuǎn)矩脈動最小化時的最優(yōu)定子諧波電流約束條件：

其中：i_s0為基波電流幅值；λ₀為d軸平均磁鏈；λ_dk和λ_qk為d、q軸第k次磁鏈諧波分量；k為諧波次數(shù)；T_ck為齒槽轉(zhuǎn)矩第k次諧波的幅值。

最后基于反推控制原理，設(shè)計諧波抑制器：