[發明專利]一種抑制永磁同步電機轉矩脈動的方法

在審

• 申請號: 202011315136.3
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112491315A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 楊沛豪;孫鋼虎;柴琦;寇水潮;黃修喜;高峰;孫夢瑤;李志鵬;郭新宇;張立松;趙守柱
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P6/10;H02P21/05
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種抑制永磁同步電機轉矩脈動的方法，包括：建立永磁同步電機PMSM在dq旋轉坐標系下的數學模型；建立PMSM在dq旋轉坐標系負載轉矩表達式；采用擾動轉矩觀測器來實時估算干擾轉矩所對應的電流補償量；建立改進擾動轉矩觀測器；得到傳遞函數變化量；得到傳遞函數的靈敏度函數和補靈敏度函數；驗證所提改進擾動轉矩觀測器的穩定性；將所提改進擾動轉矩觀測器引入PMSM轉矩控制系統中，起到抑制PMSM轉矩脈動的作用。本發明采用轉矩觀測器來抑制擾動轉矩產生的電壓誤差，通過構造一個準微分形式的觀測器，抑制微分環節對誤差信號放大作用。提高PMSM在中低速運行時，控制系統的抗干擾能力。

技術領域

本發明涉及一種抑制永磁同步電機轉矩脈動的方法，該方法用于解決電機中低速運行時，控制系統易受轉矩脈動影響的問題，采用擾動轉矩觀測器來抑制擾動轉矩產生的電壓誤差。

背景技術

永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因為其帶載能力強，在工業上尤其是機車牽引、絞車提升等礦業工作中得到了大規模應用，作為一種新型定子頻率自控式同步電動機，PMSM由于采用自控式調頻工作方式，相較于同步電動機，有效解決了轉子振蕩、失步問題，因此在工業上得到了大規模應用。但PMSM在中低速運行時，易受到轉矩脈動的影響，電流、電壓采樣及逆變器輸出存在周期延時等問題，這就會導致整個電機控制系統動態性能差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種抑制永磁同步電機轉矩脈動的方法，具體采用轉矩觀測器來抑制擾動轉矩產生的電壓誤差，通過構造一個準微分形式的觀測器，抑制微分環節對誤差信號放大作用。提高PMSM在中低速運行時，控制系統的抗干擾能力。

本發明采取如下技術方案來實現的：

一種抑制永磁同步電機轉矩脈動的方法，包括以下步驟：

1)建立永磁同步電機PMSM在dq旋轉坐標系下的數學模型；

2)根據步驟1)永磁同步電機PMSM在dq旋轉坐標系下的數學模型，建立PMSM在dq旋轉坐標系負載轉矩表達式；

3)根據步驟2)PMSM在dq旋轉坐標系負載轉矩表達式，采用擾動轉矩觀測器來實時估算干擾轉矩所對應的電流補償量；

4)在步驟3)擾動轉矩觀測器基礎上進行改進，引入微分環節，建立改進擾動轉矩觀測器；

5)根據步驟4)改進擾動轉矩觀測器，建立輸入參考指令電流i_q^*到輸出擾動轉矩之間的傳遞函數，進一步得到傳遞函數變化量；

6)根據步驟5)改進擾動轉矩觀測器傳遞函數變化量，得到傳遞函數的靈敏度函數和補靈敏度函數；

7)通過小增益控制理論的穩定性判據充要條件，分析步驟6)傳遞函數的靈敏度函數和補靈敏度函數，驗證所提改進擾動轉矩觀測器的穩定性；

8)將所提改進擾動轉矩觀測器引入PMSM轉矩控制系統中，起到抑制PMSM轉矩脈動的作用。

本發明進一步的改進在于，步驟1)的具體實現方法為：建立永磁同步電機PMSM在dq旋轉坐標系下的數學模型：

其中：i_d、i_q、u_d、u_q為d、q軸電流、電壓；R為定子電阻；Ψ_d、Ψ_q為d、q軸定子繞組磁鏈；u_f、i_f、R_f為轉子電壓、電流、電阻；Ψ_f永磁直軸磁鏈；p為微分算子。

本發明進一步的改進在于，步驟2)的具體實現方法為：根據步驟1)永磁同步電機PMSM在dq旋轉坐標系下的數學模型，建立PMSM在dq旋轉坐標系負載轉矩表達式：