[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于偽隨機(jī)技術(shù)的PMSM驅(qū)動(dòng)器噪聲抑制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110300383.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112865617A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于德亮;路鋼;張宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P6/10
• 分類(lèi)號(hào): H02P6/10;H02P21/05;H02P25/024
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于偽隨機(jī)技術(shù)的PMSM驅(qū)動(dòng)器噪聲抑制方法，屬于永磁同步電機(jī)控制領(lǐng)域。本發(fā)明為解決現(xiàn)有無(wú)位置傳感器高頻注入控制技術(shù)下噪聲過(guò)大、振動(dòng)過(guò)強(qiáng)的問(wèn)題。本發(fā)明包括永磁同步電機(jī)高頻注入噪聲來(lái)源的分析，發(fā)現(xiàn)低速時(shí)高頻諧波集中于特定頻率范圍，產(chǎn)生較大噪聲；PSD分析高頻電流功率密度頻譜，發(fā)現(xiàn)在隨機(jī)注入時(shí)若注入頻率最小整數(shù)比數(shù)值全為奇數(shù)時(shí)，出現(xiàn)離散頻譜，能量集中，噪聲較大；設(shè)計(jì)隨機(jī)注入方式，保證注入頻率中最簡(jiǎn)整數(shù)比一定有偶數(shù)存在，消除離散頻譜的生成；用差分法獲取基波電流與高頻電流，包絡(luò)線(xiàn)法進(jìn)行位置信息解調(diào)；使用改進(jìn)型復(fù)矢量PI控制器代替電流環(huán)中普通PI控制器，以削弱因差分法所導(dǎo)致的基波電流與高頻諧波電流混合的現(xiàn)象，并增加控制環(huán)帶寬，實(shí)現(xiàn)電流環(huán)高增益控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于永磁同步電機(jī)控制領(lǐng)域，可應(yīng)用于永磁同步電機(jī)在低速高頻注入時(shí)降低高頻噪聲，大幅度增加永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制方法的可靠性，拓展了適用的環(huán)境范圍。

背景技術(shù)

與現(xiàn)有的交流和直流電動(dòng)機(jī)不同，永磁同步電動(dòng)機(jī)具有許多優(yōu)勢(shì)，例如高轉(zhuǎn)矩慣性比，高功率密度，高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。但是永磁同步電機(jī)，氣隙中存在的基本交流磁通會(huì)產(chǎn)生麥克斯韋力，會(huì)引起噪聲和振動(dòng)，這些噪聲和振動(dòng)會(huì)通過(guò)電機(jī)傳遞到其周?chē)h(huán)境。

電機(jī)噪聲包括機(jī)械振動(dòng)、空氣動(dòng)力振動(dòng)與電磁振動(dòng)三種，其中電磁噪聲是噪聲產(chǎn)生最大原因，其有兩種來(lái)源分別是磁滯伸縮力和麥克斯韋力。麥克斯韋力有兩種類(lèi)型：徑向力和切向力。作用在定子齒尖上的麥克斯韋力的徑向分量是電機(jī)中電磁噪聲的主要原因，麥克斯韋力的切向力分量的大小與徑向分量相比很小，可以忽略不計(jì)。由于高階定子電流時(shí)間諧波而產(chǎn)生的這些寄生振蕩轉(zhuǎn)矩大于由空間諧波產(chǎn)生的振蕩轉(zhuǎn)矩。脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩可能會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和聲音產(chǎn)生重大影響，并且主要是由于PWM產(chǎn)生的定子電流波動(dòng)而產(chǎn)生的。在高速情況下，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)通常會(huì)被系統(tǒng)濾除。但是，在低速時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，會(huì)影響位置控制并且產(chǎn)生較大噪音。

當(dāng)諧波磁通量集中在特定頻率(例如開(kāi)關(guān)頻率及其倍數(shù))時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大噪聲。PWM逆變器的開(kāi)關(guān)頻率對(duì)整個(gè)機(jī)器噪聲有重大影響。在高頻注入頻譜分析時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于周期性信號(hào)，頻譜離散分布，而對(duì)于非周期性信號(hào)，頻譜為連續(xù)分布。根據(jù)帕薩瓦爾定理，在時(shí)域內(nèi)能量分布不變時(shí)，其在頻域內(nèi)能量也是恒定不變的，為了確保頻域內(nèi)的能量恒定，隨著諧波頻帶的增加，其諧波的幅值必然會(huì)降低。即，當(dāng)諧波電流頻譜向一個(gè)較寬范圍的頻段分散時(shí)，消除明顯的尖峰，就能改善高頻噪聲特性。本發(fā)明利用周期性改變頻率的方式擴(kuò)大頻譜，削弱高頻諧波信號(hào)峰值，從而降低噪聲干擾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明用于解決永磁同步電機(jī)高頻注入無(wú)傳感器控制時(shí)的高頻諧波噪聲問(wèn)題，意在通過(guò)偽隨機(jī)高頻注入擴(kuò)展高頻諧波頻譜，降低各頻率高頻諧波幅值，減少高頻噪聲干擾。

本發(fā)明技術(shù)方案所述的方法如附圖1流程圖表示，主要有以下步驟：(1)永磁同步電機(jī)高頻注入噪聲來(lái)源分析，低速時(shí)高頻諧波集中于特定頻率范圍；(2)建立靜止坐標(biāo)系、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與虛擬旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，建立永磁同步電機(jī)高頻數(shù)學(xué)模型；(3)確定注入頻率范圍，將最高頻率f_max與最低頻率f_min做差值并進(jìn)行n等分獲取累加頻率(4)最低頻率f_min加上不同整數(shù)倍的累加頻率Δf獲取初始頻率集；(5)對(duì)初始頻率集最簡(jiǎn)整數(shù)比進(jìn)行奇偶判定，最終保存為一頻率集；(6)對(duì)頻率集中每一個(gè)頻率分配注入概率為進(jìn)行隨機(jī)依次注入，也即每頻率注入一次后舍棄，保證每一頻率均被注入且注入概率相同；(7)使用復(fù)矢量PI控制器代替電流環(huán)中普通PI控制器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻信號(hào)的快速響應(yīng)、一定的濾波性能和信號(hào)無(wú)誤差跟蹤；(8)用差分法獲取高頻響應(yīng)信號(hào)，并用包絡(luò)線(xiàn)法解調(diào)轉(zhuǎn)子位置信息。

進(jìn)一步的，發(fā)明中建立的坐標(biāo)系分為靜止坐標(biāo)系、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與虛擬旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，三坐標(biāo)系之間的角度關(guān)系如圖2所示，在高頻電流解調(diào)時(shí)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與虛擬旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的角度在復(fù)矢量PI控制器輸出為零時(shí)，也即實(shí)現(xiàn)了對(duì)轉(zhuǎn)子位置的實(shí)時(shí)跟蹤。