[發明專利]一種基于反電動勢觀測器抑制電機轉矩脈動及振動的方法

有效

• 申請號: 202110390754.2
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113346811B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 戴佳錢;曾發林
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02P21/00;H02P21/13;H02P25/022;H02P6/10
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本發明公開了一種基于反電動勢觀測器抑制電機轉矩脈動及振動的方法，涉及電機振動噪聲控制領域，利用紋波轉矩反相抵消齒槽轉矩的方式減小電機的轉矩脈動，首先通過擴張狀態觀測器獲得電機6次諧波反電動勢，結合當下轉速和預置的齒槽轉矩與轉速擬合關系式得到齒槽轉矩幅值；齒槽轉矩與電機轉速的擬合式由不同轉速工作點特定階次的齒槽轉矩幅值與工作點轉速擬合得到，基于轉矩傳感器使用平衡式測量法獲取電機不同轉速下的轉矩脈動；由電角度得到齒槽轉矩的相位，最終計算所要引入的諧波電壓，注入到控制系統中。在電機內部引入諧波電流與諧波反電動勢產生與齒槽轉矩等幅值反相的紋波轉矩以抑制轉矩脈動，從而改善了電機的振動噪聲問題。

技術領域

本發明屬于電機振動噪聲控制領域，尤其涉及到一種基于諧波反電動勢觀測器控制轉矩脈動的電機振動噪聲抑制方法，具體為，一種抑制4極12槽永磁同步電機(PMSM)轉矩脈動的方法。

背景技術

永磁同步電機會由于自身控制系統缺陷和電機本體固有參數而產生轉矩脈動，這會影響電機輸出轉矩的平穩性，同時使得電機機座產生一定幅度的振動。永磁同步電機的轉矩脈動主要可以分成兩類：一類是紋波轉矩，由電機控制系統所產生的電流諧波所導致；另一類是齒槽轉矩，由電機永磁體與定子齒槽間的相互作用而產生。

在電機控制系統中，電機內部諧波電流與反電動勢諧波作用會產生頻率為基波角頻率6倍次的紋波轉矩，進而引發轉矩脈動。齒槽轉矩的頻率取決于電動機中的極數和槽數，對于4極12槽電機，齒槽頻率是基波角頻率的6倍。

由正弦波電源驅動永磁同步電機時產生的扭矩可分為基本轉矩和以上所述的脈動轉矩。基本轉矩是不依賴于旋轉角度的恒定轉矩分量，而脈動轉矩是隨旋轉角度呈周期性變化的轉矩，這些扭矩分量不可忽略，脈動轉矩會影響電機輸出轉矩的精確性。因此，減小永磁同步電機輸出轉矩脈動是提高電機使用性能的重要方法。

發明內容

本發明要解決的問題是，針對永磁同步電機諧波電流以及電機齒槽轉矩所造成的轉矩輸出脈動問題，本發明提出了一種基于反電動勢觀測器抑制電機轉矩脈動及振動的方法，此方法可有效減輕由電機齒槽轉矩所帶來的轉矩脈動，提高電機轉矩輸出平穩性。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種基于反電動勢觀測器抑制電機轉矩脈動及振動的方法，包括反電動勢觀測模塊，諧波電流計算模塊，諧波電壓計算模塊和轉矩測量模塊；其中，轉矩測量模塊用來獲取相關數據；首先由反電動勢觀測模塊對永磁同步電機的d-q坐標軸上的電流分量i_d與i_q進行觀測，獲得6次諧波反電動勢，輸入諧波電流計算模塊中參與計算；諧波電流計算模塊中預置了齒槽轉矩幅值與電機轉速之間的擬合多項式，通過滑膜觀測器獲得的轉速根據擬合多項式計算齒槽轉矩幅值；關于齒槽轉矩幅值與電機轉速擬合多項式的獲取，我們利用基于轉矩傳感器的平衡式測量法來直接測量特定階次齒槽轉矩脈動在不同轉速工作點的幅值，并將其擬合成多項式；根據滑膜觀測器獲得的電機轉子電角度來計算的齒槽轉矩相位，由此得到特定階次的齒槽轉矩的幅值與相位；在諧波電流計算模塊中計算所要輸入的諧波電流的幅值和相位，再由諧波電壓計算模塊計算得到相應的諧波電壓，注入控制系統中，產生特定階次紋波轉矩抵消齒槽轉矩，從而達成減少轉矩脈動的目的。

電機本體的加工誤差和電機轉子永磁體缺陷會引起電機氣隙磁場畸變，給永磁體磁鏈帶來諧波磁鏈，當諧波磁鏈引起的反電動勢作用在三相電路中，而由于電路的Y接特性，所引起的偶次和3的整數倍次反電動勢將會被抵消。又因為諧波電動勢的幅值隨階次的升高而減小，所以只考慮5次和7次諧波磁鏈所引起的諧波電動勢，而在靜止坐標系中，5次和7次諧波磁鏈的旋轉方向相反，因此我們所考慮的永磁體磁鏈方程由下式表示：

ψ_fA(θ)＝ψ_f1 sin(θ)+ψ_f5 sin(-5θ)+ψ_f7 sin(7θ)