[發明專利]一種永磁同步電機的控制參數優化方法

在審

• 申請號: 202210311772.1
• 申請日: 2022-03-28
• 公開（公告）號: CN114665769A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 張雨國;楊志堅;唐玥;陳梓毅
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02P21/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 周春麗

本發明公開了一種永磁同步電機的控制參數優化方法，包括步驟：本發明提供的一種永磁同步電機的控制參數優化方法，包括步驟：S1、測量出永磁同步電機的齒槽轉矩諧波；S2、獲取所述永磁同步電機及其矢量驅動控制系統的參數；S3、計算齒槽轉矩到電機轉速的閉環傳遞函數，得齒槽轉矩引起的轉速諧波幅值大小；S4、構建轉速環和電流環開環截止頻率和相位裕度與PI參數的關聯數學模型；S5、設定電機驅動系統轉速環和電流環的開環截止頻率和相位裕度范圍；S6、尋優找出使齒槽轉矩引起的轉速諧波幅值最小的PI參數。該方法不需要改動電機結構與電機控制算法，只需修改電機轉速環和電流環PI參數即可減小齒槽轉矩引起的轉速諧波，簡單易行，成本低，實用性強。

技術領域

本發明屬于永磁電機轉速波動抑制領域，特別地，涉及一種基于齒槽轉矩閉環傳遞和轉速諧波抑制的永磁同步電機的控制參數優化方法。

背景技術

永磁電機的齒槽與永磁體相互作用引起的齒槽轉矩是電機在運行過程中產生轉矩脈動、轉速波動、電流諧波、振動噪聲等問題的主要原因之一，其會導致車輛駕駛舒適性惡化、降低數控機床的加工精度及永磁同步電機驅動系統的性能及壽命，因此研究抑制永磁同步電機齒槽轉矩引起的轉速諧波對電機控制具有重要意義。

當前針對抑制齒槽轉矩引起的轉速諧波的方法主要分為兩類，分別為改進電機結構參數和改進電機控制算法。然而改進電機結構參數的方法只適用于電機設計階段通過改進電機結構參數使得齒槽轉矩變小，該方法只是減小了激勵源，沒有考慮控制系統對激勵源的傳遞作用，因而齒槽轉矩雖然減小了，但在實際控制中其引起的轉速諧波不一定會減小。此外，對于已經制造出的電機，無法通過修改電機參數抑制齒槽轉矩引起的轉速諧波。從控制算法上對齒槽轉矩進行抑制的方法主要有諧波電流前饋注入法，模型參考自適應法等，該方法會使控制系統變得復雜，參數調節困難，通用性差等問題。Zhaoqian Wu等在文獻《Analytical Prediction and Minimization of Deadtime-Related Harmonics inPermanent Magnet Synchronous Motor》中主要研究了死區效應到d-q軸電流的閉環傳遞函數，提出通過優化電機控制參數可以減小死區效應引起的電流諧波，但是并沒有研究齒槽轉矩引起的轉速諧波，仍然無法通過修改電機參數抑制齒槽轉矩引起的轉速諧波。

發明內容

為了解決現有技術中存在通過改進電機結構參數抑制齒槽轉矩不適用于已經制造出的電機、改進電機控制算法會增加控制系統復雜性、使得參數調節困難，通用性差等問題，本發明提出一種永磁同步電機的控制參數優化方法，推導出齒槽轉矩到電機轉速的閉環傳遞函數，尋優找出使齒槽轉矩引起的轉速諧波幅值最小的PI參數，進而通過修改控制系統PI參數，即可實現齒槽轉矩引起的轉速諧波幅值最小。簡單易行，不需要改變電機結構參數及控制算法，也不會增加系統復雜性，通用性好。

為了實現本發明目的，本發明提供的一種永磁同步電機的控制參數優化方法，包括步驟：

S1、測量出永磁同步電機的齒槽轉矩諧波；

S2、獲取所述永磁同步電機及其矢量驅動控制系統的參數；

S3、計算齒槽轉矩到電機轉速的閉環傳遞函數，根據所述閉環傳遞函數得到齒槽轉矩引起的轉速諧波幅值大小；

S4、構建轉速環和電流環開環截止頻率和相位裕度與PI參數的關聯數學模型；

S5、根據驅動系統動力響應特性要求，設定電機驅動系統轉速環和電流環的開環截止頻率和相位裕度范圍；

S6、以所述齒槽轉矩諧波為輸入，以轉速環和電流環的開環截止頻率和相位裕度為優化變量，以所述電機驅動系統轉速環和電流環的開環截止頻率和相位裕度范圍為變量約束條件，以所述齒槽轉矩引起的轉速諧波幅值大小為目標函數，尋優找出使齒槽轉矩引起的轉速諧波幅值最小的PI參數。

進一步地，步驟S1中需要測出永磁同步電機的齒槽轉矩諧波階次及幅值大小。