[发明专利]一种基于改进型重复控制器的电机电流谐波抑制装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于改进型重复控制器的电机电流谐波抑制装置及方法，首先通过坐标变换，将存在于电机本体坐标系中的定子谐波电流转换到dq电机同步坐标系，然后通过在电流环上嵌入改进型重复控制器，利用重复控制器在特定频率点处的高增益对电流环中的高次电流谐波进行抑制，从而实现对存在于电机本体坐标系中定子谐波电流的抑制。本发明可以对定子电流中的一系列6k±1(k＝1,2,…)次谐波分量进行有效抑制，并且，改进型重复控制器的嵌入不需要对原系统参数做任何更改，提高了整体控制算法的灵活性。

技术领域

本发明属于电机控制领域，具体涉及一种基于改进型重复控制器的电机电流谐波抑制装置及方法。

背景技术

永磁同步电机具有结构紧凑、气隙磁通高、运行效率高等优点，广泛应用于电动汽车驱动系统、分子泵、离心压缩机、风力发电系统等。

由于齿槽效应、绕组分布形式、转子磁极结构等造成的电机气隙磁场畸变以及开关器件的死区时间、管压降等造成的逆变器非线性等原因，使得永磁电机定子电流中含有大量的高次谐波分量，电流波形发生严重畸变。谐波的存在会导致电机的损耗增加，尤其是定子铁耗，使电机发热，同时还会影响电机输出转速、转矩的平滑度。因此，如何有效地抑制谐波电流，减小电机损耗，提高电机运行的平稳性成为目前研究的热点问题。采用的电流谐波抑制方法主要有两种：一种从电机本体角度出发，对电机的结构进行优化设计，改善永磁体磁场的分布，主要方法有斜槽斜极法、定转子磁路设计法等，但这些方法增加了电机设计的复杂性，并且无法彻底消除谐波电流；另一种从控制角度出发，对电流进行优化控制，进而抑制谐波改善电机定子电流波形。

电流谐波的抑制方法主要包括坐标系旋转法、谐振控制器法、重复控制器法等，其中坐标系旋转法需要多次坐标变换，计算量较大，并且采用低通滤波器会造成相位滞后和电流响应不及时，影响闭环系统的性能。谐振控制器在特定频率点处的增益过大，容易造成系统的不稳定，并且当需要抑制多个谐波分量时，需要并联多个谐振控制器，增加了系统的复杂性。而重复控制器可以对周期性谐波分量进行抑制，然而为了保证系统的稳定性，需要设计复杂的低通滤波器，并且还会造成控制内模的改变。因此需要设计一种改进型重复控制器来克服以上困难，来对电机电流谐波进行有效抑制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明的目的是克服现有技术的不足，解决传统重复控制器中低通滤波器引起的目标频率点和实际增益增加频率点的偏差，从而造成谐波抑制效果差的问题。提出一种基于FIR滑动平均滤波器的改进型重复控制器，该方法降低了系统的复杂性并提高了谐波抑制效果。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种基于改进型重复控制器的电机电流谐波抑制装置，包括谐波电流坐标转换模块1，谐波电流抑制模块2；所述谐波电流坐标转换模块1用于将存在于电机本体坐标系下的谐波电流转换到dq电机同步坐标系；所述谐波电流抑制模块2采用改进型重复控制器，将其嵌入电流环中，利用重复控制器在特定频率点处的高增益对电流谐波进行抑制，从而提高相电流的正弦度，进而减小电机损耗并提高电机性能。

其中，所述的谐波电流坐标转换模块1中dq轴谐波电流的计算过程为：

当电机实际运行过程中，定子三相电流中会含有5、7、11、13等一系列6k±1(k＝1,2,…)次谐波分量，如下所示：

其中i_a、i_b、i_c分别为A相、B相、C相相电流；i₁、i₅、i₇、i₁₁、i₁₃分别为基波、5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波电流幅值；θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅分别为基波、5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波电流初始相位角；