[发明专利]基于谐波注入的永磁同步电机电流谐波抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于谐波注入的永磁同步电机电流谐波抑制方法，包括：将1次d‑q轴同步坐标系变换到5次d‑q轴旋转坐标系，得到5次旋转坐标系下的d‑q轴电流，利用高次坐标变换原理以及定子电压公式可以推导出5、7次谐波电压补偿量，在此基础上并联一个d轴PI控制器和一个q轴PI控制器，采用5次、7次旋转坐标系下相应阶次的d‑q轴电流等于0为控制目标结合适用于凸极式电机的前馈电压补偿以达到抑制5、7次谐波电流的目的。谐波抑制效果良好适用性强，无需增设电流检测电路，节约成本。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机谐波电流控制技术领域，具体地涉及一种基于谐波注入的永磁同步电机电流谐波抑制方法及装置。

背景技术

在永磁同步电机(PMSM)稳态运行中，功率器件存在死区效应以及导通压降等原因引起三相电流产生大量低次谐波称为时间谐波，电机齿槽不对称、铁心磁饱等因素引起气隙磁场畸变称为空间谐波。这两类谐波均会导致相电流发生畸变，造成输出扭矩平滑度下降，对系统性能产生负面影响，增大对定子绕组和铁芯的损耗。从理论上分析逆变器的工作特性结合对相电流进行FFT变换得出三相电流中主要是以5次、7次谐波为主，同时也是主要的抑制对象。

电机与控制学报上发表了《基于电压注入的高速永磁电机谐波电流抑制方法》，电工技术学报上发表了《永磁同步电机谐波电压与电流的耦合模型及前馈控制》，这两篇科技文献主要是采用电流注入的方式，将提取出的5、7次d-q轴电流，经过反高次坐标变换为1次旋转坐标系下的d-q轴电流，分别注入到传统的电流环调节器，通过前馈电压补偿在一定程度上保证了电流注入的准确性。

中国电机工程学报上发表了《用谐波注入抑制永磁同步电机转矩脉动》，该篇科技文献采用电流环并联前馈电压补偿方式，将电压补偿量经过坐标变换为Ua，Ub，Uc注入到永磁同步电机控制算法中。

现有技术抑制谐波主要有两种，一种是基于谐振调节器的谐波电流抑制方法，在传统的电流PI调节器上并联谐振调节器，但谐振控制比较适用于某固定频率上的谐波抑制而对于转速多变的工况下易发生频率抑制偏差，而且会造成不同频率谐波之间互相干扰，严重时导致系统不稳定。另一种采用谐波注入的方法，为了提高电流的动态响应特性以及保证谐波注入的准确性一般需要加入前馈电压补偿，但是对于凸极式永磁同步电机而言，5次、7次谐波电压之间存在耦合性，在现有技术中并没有考虑这一点，所以在凸极式电机中容易导致谐波电压注入不准确，如《用谐波注入抑制永磁同步电机转矩脉动》文献中存在该问题。对于采用电流注入的方式，在电角速度较高的情况下容易造成谐波注入发生相位偏差，同时增加了坐标变换次数会导致MCU负载率的提高。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种基于谐波注入的永磁同步电机电流谐波抑制方法，采用5次、7次旋转坐标系下相应阶次的d-q轴电流等于0为控制目标，结合适用于凸极式电机的前馈电压补偿以达到抑制5、7次谐波电流的目的，谐波抑制效果良好适用性强，无需增设电流检测电路，节约成本。

本发明的技术方案是：

一种基于谐波注入的永磁同步电机电流谐波抑制方法，包括以下步骤：

S01：提取5、7次谐波电流，将含有5次谐波的d-q轴电流变换到5次d-q轴旋转坐标系下，通过二阶低通滤波得到5次谐波d轴分量和5次谐波q轴分量；将含有7次谐波的d-q轴电流变换到7次d-q轴旋转坐标系下，通过二阶低通滤波得到7次谐波d轴分量和7次谐波q轴分量；

S02：利用高次坐标变换原理及定子电压公式计算得到5次谐波d轴谐波电压补偿量5次谐波q轴谐波电压补偿量7次谐波d轴谐波电压补偿量和7次谐波q轴谐波电压补偿量