[发明专利]电机设备及抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统和方法

说明书

本申请公开了一种抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统，包括：永磁同步电机控制系统主体；信号调理模块，用于接收电流反馈信号并提取出位置跟踪误差信号ε(Δθ)；观测模块，用于根据接收的输入信号ε′(Δθ)输出位置反馈信号以及转速反馈信号以使永磁同步电机控制系统主体根据位置反馈信号以及转速反馈信号进行永磁同步电机的闭环反馈控制；脉动补偿模块，用于基于观测模块的输出信号，构建出针对第n次谐波的补偿信号ε^cn(Δθ)，以抵消位置跟踪误差信号ε(Δθ)中包含的第n次谐波，其中，ε′(Δθ)＝ε(Δθ)‑ε^cn(Δθ)。应用本申请的方案，可以对永磁同步电机稳态转速脉动进行有效的抑制。本申请还提供了一种电机设备及抑制永磁同步电机稳态转速脉动的方法，具有相应效果。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种电机设备及抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统和方法。

背景技术

永磁同步电机因其转矩密度大，能效高的优点而广泛应用于多种工业场合中，特别是拉丝机，注塑机，起重提升等场合通常要求电机在低速下具备大转矩输出的能力。为满足这样的需求，电机在运行过程中须保持较为精确的转子磁场定向。而出于系统成本和可靠性方面的考虑，实际方案中往往选择无感矢量观测器代替成本较高的位置传感器来实现转子位置信息的获取。

当永磁同步电机低速运行时，通常选用的是基于高频电压注入的无感矢量控制算法，该算法相比与反电动势检测算法具有更高的信噪比，能够更可靠地估计转子磁场位置，达到更好的转速和转矩控制效果。例如图1为常用的基于高频电压注入的永磁同步电机无感矢量控制结构框图。

在高频注入算法中，观测器的输入是从高频电流响应中提取出的位置跟踪误差信号。在电机运行过程中，由于电流采样的零漂、增益误差和逆变器的死区效应，分别会在观测器的输入信号中产生1次，2次和6次谐波，这些谐波经过闭环观测器放大后，会产生谐波形式的转速观测误差以及位置观测误差，并且叠加到转速以及位置的反馈信号中，由此产生了转速响应的低频脉动。

针对该低频脉动问题，通过一些硬件方法可以有效解决，例如采用高精度低温漂的运算放大器与模数转换器减小电流采样误差，根据三相输出电压的测量值对驱动脉冲进行修正抑制死区效应等，但这类方法会大幅增加成本，仅在部分高端应用场合中使用。还有的方案采用基于电流谐波检测的方法对电流采样值进行在线校正或者对指令定子电压进行在线补偿，虽然能抑制电机的稳态转速脉动且不需要电机的参数信息，但仅适用于非高频电压注入的基波电流控制。

综上所述，如何有效地抑制永磁同步电机稳态转速脉动，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电机设备及抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统和方法，以有效地抑制永磁同步电机稳态转速脉动。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统，包括

永磁同步电机控制系统主体；

信号调理观测器，且所述信号调理观测器包括：

信号调理模块，用于接收电流反馈信号并提取出位置跟踪误差信号ε(Δθ)；

观测模块，用于根据接收的输入信号ε′(Δθ)输出位置反馈信号以及转速反馈信号以使所述永磁同步电机控制系统主体根据所述位置反馈信号以及所述转速反馈信号进行永磁同步电机的闭环反馈控制；

脉动补偿模块，用于基于所述观测模块的输出信号，构建出针对第n次谐波的补偿信号ε^cn(Δθ)，以抵消所述位置跟踪误差信号ε(Δθ)中包含的第n次谐波，其中，ε′(Δθ)＝ε(Δθ)-ε^cn(Δθ)。

优选的，所述脉动补偿模块包括：