[发明专利]一种永磁同步电机磁链谐波观测及转矩脉动抑制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机磁链谐波观测及转矩脉动抑制方法，涉及新能源汽车永磁同步电机驱动领域。本发明通过扩张状态观测器实时观测反电动势谐波f_Ed、f_Eq，并对输入端进行反电动势谐波补偿，使永磁同步电机输出电流无谐波，避免了谐波电流对控制系统的干扰。同时根据观测得到的反电动势谐波f_Ed、f_Eq计算谐波补偿电流，与永磁同步电机输出电流配合得到谐波补偿电压。通过仿真结果可以看到，本发明所设计的磁链谐波观测与转矩脉动抑制方法是有效的。本发明与其他转矩脉动抑制策略相比，能够在不加装额外硬件设施，不需要通过构建精确的转矩脉动模型和复杂的谐波补偿电流计算的前提下实现永磁同步电机转矩脉动的有效抑制。

技术领域

本发明涉及新能源汽车永磁同步电机驱动领域，具体地说是一种永磁同步电机磁链谐波观测及转矩脉动抑制方法。

背景技术

在设计和制造的过程中，由于永磁同步电机的转子磁极结构的影响，不能达到理想的正弦，从而导致电机磁链含有有大量高次谐波。这些因素反映到永磁同步电机上，将会使永磁同步电机输出的电磁转矩产生脉动。

转矩脉动一方面会产生电磁噪声，降低驱动系统的控制性能，使永磁同步电机运转过程中出现转速波动；另一方面，在某些车用工况中，永磁同步电机转矩脉动频率可能接近传动系统的共振频率，引起传动系统显著的扭转振动，降低整车乘坐的舒适性和系统可靠性，甚至引发传动系统的失效。因此，抑制转矩脉动，提高驱动系统转矩品质尤其在新能源汽车场合有着重要的研究价值和技术挑战。

目前针对于永磁同步电机转矩脉动抑制的学术论文中，从电机控制的角度来抑制转矩脉动主要有前馈法和反馈法两种。前馈法通过综合考虑磁链谐波、电感谐波等，构建出准确的永磁同步电机转矩脉动模型，并通过该模型计算出应注入的谐波电流，来产生额外的电磁转矩脉动抵消本身的电磁转矩脉动。但这种方法只有在构建的永磁同步电机转矩脉动模型精确时，计算得到的补偿电流才能有效抑制转矩脉动，当电机运行中参数发生变化时，脉动抑制效果有限。反馈法通过永磁同步电机电压和电流中谐波分量的获取或者电机转速、转矩的观测，并利用观测和获取得到的数据设计反馈控制率，来达到抑制转速或者转矩脉动的目的。

题为“Practical Testing Solutions to Optimal Stator Harmonic CurrentDesign for PMSM Torque Ripple Minimization Using Speed Harmonics”(G.Feng,C.Lai and N.C.Kar.Transactions on Power Electronics.IEEE,2018.)(使用速度谐波的PMSM转矩脉动抑制最佳定子谐波电流设计实用测试解决方案，G.Feng,C.Lai andN.C.Kar，IEEE电力电子通讯，2018.)中分析了受磁链谐波影响的电机模型，在计算出所需注入最优定子谐波电流后，为避免收到参数变化的影响，采用分两次注入已知电流谐波的方法获取因此而得到的转速谐波，最终得到含有转速谐波项的参数估计公式，虽然这种方法可以避免受到参数变化而影响注入转矩脉动抑制电流谐波的幅值和相位，但是这种方法的控制连续性仍有提升空间。