[发明专利]高速双三相永磁同步电机的二自由度谐波电流控制方法

说明书

高速双三相永磁同步电机的二自由度谐波电流控制方法，涉及电机控制技术领域。本发明是为了解决现有谐波抑制技术在调速范围宽、负载扰动大、运行工况频繁变化的应用场合，难以抑制谐波的问题。本发明对电机的相电压方程进行变换获得基波同步旋转坐标系及谐波反同步旋转坐标系下的电压方程；在复频域下变换为电机传递函数，整定为广义二阶系统；求取控制器传递函数中的增益系数后进行离散；采集电机的相电流，通过坐标变换获得基波同步旋转坐标系和谐波反同步旋转坐标系下的电流；计算基波静止坐标系和谐波静止坐标系下的电压；对基波静止坐标系和谐波静止坐标系下的电压进行SVPWM调制，之后对高速双三相永磁同步电机进行控制。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及对二自由度谐波电流的控制。

背景技术

高速双三相永磁同步电机兼具高速电机和多相电机的优势，具有高效率、大功率、高功率密度、可高速直驱等优势，广泛应用于航空作动器、航空起发系统。电机的高速化和多相化提高了电机系统功率密度和功率等级，但同时也加重了电机系统的谐波问题。与常速电机相比，高速多相电机谐波电流难以抑制的原因有二。一方面，高速化使得电机基波频率提高，载波比降低，同时在本体设计过程中，受到转子外径和电负荷的约束，高速电机绕组电感量更小。另一方面，多相化会增加电流控制的维度，双三相电机的谐波平面电感由漏感组成，谐波平面电感比基波平面电感更小。由于上述原因，电流谐波是高速双三相永磁同步电机系统中的常见问题。电流谐波会占用逆变器的电流容量、增加电机损耗，增加电机系统的散热负担。因此，高速双三相电机系统需要采用谐波抑制策略，来满足高功率密度、大功率、高效率传动领域的要求。

在主动谐波抑制技术中，多比例谐振控制器和谐波电压扰动观测器在谐波抑制效果、计算量上具有明显优势，得到了广泛应用。二者都是通过控制器向电流闭环中加入谐振极点，在谐振频率处产生无穷大的闭环增益以抑制对应频次的电流谐波。控制器中所用的谐振频率由转速反馈计算得到，由于转速计算存在时间延迟，计算结果一般还需要滤波处理，无法准确获得瞬时转速和谐振频率，因此在控制过程中谐振频率的偏移是不可避免的。谐振频率的偏移会导致谐波抑制效果明显下降。在航空作动器这种调速范围宽、负载扰动大、运行工况频繁变化的应用场合，难以保证良好的谐波抑制效果。

发明内容

本发明是为了解决现有谐波抑制技术在调速范围宽、负载扰动大、运行工况频繁变化的应用场合，难以保证良好的谐波抑制效果的问题，现提供高速双三相永磁同步电机的二自由度谐波电流控制方法。

步骤一：对电机的相电压方程进行矢量空间解耦变换，然后变换结果分别进行park变换和park逆变换，分别获得基波同步旋转坐标系下的电压方程以及谐波反同步旋转坐标系下的电压方程；

步骤二：在复频域下分别对步骤一获得的两个电压方程进行拉普拉斯变换，获得两个复频域下的电机传递函数；

步骤三：根据零极点对消的原理将两个电机传递函数分别整定为标准的广义二阶系统，进而获得两个广义二阶系统的控制器传递函数；

步骤四：根据电机控制系统的实际性能要求选取调节时间t_s和二阶系统阻尼系数ζ， 然后求取控制器传递函数中的增益系数；

步骤五：对确定了增益系数的控制器传递函数进行离散，获得两个离散的控制器传递函数；

步骤六：采集电机的相电流，对相电流进行矢量空间解耦变换获得基波静止坐标系下的电流和谐波静止坐标系下的电流，然后对基波静止坐标系下的电流进行park变换获得基波同步旋转坐标系下的电流，对谐波静止坐标系下的电流进行park逆变换获得谐波反同步旋转坐标系下的电流；

步骤七：将给定电流指令和基波同步旋转坐标系下的电流以及谐波反同步旋转坐标系下的电流分别输入至离散后的控制器中，然后对基波同步旋转坐标系下的电压进行带有角度补偿的park逆变换获得基波静止坐标系下的电压，对谐波反同步旋转坐标系下的电压进行带有角度补偿的park变换获得谐波静止坐标系下的电压；