[发明专利]一种针对定子连体双轴永磁电机的转矩脉动抑制方法

说明书

本发明公开了一种针对定子连体双轴永磁电机的转矩脉动抑制方法，该方法包括：根据连体电机的转速提取连体电机的转矩脉动并计算谐波电流注入算法所需要的q轴谐波注入电流；针对连体电机由磁极磁力引起的转矩脉动特点，提出采用随机逼近算法对谐波注入电流的相位和幅值进行实时优化；将优化后的谐波注入电流叠加在电流环前，使电机产生相应的电磁转矩来抵消磁极磁力产生的转矩脉动，使连体电机能够平稳运行。该方法有着易实现，系统鲁棒性强的优势，且不过度依赖于电机电气参数。

技术领域

本发明属于电机控制领域，尤其涉及一种针对定子连体双轴永磁电机的转矩脉动抑制方法。

背景技术

一种新型的定子连体双轴永磁电机被提出，其结构能实现双螺杆无齿轮同步传动，具有同步性能强，体积小等优势。定子连体双轴永磁电机两转子之间的同步运行没有依靠机械结构，而是在相连的定子铁心内部通过永磁体之间的异性相吸原理保持同步运行。但是不可避免地，永磁体之间的相互作用力也会带来一定的转矩脉动，这会影响电机的平稳运行、造成系统的振动和产生噪音。

定子连体双轴永磁电机的转矩脉动有着随两侧负载不同变化的特点，能够在负载不平衡时起到辅助同步的作用，可以在负载大的一侧施加更大的切向力，使负载小的一侧产生的切向力减小，从而平衡两侧的负载使两个转子能够同步运行。同时，连体电机的转矩脉动是由永磁体之间的相互作用产生的，转矩脉动周期与连体电机的级数有关。左右两侧系统每转过一对极，转矩脉动经过一个周期，也就是说，连体电机每转过一个机械周期能产生与电机级数相同数量的转矩脉动周期。

转矩脉动反应到连体电机的运行上，会在连体电机运行时产生对应的转速波动。当连体电机处于稳态运行，电机的电磁转矩输出稳定时，永磁体产生的正向切向力会使电机转速上升，负向切向力会使转速下降。而转速的波动幅值与转矩脉动的幅值大小和作用时间有关，因此可以从连体电机的转速波动中得到转矩脉动的特性。

目前关于连体电机的研究都只从电机设计的角度进行分析，没有具体分析连体电机的运行特性和对连体电机运行时的转矩脉动进行抑制。转矩脉动的存在使得连体电机实用性不高，没法应用于工程实际。

发明内容

本发明的目的在于针对连体电机运行时存在显著转矩脉动的问题，提供了一种针对定子连体双轴永磁电机的转矩脉动抑制方法，其基于谐波电流注入法来抵消转矩脉动，并针对连体电机的特点进行谐波电流优化，控制方法鲁棒性强，能有效降低转矩脉动引起的转速波动。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：一种针对定子连体双轴永磁电机的转矩脉动抑制方法，该方法包括以下步骤：

根据连体电机稳态时的转速采样值与给定转速的差值Δω_m计算得到转速波动的幅值与相位；

基于连体电机的数学模型，以及转速波动和转矩脉动关系计算需要的谐波注入电流根据连体电机转矩周期性脉动且会随两侧负载不同变化的特点，利用随机逼近算法对谐波注入电流的幅值和相位进行实时优化；

将优化后的谐波注入电流I_p^*叠加在q轴电流环的输入上使连体电机产生相应的电磁转矩来抵消转矩脉动。

进一步地，通过差值Δω_m计算得到转速波动的幅值与相位，具体为：

首先将磁极磁力带来的切向力矩T_p表示为谐波成分的组合，将连体电机的机械角速度ω_m表示为常量和谐波成分的组合：

式中：T_k和为磁极磁力带来的切向力矩T_p中k次转矩脉动的幅值与相位；Ω₀为连体电机稳态运行时的平均角速度；Ω_k和为连体电机稳态运行时的k次转速波动的幅值与相位；θ_e为连体电机的电角度。