[发明专利]永磁同步电机中齿槽力矩的测量及抑制系统与实现方法

说明书

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制领域，涉及高精度转台系统中永磁同步力矩电机齿槽力矩的测量及抑制系统及方法。

背景技术

永磁同步电机中，有很多干扰力矩的存在，比如齿槽力矩、气隙磁场的谐波、摩擦力矩，等等。这些因素影响了速度的平稳性，降低了系统的性能。针对齿槽力矩，目前基本方法是在优化电机本体的设计和制造环节尽量减少齿槽力矩，如汪旭东等人在文献《永磁电机齿槽力矩综合抑制方法研究现状及展望》(《微电机》，2009，42(12)，pp64-70)中提供的电机设计方面的方法：定子斜槽、转子斜极、改变极弧宽度等。但是由于设计、制造工艺等问题，相对于额定转矩一般仍有1％-3％的齿槽力矩存在。在高精度伺服转台系统中，尤其在低速或超低速运行时，对系统性能的影响将不能忽略。

齿槽力矩是永磁体与线圈绕组的铁心相互作用的结果，是与位置相关的物理量，并且在电机制造之后将不会改变。但是电机制造商很少会提供齿槽力矩的详细参数。齿槽力矩的测量方法目前大部分是采用弹簧秤或称重物的方法，这种方法只能测量电机一周中的几个离散点的齿槽力矩，不能充分反映电机齿槽力矩的详细信息，也不能用来抑制齿槽力矩。

另一种方法是采用扭矩传感器测量。这种方法通过联轴器将电机转子与扭矩传感器连接，固定扭矩传感器的另一端，然后转动电机的定子，扭矩传感器的输出就是齿槽力矩波动。这种方法需要扭矩传感器、联轴器等，且安装、操作非常复杂，不便于实施(A Simple Method for Measuring Cogging Torque in Permanent Magnet Machines.IEEE，2009)。

Z.Q.Zhu等人采用直接转矩控制方法来减小齿槽力矩(Minimizing the Influence of Cogging Torque on Vibration of PM Brushless Machines by Direct Torque Control，IEEE TRANS ON MAGNETICS，42(10)，OCT，2006)。但是齿槽力矩需要事先通过有限元分析软件计算得出，这需要知道电机结构的设计参数，而这些参数电机厂商往往不会提供。

《Torque ripple minimization in PM synchronous motors using iterative learning control》(IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS，VOL.19，NO.2，MARCH 2004)一文，采用迭代学习控制设计了转矩控制器，但是需要转矩传感器来提供转矩参考值，大大增加了系统的复杂度。

陈娟等人通过设计重复控制来减小力矩波动的影响(《电机波动力矩的重复学习控制补偿》，光学精密工程，2003，11(4)，pp390-393)。但文中提供的方法只能针对周期型参考信号，对非周期参考信号，系统性能将极度恶化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术测量精度不高、测量方法复杂的缺点，提供一种永磁同步电机中齿槽力矩的测量及抑制系统与实现方法，在不破坏转台完整性和不增加额外硬件的条件下，辨识出电机连续、精确的齿槽力矩。