[发明专利]消除轮毂电机转矩脉动的控制绕组补偿电流快速整定方法

说明书

本发明公开了一种消除轮毂电机转矩脉动的控制绕组补偿电流快速整定方法，包括以下步骤：步骤S1，采集转矩信号；步骤S2，提取转矩谐波；步骤S3，整定电流频率和相位：根据转矩谐波中的频率和相位特征，精确计算得到补偿电流的频率和相位；步骤S4，整定电流幅值：以转矩中特定频率的谐波幅值为控制对象，采用二次曲线拟合的电流幅值自适应迭代法，以跟踪真实的转矩‑电流曲线，对电流幅值进行微调，使目标谐波转矩幅值趋向于0；步骤S5，输出补偿电流。本发明基于单相补偿绕组结构以及电机电磁原理的频率/相位直接求解方法，具有计算量小、精度高的优点，基于二次曲线拟合算法的电流幅值整定方法具有收敛快速以及对电机未知参数不敏感的鲁棒性优势。

技术领域

本发明涉及轮毂电机驱动的电动汽车技术领域，尤其是轮毂电机驱动控制领域。

背景技术

采用分布式轮毂电机驱动是轻型电动汽车未来的发展方向。电动汽车的轮毂电机属于外转子永磁同步电机，其结构简单，操控灵活，但行驶中动态载荷(车身颠簸等)直接施加在车辆车轮和电机上，引起较明显的电机转矩波动，影响行驶舒适性和安全性。

目前，已公布的“控制电动汽车外转子轮毂电机转矩脉动”方面的专利成果较少，而针对常规内转子永磁同步电机的转矩脉动控制，现有技术方案分为两类：第一类为电机本体结构优化，如定/转子斜槽或者斜极、磁极形状优化、分数槽结构、极弧系数组合优化等(如CN201910334884.7，CN201810301554.3)，这类方法适用于在设计阶段对电机物理结构进行改造，以削弱特定的静态转矩谐波，一旦设计定型后结构不再改变，无法削弱其它动态转矩谐波(如制造过程引起的偏心、外力冲击下的形变偏心、不对称定子电流等)。第二类为采用电机控制策略抑制转矩脉动，即通过控制施加在定子绕组上的电压或电流波形来抑制转矩脉动。如专利CN201110054889.8公开一种基于直接转矩控制的永磁电机转矩脉动抑制方法，其针对电机本体结构中存在的定位谐波力矩，在给定电磁转矩基础之上直接注入附加谐波电流，使得附加谐波转矩与定位力矩中的基波分量及高次谐波分量幅值相等、相位相反，相互抵消，实现抑制转矩脉动。专利CN201910127436.X公开一种永磁发电机的转矩脉动抑制方法和系统，其以转矩脉动为控制目标，通过电流闭环自动调整注入电流谐波给定量，并叠加至控制器的电流环以实现补偿后的电流跟踪，从而抑制电机转矩脉动。另外，已公布并授权的CN201511006191.3一种轮毂电机驱动的电动汽车轮毂侧电磁减震控制方法，CN201710815905.8一种电动汽车消除轮毂电机电磁扭矩脉动的方法，也属于采用电机控制策略抑制转矩脉动的方案。

进一步，第二类方案中的电压或电流补偿注入方式也可分为主绕组注入或附加绕组注入两类。其中主绕组电流注入方案无需改造电机绕组结构，但由于需要从主电流信号中滤波并提取谐波电流信号，存在信噪耦合问题，其信号处理过程易受运行工况的影响，抗干扰能力有限。而附加绕组电流注入方案需要在电机定子中添加额外的控制绕组，其电流提取和控制的过程相对于主绕组是独立的，控制算法简单鲁棒性强，转矩抑制效果更好。

如上所述，第一类为基于电机本体结构优化的转矩脉动抑制方案，适用于在电机设计阶段削弱特定的静态转矩谐波，一旦设计定型后电机结构不能改变，无法削弱动态转矩谐波，灵活性不强，且对电机加工工艺要求高，增加了制造成本。第二类基于控制策略的转矩脉动抑制方案，灵活性强，不增加电机设计与制造成本，但控制过程较为复杂，对控制器性能要求较高，且对电机运行效率有一定影响。总体而言，第二类方法优于第一类方法。