[发明专利]基于混合载波调制的永磁同步电机高频振动噪声抑制方法

说明书

本发明为一种基于混合载波调制的永磁同步电机高频振动噪声抑制方法，包括第一步、确定永磁同步电机及控制系统的载波频率和电信号基波频率；第二步、设定扩频宽度，得到边带电流谐波的上、下限以及振动噪声频谱分布截止频率的上、下限，并将这些参数输入到控制系统中，永磁同步电机运行至稳态；第三步、在控制系统的SVPWM模块的载波生成模块中引入周期性信号，将扩频宽度设为周期性信号的幅值，电信号基波频率设为周期性信号的频率；在SVPWM模块的载波生成模块中引入随机信号，将随机程度系数作为随机程度增益；随机信号与周期性信号进行叠加生成混合载波波动信号，并作用于SVPWM模块的载波生成模块，对边带电流谐波进行抑制。

技术领域

本发明属于电动汽车驱动用永磁同步电机空间矢量脉宽调制技术控制领域，尤其涉及一种基于混合载波调制的永磁同步电机高频振动噪声抑制方法。

背景领域

凭借高功率/转矩密度、高转速区间、高效率以及优良的动态响应等特点，永磁同步电机已被广泛用于电动汽车驱动系统。由于永磁同步电机及其控制系统所引入的电磁振动噪声，对动力传动系统的可靠耐久性、整车层面的NVH(Noise，VibrationHarshness)性能具有重要影响，特别是电机控制系统搭载空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse-width Modulation，SVPWM)技术后，使主控电路的功率逆变器在运行过程中产生高频的谐波电压和谐波电流(或称边带谐波)，所产生的高频谐波磁场与永磁体磁场相互作用，导致电机系统产生高频振动与辐射噪声，这种高频振动噪声的频率分布于载波频率(或称开关频率)及整数倍附近，因而又被称为边带电磁振动噪声或开关电磁振动噪声。为了实现电机控制系统的高功率输出，大多数SVPWM技术将载波频率设定在5000Hz-10000Hz，此频率位于人耳的敏感频带范围内，会令乘驾人员产生不适感，因此亟需采取措施以抑制高频振动噪声。

抑制永磁同步电机高频振动噪声的方法主要有两种方式：提高载波频率与运用谐波扩频调制技术。提高载波频率主要是通过将载波频率提高至人耳不敏感频带甚至超过20000Hz以上，由此消除高频振动噪声对人耳的影响。实践证明，该方法虽然能够有效削弱高频振动噪声对乘驾人员的影响，但是由于硅基的功率器件长时间处于高频工作状态时，会使逆变器开关损耗明显增加，降低电机系统的工作效率。谐波扩频调制技术是基于帕斯维尔(Parseval)原理，即谐波信号在时域和频域内的能量保持恒定，通过扩大谐波信号在频域的分布范围，以达到降低谐波幅值的效果。谐波扩频调制技术可以将原本固定的载波频率以一定的形式、在一定范围内进行波动；波动形式可以分为基于周期信号和离散随机信号的两种类型；波动范围被称为扩频宽度。其中，基于周期信号的谐波扩频调制，随着扩频宽度的增加，抑制效果趋向于饱和；基于离散随机信号的谐波扩频调制的抑制效果优于周期扩频调制，但常用的随机数生成策略方式主要基于数学计算生成方法，即伪随机数生成方法，这会使随机数产生过程中无法避免的产生连续多个随机数大于或小于平均数学期望，进而使载波频率表现出波动不均衡性，使逆变器产生额外的开关损耗；且较大扩频宽度的随机化，会使电机控制系统的谐波含量增加，控制系统的鲁棒性降低。

目前，基于谐波扩频调制技术的抑制方式均是通过单一的谐波扩频调制技术实现，无法克服各自的缺点，抑制效果不佳。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于混合载波调制的永磁同步电机高频振动噪声抑制方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种基于混合载波调制的永磁同步电机高频振动噪声抑制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

第一步、确定永磁同步电机及控制系统的载波频率和电信号基波频率；

第二步、根据经验设定扩频宽度，得到边带电流谐波的上、下限以及振动噪声频谱分布截止频率的上、下限，并将这些参数输入到控制系统中，控制系统控制永磁同步电机运行至稳态；