[发明专利]一种基于梯度下降法的稳态工况下的转速谐波抑制方法

说明书

本发明涉及一种基于梯度下降法的稳态工况下的转速谐波抑制方法。包括以下步骤：一、测量电机的转速值，并通过低通滤波和旋转坐标变换提取转速谐波的幅值；二、向系统注入一个电压谐波，注入电压谐波在角域重构为注入电压信号，加入到电压指令中；三、改变注入电压谐波的相位，观察转速谐波幅值的变化，用梯度下降法找出使转速谐波幅值最小的注入电压谐波最优相位；四、使用找到的最优电压谐波相位，改变注入电压谐波的幅值，观察转速谐波幅值的变化，用梯度下降法找出使转速谐波幅值最小的注入电压谐波最优幅值；五、将注入电压谐波的幅值和相位分别设置为步骤三和四中找到的最优值，即可有效抑制转速谐波。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及用于永磁同步电机控制、基于梯度下降法的稳态工况下的转速谐波抑制方法。

背景技术

永磁同步电机（以下简称PMSM）具有运行稳定、高效节能、外形多样、结构简单、轻型化等突出优点，目前已经广泛应用于日常生活、现代化工业生产和国防中，如家用电器、汽车电子、转台系统和航空航天等系统。然而，磁场的空间谐波、电枢电流的时间谐波、齿槽转矩、相位不平衡等因素使永磁同步电机产生的转矩脉动较明显。为了满足这些系统对伺服精度和低速平稳性的要求，低转矩脉动成为高精度伺服电机一项重要的设计要求。所以，研究永磁同步电机转矩脉动的抑制方法具有重大的实际意义。

目前电机转矩脉动的抑制手段主要分为两种，一种是对电机的机械设计进行改进，另一种是应用控制算法对定子电流进行主动控制。技术文献(Wu Z, Yang Z, Ding K,et al. Order-Domain-Based harmonic injection method for multiple speedharmonics suppression of PMSM[J]. IEEE Transactions on Power Electronics,2020, 36(4): 4478-4487.) (Feng G, Lai C, Tian J, et al. Multiple referenceframe based torque ripple minimization for PMSM drive under both steady-stateand transient conditions[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, 34(7): 6685-6696.) 中设计了谐波注入算法通过抑制转速谐波的方式抑制转矩脉动，但是没有考虑到注入电压谐波和转速谐波的关系的变化的影响。(Yan L, Liao Y, Lin H, etal. Torque ripple suppression of permanent magnet synchronous machines byminimal harmonic current injection[J]. IET Power Electronics, 2019, 12(6):1368-1375.) 采用梯度下降法寻找使转速谐波最小化的最优注入电流谐波，但是需要增加对注入电流谐波的控制，较为复杂，计算量大。

发明内容

本发明的目的在于解决转矩脉动引起的转速脉动和结构疲劳损伤等问题；提出了一种基于梯度下降法的稳态工况下的转速谐波抑制方法；能够降低控制难度，不需要控制电流谐波，而且不需要推导注入电压谐波和转速谐波复杂的关联公式。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于梯度下降法的稳态工况下的转速谐波抑制方法，其包括如下步骤：

步骤一、在永磁同步电机稳定运行时，测量电机的转速值ω_r(t)，并通过低通滤波和公式计算得到第k阶转速谐波的幅值A_ωk；

步骤二、向系统注入一个q轴电压谐波，注入电压谐波在角域重构为注入电压信号，加入到电压指令中；

步骤三、保持注入电压谐波幅值不变，改变它的相位，转速谐波幅值发生变化，用梯度下降法找出使转速谐波的幅值A_ωk达到最小的注入电压谐波最优相位θ_uqkM；