一种电机定子电流及转矩谐波的分析方法技术

本发明专利技术提出一种电机定子电流及转矩谐波分析方法，可广泛应用于大部分包含了闭环控制策略的电机动力系统中，包括以下步骤：根据控制部分中的算法公式计算得到电机定子电流到逆变器开关控制信号等效电压信号的传递函数；确定噪声源，计算逆变器开关控制信号等效电压信号到噪声源节点前端信号的传递函数，以及噪声源节点后端信号到输出电机定子电流的传递函数；由电机转矩方程得到电机定子电流到电机转矩的传递函数；计算得到整个电机动力系统从噪声源到电机定子电流及转矩的总传递函数；根据计算得到的总传递函数的幅值确定闭环控制策略对相应噪声源的放大或抑制程度，并判断相应闭环控制策略在抑制电机定子电流及转矩谐波方面的优劣性。

An analysis method for stator current and torque harmonics of motor

The present invention provides a harmonic analysis method of motor stator current and torque, which can be widely used in most motor power systems including closed-loop control strategy. It includes the following steps: calculating the transfer function of motor stator current to the equivalent voltage signal of the inverter switching control signal according to the algorithm formula in the control part. The number of noise sources is determined, the transfer function from the equivalent voltage signal of the switching control signal of the inverter to the front-end signal of the noise source node and the transfer function from the back-end signal of the noise source node to the stator current of the output motor are calculated, and the transfer function from the stator current of the motor to the motor torque is obtained from the motor torque equation. The total transfer function of motor power system from noise source to motor stator current and torque; the magnitude of the closed-loop control strategy to amplify or suppress the corresponding noise source is determined according to the calculated total transfer function, and the advantages and disadvantages of the corresponding closed-loop control strategy in suppressing motor stator current and torque harmonics are judged.

【技术实现步骤摘要】
一种电机定子电流及转矩谐波的分析方法
本专利技术涉及电机振动噪声分析
，具体涉及一种电机定子电流及转矩谐波的分析方法，具体分析电机动力系统中闭环控制策略对于电机定子电流及转矩谐波的影响。
技术介绍
随着电机的应用越来越广泛，电机的振动噪声问题越来越受到重视，电机的振动噪声会影响设备的使用寿命，工作性能和操作舒适性等，而电机定子电流及转矩中包含的噪声谐波成分是引起电机振动噪声的主要因素，因此对电机定子电流及转矩谐波的分析有重要意义。随着电机应用的领域日渐广泛和复杂，许多应用工况都要求电机需要有优良的调节转速或调节转矩的性能，而要获得相应的性能则需要加入电机控制器与电机驱动部分形成闭环控制策略来实现，图1即为常用的电机闭环控制模型。然而以往对电机定子电流及转矩谐波的研究主要在电机本体的电磁力波分析，电机固有参数特征分析和机械结构分析等方面，并没有对电机的闭环控制策略对于电机定子电流及转矩谐波的影响进行具体的分析。为此有必要专利技术一种电机定子电流及转矩谐波分析方法，针对电机动力系统中闭环控制策略对于电机定子电流及转矩谐波的影响进行量化分析，有效的对闭环控制策略在抑制电机定子电流及转矩谐波方面的优劣性进行评价。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种电机定子电流及转矩谐波的分析方法，其可广泛应用于所有包含了闭环控制策略的电机动力系统中，能够量化分析闭环控制策略对谐波噪声源的放大或抑制作用，并据此在抑制电机定子电流及转矩噪声谐波方面判断闭环控制策略的优劣性。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：本专利技术提供一种电机定子电流及转矩谐波分析方法，包括以下步骤：步骤S1、将要分析的电机动力系统分为控制部分和驱动部分。对于控制部分，以电机定子电流信号作为输入信号i(t)＝[id(t),iq(t)]，以电机控制器输出的逆变器开关控制信号等效电压信号作为输出信号x1(t)＝[x1d(t),x1q(t)]，具体分析控制部分中的算法公式，得到关于i(t)和x1(t)的第一线性微积分方程组。若有无法化成线性微积分算子的部分，则通过连续函数的最佳平方逼近法进行线性拟合。步骤S2、设I(f)，X1(f)为i(t)，x1(t)的傅立叶变换，代入步骤S1中的线性微积分方程组，则得到从电机定子电流信号I(f)，到逆变器开关控制信号等效电压信号X1(f)的传递函数H1(f)。步骤S3、对于驱动部分，根据电机固有的动态数学模型，在确定非理想因素引起的噪声源n(t)＝[nd(t),nq(t)]的节点后，计算得到关于逆变器开关控制信号等效电压信号x1(t)和噪声源节点前端信号x2(t)＝[x2d(t),x2q(t)]的线性微积分方程组，以及关于噪声源节点后端信号[x2(t)+n(t)]和输出电机定子电流信号i(t)的线性微积分方程组。步骤S4、设X2(f)，N(f)为x2(t)，n(t)的傅立叶变换，代入步骤S3中的线性微积分方程组，则得到从逆变器开关控制信号等效电压信号X1(f)到噪声源节点前端信号X2(f)的传递函数H2(f)，以及噪声源节点后端信号[X2(f)+N(f)]到输出电机定子电流信号I(f)的传递函数H3(f)。步骤S5、由电机转矩方程得到电机定子电流信号I(f)到电机转矩信号T(f)的传递函数H4(f)；步骤S6、由步骤S2、S4、S5得到的传递函数，计算得到整个电机动力系统从噪声源N(f)到电机定子电流信号I(f)的总传递函数为：从噪声源N(f)到电机转矩信号T(f)的总传递函数为：式中E为2x2的单位矩阵。步骤S7、根据步骤S6中计算得到的总传递函数的幅值确定闭环控制策略对相应噪声源N(f)的放大或抑制程度，并判断相应闭环控制策略在抑制电机定子电流及转矩谐波方面的优劣性。进一步地，步骤S1中推导出线性微积分方程的过程中，通过连续函数的最佳平方逼近法将无法化成线性微积分算子的部分进行线性拟合。进一步地，步骤S6中所述整个电机动力系统从噪声源N(f)到电机定子电流信号I(f)的总传递函数的形式为：式中E为2x2的单位矩阵。进一步地，步骤S6中所述整个电机动力系统从噪声源N(f)到电机转矩信号T(f)的总传递函数的形式为：式中E为2x2的单位矩阵。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：本专利技术提供了分析电机控制策略对于电机定子电流及转矩谐波影响作用的方法，有助于在工程实践中在抑制定子电流及转矩噪声谐波方面选择性能更优的控制策略以及对控制策略的控制参数进行优化，本专利技术的定子电流及转矩谐波分析方法具有普适性。附图说明图1是现有技术中常用的电机闭环控制模型的示意图；图2是实施例中所分析的电机动力系统框图；图3是本专利技术中电机定子电流及转矩谐波分析方法的流程图；图4是实施例中控制部分信号传递示意图；图5是实施例中驱动部分信号传递示意图；图6是噪声源Nd(f)到电机定子电流信号Id(f)的传递函数示意图；图7是噪声源Nd(f)到电机定子电流信号Iq(f)的传递函数示意图；图8是噪声源Nq(f)到电机定子电流信号Id(f)的传递函数示意图；图9是噪声源Nq(f)到电机定子电流信号Iq(f)的传递函数示意图；图10是噪声源Nd(f)到电机转矩信号T(f)的传递函数示意图；图11是噪声源Nq(f)到电机转矩信号T(f)的传递函数示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例本实施例以图2所示的电机动力系统作为分析对象，该电机动力系统使用的控制策略为基于空间矢量调制的直接转矩控制，所选电机为永磁同步电机。如图3所示，为本实施例中电机定子电流及转矩谐波分析方法的流程图，包括以下步骤：步骤S1、对控制部分的传递路径进行分析简化如图4所示，以电机定子电流信号(电机定子电流)作为输入信号i(t)＝[id(t),iq(t)]，id(t),iq(t)分别为直交轴电流，以电机控制器输出的逆变器开关控制信号等效电压信号作为输出信号x1(t)＝[x1d(t),x1q(t)]，x1d(t),x1q(t)分别为逆变器开关控制信号直交轴等效电压，根据控制部分中的算法公式有方程组：其中,中间量有：Te为电磁转矩，ω为转子转速计算值，δ为负载角，ψd和ψq为直交轴定子磁链；常量有R为定子绕组电阻，Ld、Lq为直交轴电感，ωr为转子转速设定值，p为极对数，Δt为调制周期，Ψs为定子磁链幅值，Ψf为转子磁链幅值，kp1、ki1、kp2、ki2为PI参数，J为转子转动惯量，vdamp为转子转动阻力系数，Tm为负载转矩。其中，sin(δ)和cos(δ)为非线性项，使用连续函数的最佳平方逼近法线性拟合：cos(δ)≈C1δ+C0sin(δ)≈S1δ+S0式中C1、C0、S1和S0为余弦和正弦函数的线性化系数。这样便得到了第一线性微积分方程组：步骤S2、设I(f)，X1(f)为i(t)，x1(t)的傅立叶变换，代入步骤S1中的第一线性微积分方程组，则得到从电机定子电流信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电机定子电流及转矩谐波的分析方法，其特征在于，所述的分析方法包括以下步骤：S1、将要分析的电机动力系统分为控制部分和驱动部分，对于控制部分，以电机定子电流信号作为输入信号i(t)，以电机控制器输出的逆变器开关控制信号等效电压信号作为输出信号x1(t)，通过分析控制部分中的算法公式，得到关于i(t)和x1(t)的第一线性微积分方程组；S2、设I(f)，X1(f)为i(t)，x1(t)的傅立叶变换，代入所述的第一线性微积分方程组，则得到从电机定子电流信号I(f)到逆变器开关控制信号等效电压信号X1(f)的传递函数H1(f)；S3、对于驱动部分，根据电机固有的动态数学模型，在确定非理想因素引起的噪声源n(t)的节点后，计算得到逆变器开关控制信号等效电压信号x1(t)和噪声源节点前端信号x2(t)的微积分方程，以及噪声源节点后端信号[x2(t)+n(t)]到输出电机定子电流信号i(t)的第二线性微积分方程组；S4、设X2(f)，N(f)为x2(t)，n(t)的傅立叶变换，代入所述的第二线性微积分方程组，则得到从逆变器开关控制信号等效电压信号X1(f)到噪声源节点前端信号X2(f)的传递函数H2(f)，以及噪声源节点后端信号[X2(f)+N(f)]到输出电机定子电流信号I(f)的传递函数H3(f)；S5、由电机转矩方程得到电机定子电流信号I(f)到电机转矩信号T(f)的传递函数H4(f)；S6、由传递函数H1(f)、传递函数H2(f)、传递函数H3(f)、传递函数H4(f)计算得到整个电机动力系统从噪声源N(f)到电机定子电流信号I(f)的总传递函数HI(f)和噪声源N(f)到电机转矩信号T(f)的总传递函数HT(f)；S7、根据所述的总传递函数HI(f)和总传递函数HT(f)的幅值确定闭环控制策略对相应噪声源N(f)的放大或抑制程度，并判断相应闭环控制策略在抑制电机定子电流及转矩谐波方面的优劣性。...

【技术特征摘要】
1.一种电机定子电流及转矩谐波的分析方法，其特征在于，所述的分析方法包括以下步骤：S1、将要分析的电机动力系统分为控制部分和驱动部分，对于控制部分，以电机定子电流信号作为输入信号i(t)，以电机控制器输出的逆变器开关控制信号等效电压信号作为输出信号x1(t)，通过分析控制部分中的算法公式，得到关于i(t)和x1(t)的第一线性微积分方程组；S2、设I(f)，X1(f)为i(t)，x1(t)的傅立叶变换，代入所述的第一线性微积分方程组，则得到从电机定子电流信号I(f)到逆变器开关控制信号等效电压信号X1(f)的传递函数H1(f)；S3、对于驱动部分，根据电机固有的动态数学模型，在确定非理想因素引起的噪声源n(t)的节点后，计算得到逆变器开关控制信号等效电压信号x1(t)和噪声源节点前端信号x2(t)的微积分方程，以及噪声源节点后端信号[x2(t)+n(t)]到输出电机定子电流信号i(t)的第二线性微积分方程组；S4、设X2(f)，N(f)为x2(t)，n(t)的傅立叶变换，代入所述的第二线性微积分方程组，则得到从逆变器开关控制信号等效电压信号X1(f)到噪声源节点前端信号X2(f)的传递函数H2(f)，以及噪声源节点后端信号[X2(f)+N(f)]到输出电机定子电流信号I(f)的传递函数H3(f)；S5、由电机转矩方程得到电机定子电流信号I(f)到电机转矩信号T(f)的传递函数H4(f)；S6、由传递函数H1(f)、传递函数H2(f)、传递函数H3(f)、传递函数H4(f)计算得到整个电机动力系统从噪声源N(f)到电机定子电流信号I(f)的总传递函数HI(f)和噪声源N(f)到电机转矩信号T(f)的总传递函数HT(f)；S7、根据所述的总传递函数HI(f)和总传递函数HT(f)的幅值确定闭环控制策略对相应噪声源N(f)的放大或抑制程度，并判断相应闭环控制策略在抑制电机定子电流及转矩谐波方面的优劣性。2.根据权利要求1所述的一种电机定子电流及转矩谐波的分析方法，其特征在于，所述的步骤S1过程如下：以电机定子电流信号作为输入信号i(t)＝[id(t),...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兆乾，杨志坚，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44