永磁同步电机q轴电流补偿值确定方法及脉动抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机q轴电流补偿值确定方法及脉动抑制方法，电流补偿值确定方法包括：同步采集q轴电流反馈信号i

Determination of q-axis current compensation value of permanent magnet synchronous motor and method of pulse suppression

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机q轴电流补偿值确定方法及脉动抑制方法
本专利技术属于电机控制领域，更具体地，涉及一种永磁同步电机q轴电流补偿值确定方法及脉动抑制方法。
技术介绍
永磁同步电机凭借其高效、高可靠性、高转矩惯量比、快速响应等优点得到广泛应用，如数控机床、电动汽车等。但是同步电机转矩脉动会降低同步电机的性能，以数控机床的进给轴上使用的同步电机为例，转矩波动会导致加工精度的降低，无法满足高端应用场合，而且由此产生的速度变化可能在伺服控制过程引起位置轨迹波动，损坏零件，还可能在机械上引起噪声甚至系统共振，损害现场人员的听力，威胁机床整体的安全。导致电机转矩脉动的原因包括但不局限于如下原因：①电机的设计制造缺陷，如三相电阻电感不平衡，磁场分布不对称；②电流传感器的测量误差，如电流传感器增益不匹配和测量的直流偏置；③电力电子设备的变化，如逆变器死区带来的影响；④电机负载连接不合适引起的转矩变化；⑤齿槽转矩。当前的解决方案在整体上分为优化电机设计和优化控制算法。其中，设计新的电机结构存在设计周期长，应用周期长的问题，难以解决也尚未解决谐波频率分布广泛的问题；现有的优化算法主要集中在时域研究，通过设计时域滤波器完成对谐波信号的提取，再进行补偿，但是其反馈补偿的结构带来相位延迟，会降低系统的响应，而且预先不知道工作转速的情况下，滤波器的设计会变得更加复杂，另外，当前基于空间域的研究则多使用查表法，此方法受限于控制系统处理器芯片的内存和位置反馈编码器精度，在区间计算时存在舍入误差，精度会受到限制，补偿值与实际不匹配可能造成补偿效果恶化。
技术实现思路
本专利技术提供一种永磁同步电机q轴电流补偿值确定方法及转矩脉动抑制方法，用以解决现有电流补偿方法因采用时域分析而存在时间滞后、采用空域分析存在内存受限进而导致转矩脉动抑制复杂度高的技术问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种永磁同步电机q轴电流补偿值确定方法，包括：同步采集q轴电流反馈信号iq及转子位置信号θm，基于θm确定转子所在位置区间，将该区间次数累加1并对iq做同步平均，重复所述同步采集，直至各区间次数累加值大于阈值，其中，所有区间无重叠构成转子一周；对以正向或反向旋转方向排列的各区间对应的同步平均结果值进行快速傅里叶变换，得到电流信号关于位置的频域特征信息，从所述频率特征信息中确定待补偿空间频率分量的幅值和相角，以构建q轴电流补偿函数；基于待补偿时刻的电机转速及转子位置信息，预估电机转子实际补偿时刻的位置并输入所述电流补偿函数，得到q轴电流补偿值。本专利技术的有益效果是：本方法首先将转子一周分成多个区间，之后多次同步采集转子位置信息和q轴电流反馈信号，每次采集之后，根据位置信息确定转子所在区间，并对该区间分配次数累计加1，同时对该次q轴电流反馈信号进行同步平均；为了保证所有区间均能够采集到足够的数据，为所有区间数据设置采样数量阈值，当所有区间的分配次数大于阈值后，停止采样，其后进行后续快速傅里叶变换得到电流信号关于位置的频域特征信息；最后，基于傅立叶变换得到的频域特征信息，确定待补偿空间频率分量，用以构建q轴电流补偿函数进行电流补偿值计算。本专利技术将时域信息转换到空间域，得到电流补偿函数，这在电流补偿计算时，可以根据反馈的转速及位置信息，利用外推法，预测转子位置，基于预测的转子位置采用电流补偿函数计算电流补偿值，不会有相位延迟，避免了现有基于时域信息提取补偿电流值而存在时间滞后的问题，且电流补偿值计算较为精确、可靠，整个过程不影响系统的动态性能，只对电流环响应带宽有一定要求，适用于低、中、高转速工况或带载/空载工况，且本方法不需要额外的装置，不需要调整各控制环节结构、参数，操作简单，只占用较少计算资源，有效解决了现有电流补偿方法因采用时域分析而存在时间滞后而采用空域分析存在内存受限进而导致转矩脉动抑制的复杂度高的技术问题。上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所有所述区间的个数为2的正整数次幂，且每个区间的编码器编码长度大于等于1。进一步，所有所述区间中，以磁场定向角度为0的位置所在的区间为第一个区间。本专利技术的进一步有益效果是：以磁场定向角度为0的位置所在的区间为第一个区间，以方便确定每个区间的具体位置，降低计算复杂度。进一步，所述磁场定向角度为0的位置位于第一个区间的中心；则所述基于θm确定转子所在位置区间，具体为：若转子旋转方向与区间排序方向相同，则转子所在位置区间编号其中，N为区间总个数；若转子旋转方向与区间排序方向相反，则转子所在位置区间编号进一步，所述同步采集具体为：在电机低速空载或带恒转矩负载运行下，同步采集q轴电流反馈信号iq及转子位置信号θm。本专利技术的进一步有益效果是：由于驱动电机在低速下(如50rpm)空载或带恒转矩负载运行时，信号方便采集且采集精度高，因此，在低速工况下，同时采样q轴电流反馈信号iq以及位置信号θm，以提高电流补偿函数的构建精度。进一步，任一区间对应的第l次同步平均的同步平均结果值iq.l为第l次同步平均对应的q轴电流反馈信号。本专利技术的进一步有益效果是：本专利技术采用同步平均，可以将计算任务分散到各个时间，减小采样完成后CPU的计算压力。进一步，所述待补偿空间频率分量的个数r至少为三个，且包括p、2p和6p，其中，p为电机极对数。本专利技术的进一步有益效果是：由于造成永磁同步电机转矩脉动的主要因素来自p、2p和6p，这三个的频率分量对应的幅值较大。因此，本专利技术将待补偿空间频率分量设置为至少上述三个，以进行有效脉动抑制。进一步，所述q轴电流补偿函数表示为：其中，r待补偿空间频率分量的总个数，Ai为第i个待补偿空间频率分量的幅值，ωi为第i个待补偿空间频率分量的空间角频率，为第i个待补偿频率的相位。本专利技术的进一步有益效果是：采用上述补偿函数，可以灵活调相，加入预测角度信息，可以根据需要和实际情况调整各个频率的幅值。本专利技术还提供一种永磁同步电机转矩脉动抑制方法，包括：对电机的控制系统进行调试以使得电机稳定工作，调节优化转速环以匹配负载机电特性，调节电流环以保证电流响应；采用如上所述的任一种永磁同步电机q轴电流补偿值确定方法，得到q轴电流补偿值；将所述q轴电流补偿值与转速环实际输出的q轴电流指令叠加，作为给电流环输入，完成转矩脉动补偿抑制。本专利技术的有益效果是：本方法在进行电流补偿函数确定之前，先对电机的控制系统进行调试，使得电机可以稳定工作，并且调节优化转速环以匹配负载机电特性，调节电流环保证电流环带宽较大，电流响应速度较快。该前提条件，在现有电机控制系统对电机进行正常控制的基础上，进行优化电机控制，锦上添花，有效降低转矩脉动，不需要额外的装置，不需要调整各控制环节结构、参数，操作简单，只占用较少计算资源，抑制过程简单，实用性强。本专利技术还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述任一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机q轴电流补偿值确定方法，其特征在于，包括：/n同步采集q轴电流反馈信号i

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机q轴电流补偿值确定方法，其特征在于，包括：
同步采集q轴电流反馈信号iq及转子位置信号θm，基于θm确定转子所在位置区间，将该区间次数累加1并对iq做同步平均，重复所述同步采集，直至各区间次数累加值大于阈值，其中，所有区间无重叠构成转子一周；
对以正向或反向旋转方向排列的各区间对应的同步平均结果值进行快速傅里叶变换，得到电流信号关于位置的频域特征信息，从所述频率特征信息中确定待补偿空间频率分量的幅值和相角，以构建q轴电流补偿函数；
基于待补偿时刻的电机转速及转子位置信息，预估电机转子实际补偿时刻的位置并输入所述电流补偿函数，得到q轴电流补偿值。


2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机q轴电流补偿值确定方法，其特征在于，所有所述区间的个数为2的正整数次幂，且每个区间的编码器编码长度大于等于1。


3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机q轴电流补偿值确定方法，其特征在于，所有所述区间中，以磁场定向角度为0的位置所在的区间为第一个区间。


4.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机q轴电流补偿值确定方法，其特征在于，所述磁场定向角度为0的位置位于第一个区间的中心；
则所述基于θm确定转子所在位置区间，具体为：
若转子旋转方向与区间排序方向相同，则转子所在位置区间编号其中，N为区间总个数；
若转子旋转方向与区间排序方向相反，则转子所在位置区间编号


5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机q轴电流补偿值确定方法，其特征在于，所述同步采集具体为：
在电机低速空载或带...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴佳明，李叶松，谢斌，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42