电机设备及抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统和方法技术方案

本申请公开了一种抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统，包括：永磁同步电机控制系统主体；信号调理模块，用于接收电流反馈信号并提取出位置跟踪误差信号ε(Δθ)；观测模块，用于根据接收的输入信号ε′(Δθ)输出位置反馈信号

【技术实现步骤摘要】
电机设备及抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统和方法
本专利技术涉及自动控制
，特别是涉及一种电机设备及抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统和方法。
技术介绍
永磁同步电机因其转矩密度大，能效高的优点而广泛应用于多种工业场合中，特别是拉丝机，注塑机，起重提升等场合通常要求电机在低速下具备大转矩输出的能力。为满足这样的需求，电机在运行过程中须保持较为精确的转子磁场定向。而出于系统成本和可靠性方面的考虑，实际方案中往往选择无感矢量观测器代替成本较高的位置传感器来实现转子位置信息的获取。当永磁同步电机低速运行时，通常选用的是基于高频电压注入的无感矢量控制算法，该算法相比与反电动势检测算法具有更高的信噪比，能够更可靠地估计转子磁场位置，达到更好的转速和转矩控制效果。例如图1为常用的基于高频电压注入的永磁同步电机无感矢量控制结构框图。在高频注入算法中，观测器的输入是从高频电流响应中提取出的位置跟踪误差信号。在电机运行过程中，由于电流采样的零漂、增益误差和逆变器的死区效应，分别会在观测器的输入信号中产生1次，2次和6次谐波，这些谐波经过闭环观测器放大后，会产生谐波形式的转速观测误差以及位置观测误差，并且叠加到转速以及位置的反馈信号中，由此产生了转速响应的低频脉动。针对该低频脉动问题，通过一些硬件方法可以有效解决，例如采用高精度低温漂的运算放大器与模数转换器减小电流采样误差，根据三相输出电压的测量值对驱动脉冲进行修正抑制死区效应等，但这类方法会大幅增加成本，仅在部分高端应用场合中使用。还有的方案采用基于电流谐波检测的方法对电流采样值进行在线校正或者对指令定子电压进行在线补偿，虽然能抑制电机的稳态转速脉动且不需要电机的参数信息，但仅适用于非高频电压注入的基波电流控制。综上所述，如何有效地抑制永磁同步电机稳态转速脉动，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电机设备及抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统和方法，以有效地抑制永磁同步电机稳态转速脉动。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统，包括永磁同步电机控制系统主体；信号调理观测器，且所述信号调理观测器包括：信号调理模块，用于接收电流反馈信号并提取出位置跟踪误差信号ε(Δθ)；观测模块，用于根据接收的输入信号ε′(Δθ)输出位置反馈信号以及转速反馈信号以使所述永磁同步电机控制系统主体根据所述位置反馈信号以及所述转速反馈信号进行永磁同步电机的闭环反馈控制；脉动补偿模块，用于基于所述观测模块的输出信号，构建出针对第n次谐波的补偿信号εcn(Δθ)，以抵消所述位置跟踪误差信号ε(Δθ)中包含的第n次谐波，其中，ε′(Δθ)＝ε(Δθ)-εcn(Δθ)。优选的，所述脉动补偿模块包括：谐波幅值提取单元，用于基于所述观测模块的输出信号，提取出所述输出信号中的第n次谐波的谐波幅值Kn；积分调节单元，用于对所述谐波幅值Kn进行调节得到所述积分调节单元的输出Kcps；以使得经过调节之后输出的Kcps等于所述位置跟踪误差信号ε(Δθ)中的第n次谐波的谐波幅值；输出单元，用于将作为所述补偿信号εcn(Δθ)进行输出；其中，为所述观测模块输入的角频率为的谐波信号与所述观测模块输出的相同角频率的谐波信号之间的相位差。优选的，所述观测模块为由一个PI环节以及一个积分环节构成的观测模块，所述观测模块的输入信号到输出的位置反馈信号的传递函数表示为：其中，s为复频域算子，ωn为所述观测模块的带宽；且为给定转速信号。优选的，所述谐波幅值提取单元，具体用于：将所述观测模块输出的所述位置反馈信号减去基波分量将得出的差值与相乘之后输入至低通滤波环节，以提取出所述位置反馈信号中包括的第n次谐波的谐波幅值Kn，其中，为给定转速信号。优选的，还包括：补偿触发抉择模块，用于判断所述永磁同步电机是否处于稳态运行阶段，如果是，则允许所述脉动补偿模块输出所述补偿信号εcn(Δθ)，如果否，将所述脉动补偿模块输出的补偿信号εcn(Δθ)调整为0。优选的，所述补偿触发抉择模块具体用于：当判断出成立，且成立的持续时长大于等于预设的第一时长阈值时，确定所述永磁同步电机处于稳态运行阶段，并允许所述脉动补偿模块输出所述补偿信号εcn(Δθ)；当判断出不成立，或者判断出成立但是成立的持续时长小于所述第一时长阈值时，确定所述永磁同步电机不处于稳态运行阶段，将所述脉动补偿模块输出的补偿信号εcn(Δθ)调整为0。优选的，所述脉动补偿模块构建出的补偿信号εcn(Δθ)为针对第1次谐波的第一补偿信号εc1(Δθ)；还包括：第二脉动补偿模块，用于基于所述观测模块的输出信号，构建出针对第2次谐波的第二补偿信号εc2(Δθ)，以抵消所述位置跟踪误差信号ε(Δθ)中包含的第2次谐波；第三脉动补偿模块，用于基于所述观测模块的输出信号，构建出针对第6次谐波的第三补偿信号εc6(Δθ)，以抵消所述位置跟踪误差信号ε(Δθ)中包含的第6次谐波；其中，ε′(Δθ)＝ε(Δθ)-εc1(Δθ)-εc2(Δθ)-εc6(Δθ)。一种抑制永磁同步电机稳态转速脉动的方法，包括永磁同步电机控制系统主体；信号调理观测器，且所述信号调理观测器包括：信号调理模块接收电流反馈信号并提取出位置跟踪误差信号ε(Δθ)；观测模块根据接收的输入信号ε′(Δθ)输出位置反馈信号以及转速反馈信号以使所述永磁同步电机控制系统主体根据所述位置反馈信号以及所述转速反馈信号进行永磁同步电机的闭环反馈控制；脉动补偿模块基于所述观测模块的输出信号，构建出针对第n次谐波的补偿信号εcn(Δθ)，以抵消所述位置跟踪误差信号ε(Δθ)中包含的第n次谐波，其中，ε′(Δθ)＝ε(Δθ)-εcn(Δθ)。优选的，还包括：补偿触发抉择模块判断所述永磁同步电机是否处于稳态运行阶段，如果是，则允许所述脉动补偿模块输出所述补偿信号εcn(Δθ)，如果否，将所述脉动补偿模块输出的补偿信号εcn(Δθ)调整为0。一种电机设备，包括上述任一项所述的抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统。应用本专利技术实施例所提供的技术方案，通过信号补偿来抑制永磁同步电机稳态转速脉动，因此不会提高方案的实施成本，也能够适用于基于高频电压注入的永磁同步电机无感矢量控制的方案。而具体实施补偿时，本申请是设置了脉动补偿模块，是考虑到观测模块的输出信号中含有谐波信息，因此可以基于输出信号构建出针对第n次谐波的补偿信号。即脉动补偿模块可以基于观测模块的输出信号，构建出针对第n次谐波的补偿信号εcn(Δθ)，从而抵消位置跟踪误差信号ε(Δθ)中包含的第n次谐波，补偿后的信号也即观测模块的输入信号便可以表示为ε′(Δθ)＝ε(Δθ)-εcn(Δθ)。可以看出，由于本申请根据观测模块的输出信号，对观测模块的输入信号进行了补本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统，其特征在于，包括/n永磁同步电机控制系统主体；/n信号调理观测器，且所述信号调理观测器包括：/n信号调理模块，用于接收电流反馈信号并提取出位置跟踪误差信号ε(Δθ)；/n观测模块，用于根据接收的输入信号ε′(Δθ)输出位置反馈信号

【技术特征摘要】
1.一种抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统，其特征在于，包括
永磁同步电机控制系统主体；
信号调理观测器，且所述信号调理观测器包括：
信号调理模块，用于接收电流反馈信号并提取出位置跟踪误差信号ε(Δθ)；
观测模块，用于根据接收的输入信号ε′(Δθ)输出位置反馈信号以及转速反馈信号以使所述永磁同步电机控制系统主体根据所述位置反馈信号以及所述转速反馈信号进行永磁同步电机的闭环反馈控制；
脉动补偿模块，用于基于所述观测模块的输出信号，构建出针对第n次谐波的补偿信号εcn(Δθ)，以抵消所述位置跟踪误差信号ε(Δθ)中包含的第n次谐波，其中，ε′(Δθ)＝ε(Δθ)-εcn(Δθ)。


2.根据权利要求1所述的抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统，其特征在于，所述脉动补偿模块包括：
谐波幅值提取单元，用于基于所述观测模块的输出信号，提取出所述输出信号中的第n次谐波的谐波幅值Kn；
积分调节单元，用于对所述谐波幅值Kn进行调节得到所述积分调节单元的输出Kcps；以使得经过调节之后输出的Kcps等于所述位置跟踪误差信号ε(Δθ)中的第n次谐波的谐波幅值；
输出单元，用于将作为所述补偿信号εcn(Δθ)进行输出；其中，为所述观测模块输入的角频率为的谐波信号与所述观测模块输出的相同角频率的谐波信号之间的相位差。


3.根据权利要求2所述的抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统，其特征在于，所述观测模块为由一个PI环节以及一个积分环节构成的观测模块，所述观测模块的输入信号到输出的位置反馈信号的传递函数表示为：其中，s为复频域算子，ωn为所述观测模块的带宽；且为给定转速信号。


4.根据权利要求2所述的抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统，其特征在于，所述谐波幅值提取单元，具体用于：
将所述观测模块输出的所述位置反馈信号减去基波分量将得出的差值与相乘之后输入至低通滤波环节，以提取出所述位置反馈信号中包括的第n次谐波的谐波幅值Kn，其中，为给定转速信号。


5.根据权利要求1至4任一项所述的抑制永磁同步电机稳态转速脉动的系统，其特征在于，还包括：
补偿触发抉择模块，用于判断所述永磁同步电机是否处于稳态运行阶段，如果是，则允许所述脉动补偿模块输出所述补偿信号εcn(Δθ)，如果否，将所述脉动补偿模块输出的补偿信号εcn(Δθ)调整为0。

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，沈文，王二峰，吴轩钦，
申请(专利权)人：深圳市英威腾电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44