交流电机电压源逆变器干扰特性自学习方法技术

本发明专利技术公开了一种交流电机电压源逆变器干扰特性自学习方法，属于电机控制领域，在无逆变器干扰补偿情况下起动电机至稳态运行；采用逆变器干扰观测器获取d‑q轴的逆变器干扰；将d‑q轴的逆变器干扰利用派克变换转换到ABC三相静止坐标系下的逆变器干扰；利用傅里叶变换逆变器干扰变换到频域上，从频域上重构经ABC三相转换获取的逆变器干扰中缺失的3次及3的奇整数倍次谐波；叠加重构的谐波获取完整的逆变器干扰特性。该方法为无需人工标定的自动获取交流电机逆变器干扰特性的通用方法，通过逆变器干扰观测器来估计并重构逆变器干扰特性，实现无人工干预，无额外硬件条件下精确地逆变器干扰特性获取，有效提升产品开发自动化水平。

【技术实现步骤摘要】
交流电机电压源逆变器干扰特性自学习方法
本专利技术属于电机控制领域，具体地，涉及一种交流电机电压源逆变器干扰特性自学习方法。
技术介绍
目前，全球近2/3的电能消耗于电机，其中90％以上为交流电机。面向“碳达峰”和“碳中和”的目标，更大规模的交流电机将应用于各个生产生活领域，而智能高性能的交流电机控制是必不可少的。交流电机控制中普遍采用的电压型逆变器电路中，器件存在的非线性和寄生参数，上下桥臂存在互锁时间等因素，一般统称为逆变器干扰，这些干扰将影响正常逆变器电压的输出，引起电流畸变、扭矩波动并可能导致额外的杂散损耗，影响电机性能。高性能电机控制必须根据逆变器干扰的特性，进行相应的补偿。逆变器干扰补偿一般采用离线标定的方法，这种方法不但需要额外的测量硬件，而且需要人工干预，浪费了大量时间，影响了电机系统产品的开发进度。如：中国专利文献中公开了“一种永磁同步电机低转速死区力矩补偿方法”，详见公布号CN112398394A，利用逆变器干扰补偿改善电机在低速轻载区的性能表现，但补偿所需的干扰特性需要大量的离线实验；中国专利文献中公开的“逆变器的死区补偿方法和装置”，详见公告号CN111342695B，提出了在线实时测量逆变器死区特性并进行补偿的方法，但需要额外硬件才可能实现逆变器死区的实时测量，其显著提升的成本限制了这种方法的实际应用；中国专利文献中公开的“逆变器的补偿方法、装置以及电器设备、存储介质”，详见公开号CN112701941A，该方案中提出了一种利用同步旋转d-q坐标系中的电压指令和电流反馈在线估算并补偿逆变器干扰的方法，这种方法虽然可以省去离线标定的步骤，但因为d-q轴变量缺少3的整数倍次谐波信息，所以这一方法无法获取完整的逆变器干扰特性，必须结合该专利中提出的d-q轴的补偿方法才能应用；这严重影响了这种逆变器干扰估算方法的通用性，很多更高性能的补偿算法无法使用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供了一种交流电机电压源逆变器干扰特性自学习方法，其为无需人工标定的自动获取交流电机逆变器干扰特性的通用方法，通过逆变器干扰观测器来估计并重构逆变器干扰特性，实现无人工干预，无额外硬件条件下精确地逆变器干扰特性获取，有效提升产品开发自动化水平。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：交流电机电压源逆变器干扰特性自学习方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1：在无逆变器干扰补偿情况下，起动电机至稳态运行；步骤S2：采用逆变器干扰观测器获取d-q轴的逆变器干扰；步骤S3：将d-q轴的逆变器干扰利用派克变换转换到ABC三相静止坐标系下的逆变器干扰；步骤S4：利用傅里叶变换将步骤S3得到的逆变器干扰变换到频域上，从频域上重构经ABC三相转换获取的逆变器干扰中缺失的3次及3的奇整数倍次谐波；步骤S5：叠加重构的谐波获取完整的逆变器干扰特性。进一步，所述步骤S2中采用逆变器干扰观测器获取d-q轴的逆变器干扰的过程如下：1)在被测电机之前配置调节器，调节器与被测电机串联，形成逆变器干扰观测器；2)采集被测电机电流，并转换至同步旋转d-q坐标系下获得电流idq，id表示d轴电流，iq表示q轴电流；3)获取调节器的输出电压其中表示d轴调节器的输出电压，表示q轴调节器的输出电压；4)利用电机的等效电机模型计算出观测电流其中表示d轴观测电流，表示q轴观测电流；具体电机模型的数学形式为：其中，表示d轴上电机模型的输入电压、表示q轴上电机模型的输入电压、R为定子电阻、表示d轴观测电流、表示q轴观测电流、Ld表示d轴上的自感、Lq表示q轴上的自感、w为电机的转速和λf为永磁体磁链；电机模型的输入为：其中，为同步旋转d-q坐标系下的指令电压；为调节器的输出电压；电机模型的输出为观测电流为电机模型在指令电压下输出的期望电流；5)通过调节器校正采集到的电流idq和观测电流值之间的误差值，使所述电流误差值逐渐接近于零，当接近于零时，即为逆变器干扰电压。进一步，步骤S3中，将d-q的轴逆变器干扰利用派克变换转换到ABC三相静止坐标系下的逆变器干扰的过程如下：将d-q轴逆变器干扰电压利用派克变换转换到ABC三相静止坐标系下干扰电压其中，θ为派克变换中同步旋转d-q坐标系的位置角度。进一步，所述步骤S4中，利用傅里叶变换将步骤S3得到的逆变器干扰变换到频域上，从频域上重构经ABC三相转换获取的逆变器干扰中缺失的3次及3的奇整数倍次谐波的过程如下：对ABC三相静止坐标系下三相的干扰电压分别进行傅里叶变换可得傅里叶系数如下式：其中：t0为初始相位，ai和bi为对应的傅里叶变换的系数，T为静止坐标系下的干扰电压周期，t为时间，ω为电机转速，A为干扰电压的幅值，i表示傅里叶级数阶次；利用下式重新计算3次及3的奇整数倍次谐波的傅里叶系数：i表示傅里叶级数阶次，ai-2和bi-2为i-2阶谐波对应的常系数,ai+2和bi+2为i+2阶谐波对应的常系数，和为重构后的i阶谐波的常系数。进一步，所述步骤S5中叠加重构的谐波获取完整的逆变器干扰特性过程如下：将得到的逆变器干扰电压上叠加重构的3次及3的奇整数倍次谐波，获取完整的静止坐标系下的逆变器电压其中，nmax是重构的3N阶谐波的最大阶数，N＝1，3，5…；i表示傅里叶级数，w为电机转速，t为时间。通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：本专利技术提出的交流电机电压源逆变器干扰特性自学习方法，无需离线标定或额外硬件，通过无逆变器干扰补偿的情况下启动电机，迅速获取并重构完整的逆变器干扰特性，自学习获得的逆变器干扰特性，广泛适用于各种逆变器干扰补偿方法，可以有效降低目前电机系统开发过程中在逆变器特性标定上花费的人力和财力。附图说明此处的附图说明用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术申请的一部分，本专利技术示意性实施例及其说明用于理解本专利技术，并不构成本专利技术的不当限定，在附图中：图1为交流电机电压源逆变器干扰特性自学习方法的流程图；图2为逆变器干扰观测器的结构框图；图3为本专利技术实施例中所采用的逆变器电压干扰观测器的结构框图；图4为逆变器干扰观测器获取到的d-q轴扰动电压的波形图；图5为静止坐标系下的逆变器电压波形图；图6为重构前频谱图；图7为重构后频谱图；图8为重构的在静止坐标系下的逆变器电压波形图；图9为自学习的逆变干扰特性与离线测量的逆变干扰特性的比较结果图。具体实施方式为使得本专利技术的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面结合本专利技术的优选实施例对本专利技术中的技术方案进行清楚完整地描述。显然，本专利技术不受下述实施例的限制，可根据本专利技术的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。为了避免混淆本专利技术的实质，公知的方法、过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.交流电机电压源逆变器干扰特性自学习方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n步骤S1：在无逆变器干扰补偿情况下，起动电机至稳态运行；/n步骤S2：采用逆变器干扰观测器获取d-q轴的逆变器干扰；/n步骤S3：将d-q轴的逆变器干扰利用派克变换转换到ABC三相静止坐标系下的逆变器干扰；/n步骤S4：利用傅里叶变换将步骤S3得到的逆变器干扰变换到频域上，从频域上重构经ABC三相转换获取的逆变器干扰中缺失的3次及3的奇整数倍次谐波；/n步骤S5：叠加重构的谐波获取完整的逆变器干扰特性。/n

【技术特征摘要】
1.交流电机电压源逆变器干扰特性自学习方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：在无逆变器干扰补偿情况下，起动电机至稳态运行；
步骤S2：采用逆变器干扰观测器获取d-q轴的逆变器干扰；
步骤S3：将d-q轴的逆变器干扰利用派克变换转换到ABC三相静止坐标系下的逆变器干扰；
步骤S4：利用傅里叶变换将步骤S3得到的逆变器干扰变换到频域上，从频域上重构经ABC三相转换获取的逆变器干扰中缺失的3次及3的奇整数倍次谐波；
步骤S5：叠加重构的谐波获取完整的逆变器干扰特性。


2.根据权利要求1所述的交流电机电压源逆变器干扰特性自学习方法，其特征在于：所述步骤S2中采用逆变器干扰观测器获取d-q轴的逆变器干扰的过程如下：
1)在被测电机之前配置调节器，调节器与被测电机串联，形成逆变器干扰观测器；
2)采集被测电机电流，并转换至同步旋转d-q坐标系下获得电流idq，id表示d轴电流，iq表示q轴电流；
3)获取调节器的输出电压其中表示d轴调节器的输出电压，表示q轴调节器的输出电压；
4)利用电机的等效电机模型计算出观测电流其中表示d轴观测电流，表示q轴观测电流；
具体电机模型的数学形式为：



其中，表示d轴上电机模型的输入电压、表示q轴上电机模型的输入电压、R为定子电阻、表示d轴观测电流、表示q轴观测电流、Ld表示d轴上的自感、Lq表示q轴上的自感、w为电机的转速和λf为永磁体磁链；
电机模型的输入为：



其中，为同步旋转d-q坐标系下的指令电压；为调节器的输出电压；
电机模型的输出为观测电流为电机模型在指令电压下输出的期望电流；
5)通过调节器校正采集到的电流idq和观测电流值之间的误差值，使所述电流误差...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁新枚，鲍波，苏建华，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22