一种基于有限元计算结果和二维插值的转矩波动抑制方法技术

一种基于有限元计算结果和二维插值的转矩波动抑制方法，涉及一种转矩波动抑制方法。通过有限元仿真获取不同幅值的电流对应的转矩计算结果；结合三次样条插值进行模型T＝f(θ，Iq)的建立；求反获取模型Iq＝f

【技术实现步骤摘要】
一种基于有限元计算结果和二维插值的转矩波动抑制方法


[0001]本专利技术涉及一种转矩波动抑制方法，尤其是一种基于有限元计算结果和二维插值的转矩波动抑制方法，属于三相永磁同步电机性能研究


技术介绍

[0002]永磁同步电机因其体积小、功率密度高、结构简单、运行平稳等优点而在生产生活领域得到了广泛的应用。转矩波动会导致电机运行过程中的振动和噪声，造成电机运行性能不稳定，因此对电机的转矩波动进行抑制是改善电机运行性能的重要举措。永磁同步电机转矩波动的产生是反电势谐波和电流谐波共同作用的结果，现有的转矩波动抑制方法一种为优化永磁体形状减小反电势谐波从而实现转矩波动抑制，但是该方法只针对轻载工况适用，对于重载工况下由于铁心饱和所引起的转矩波动无明显抑制作用；另外一种为电流谐波注入法，但是该方法需要进行复杂的电流谐波计算，且仅适用于单一工况，不能随着电机工况的改变而实时变化。此外，现有方法均需迭代计算，计算量较大，具有较大的局限性。
[0003]为此，本专利技术提出了一种基于有限元计算结果和二维插值的转矩波动抑制方法，基于多组电流和转矩之间的对应关系建立插值模型，通过该模型对满足要求的平稳转矩进行求反，即可获取能够抑制转矩波动的电流波形，从而实现电流波形的获取与转矩波动的抑制，有助于克服现有方法的不足，满足工业生产领域对高性能永磁同步电机的需求。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
存在的不足，本专利技术提供一种基于有限元计算结果和二维插值的转矩波动抑制方法，它基于有限元计算结果采用二维插值方法获取能够抑制转矩波动的三相电流，无需复杂的迭代计算，无需考虑各次谐波之间的相互作用，能够实现复杂工况下的实时计算。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：一种基于有限元计算结果和二维插值的转矩波动抑制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、通过有限元仿真获取不同幅值的电流对应的转矩计算结果
[0007]对目标三相永磁同步电机进行有限元建模，并施加不同的Q轴电流Iq，进行电机转矩波形的计算；
[0008]步骤二、根据计算结果结合三次样条插值进行模型T＝f(θ，Iq)的建立
[0009]将Q轴电流Iq与电机转子位置θ作为自变量，转矩T作为因变量，进行数据库的建立，并利用三次样条插值建立模型T＝f(θ，Iq)，该模型的输入为电机转子位置θ与Q轴电流Iq，输出为电机的转矩T，因此该模型描述的是转矩T随电机转子位置θ和Q轴电流Iq的变化；
[0010]步骤三、对T＝f(θ，Iq)求反，获取表征Q轴电流Iq与转矩T和电机转子位置θ关系的模型Iq＝f
‑1(θ，T)
[0011]对上述模型T＝f(θ，Iq)进行求反，得到Iq＝f
‑1(θ，T)，该模型描述的是Q轴电流Iq随电机转子位置θ和转矩T的变化；
[0012]步骤四、给定目标转矩T1,通过Iq＝f
‑1(θ，T)计算对应的Q轴电流波形Iq1[0013]对于求反所得到的模型Iq＝f
‑1(θ，T)，通过给定无波动的目标转矩T1和电机转子位置θ作为模型的输入，根据关系Iq＝f
‑1(θ，T)输出满足目标转矩T1的Q轴电流波形Iq1(θ，T1)；
[0014]步骤五、根据Q轴电流波形Iq1构造三相电流波形
[0015]根据求得的Q轴电流波形Iq1(θ，T1)通过坐标变换进行三相电流的重新构造；
[0016]步骤六、获得三相电流波形及对应的转矩波形，实现转矩波动的抑制
[0017]使用重新构造的三相电流波形作为目标三相永磁同步电机的电流激励，即可实现电机转矩波动的抑制。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于有限元计算结果采用二维插值方法，考虑电机饱和以及反电势谐波对转矩波动的影响，建立模型描述转矩T与电机转子位置θ和Q轴电流Iq之间的关系T＝f(θ，Iq)，在此基础上求反，得到Q轴电流Iq与电机转子位置θ和转矩T之间的关系Iq＝f
‑1(θ，T)，通过给定满足波动要求的目标转矩T1求取对应的Q轴电流波形Iq1，再通过坐标变换进行三相电流的重新构造，即可获取能够抑制转矩波动的三相电流，相比于现有的转矩波动抑制方法，本方法无需复杂的迭代计算，无需考虑各次谐波之间的相互作用，能够实现复杂工况下的实时计算，且本方法基于有限元计算结果，能够考虑铁心磁饱和带来的影响，保证了结果的精确性。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的流程图；
[0020]图2是实施例中三相永磁同步电机的有限元模型图；
[0021]图3是实施例中针对图2获取的多组转矩波形图；
[0022]图4是实施例中根据图3结合三次样条插值构建的模型T＝f(θ，Iq)；
[0023]图5是实施例中根据图4求反得到的模型Iq＝f
‑1(θ，T)；
[0024]图6是实施例中根据图5给定T1＝100N
·
m时得到的Q轴电流波形图；
[0025]图7a是实施例中根据图6的Q轴电流波形构造的三相电流波形图；
[0026]图7b是实施例中原始的标准三相正弦电流波形图；
[0027]图8是实施例中波动抑制前后的转矩对比图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是专利技术的一部分实施例，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。
[0029]参照图1所示，一种基于有限元计算结果和二维插值的转矩波动抑制方法，包括以下步骤：
[0030]步骤一、通过有限元仿真获取不同幅值的电流对应的转矩计算结果
[0031]对目标三相永磁同步电机进行有限元建模，并施加不同的Q轴电流Iq，进行电机转矩波形的计算；
[0032]步骤二、根据计算结果结合三次样条插值进行模型T＝f(θ，Iq)的建立
[0033]将Q轴电流Iq与电机转子位置θ作为自变量，转矩T作为因变量，进行数据库的建立，并利用三次样条插值建立模型T＝f(θ，Iq)，该模型的输入为电机转子位置θ与Q轴电流Iq，输出为电机的转矩T，因此该模型描述的是转矩T随电机转子位置θ和Q轴电流Iq的变化；
[0034]步骤三、对T＝f(θ，Iq)求反，获取表征Q轴电流Iq与转矩T和电机转子位置θ关系的模型Iq＝f
‑1(θ，T)
[0035]对上述模型T＝f(θ，Iq)进行求反，得到Iq＝f
‑1(θ，T)，该模型描述的是Q轴电流Iq随电机转子位置θ和转矩T的变化；
[0036]步骤四、给定目标转矩T1,通过Iq＝f
‑1(θ，T)计算对应的Q轴电流波形Iq1[0037]对于求反所得到的模型Iq＝f
‑1(θ，T)，通过给定无波动的目标转矩T1和电机转子位置θ作为模型的输入，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于有限元计算结果和二维插值的转矩波动抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、通过有限元仿真获取不同幅值的电流对应的转矩计算结果对目标三相永磁同步电机进行有限元建模，并施加不同的Q轴电流Iq，进行电机转矩波形的计算；步骤二、根据计算结果结合三次样条插值进行模型T＝f(θ，Iq)的建立将Q轴电流Iq与电机转子位置θ作为自变量，转矩T作为因变量，进行数据库的建立，并利用三次样条插值建立模型T＝f(θ，Iq)，该模型的输入为电机转子位置θ与Q轴电流Iq，输出为电机的转矩T，因此该模型描述的是转矩T随电机转子位置θ和Q轴电流Iq的变化；步骤三、对T＝f(θ，Iq)求反，获取表征Q轴电流Iq与转矩T和电机转子位置θ关系的模型Iq＝f
‑1(θ，T)对上述模型T＝f(θ，Iq)进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹继斌，刘成思，徐永向，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：