本发明涉及电机力矩波动补偿器领域，特别涉及一种抑制电机周期性力矩波动补偿方法及装置。
背景技术：
永磁同步电机具有的齿槽效应、边端效应和电流高次谐波等，会引起电机力矩随转子位置产生周期性波动。这种力矩的周期性波动会导致伺服控制系统定位性能的下降，因此需要对电机的力矩波动进行抑制。目前，针对电机力矩波动最小化问题的解决方法主要分为两大类：1)改进电机的结构设计；2)改进补偿控制策略。第一类方法主要有斜槽法、斜极法、改进定子和转子磁路法等。这些方法能够有效的减小齿槽力矩、边端力矩和纹波力矩。然而，这些方法增加了电机的设计成本和制造难度。因此，通常采用第二类方法，即设计能够有效抑制电机周期性力矩波动的补偿器，来提高伺服控制系统的低速控制精度。
永磁同步电机的周期性力矩波动在频域上分为高频脉动和低频脉动，其中高频脉动信号可以通过提高电流闭环带宽的方法得到有效的抑制；但是，电流闭环带宽以内的低频脉动成分仍然存在于控制信号中，并且对伺服控制系统的低速性能影响较大。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种抑制电机周期性力矩波动补偿方法及装置，实现了伺服控制系统在电机周期性力矩波动条件下的平稳运行，该补偿器具有结构简单、容易实现、效果显著的优点。
第一方面，本发明提供一种抑制电机周期性力矩波动补偿方法，所述方法包括：
在电流反馈回路上并联基于高通滤波器的补偿器；
采用高通滤波器对低频脉动信号进行辨识；
将辨识获得的补偿信号前馈到电流控制器的参考输入端；
利用所述补偿信号对所述电流控制器的理论参考值进行补偿得到电流控制器的实际参考值。
作为一种优选的方案，所述补偿器输出的补偿信号icm表达式为：
其中，kcm为负数并表示补偿器的补偿增益，iq是电流控制器实际参考值，ωf为高通滤波器的剪切频率，s为复变量。
作为一种优选的方案，所述利用所述补偿信号对所述电流控制器理论参考值进行补偿得到电流控制器实际参考值，包括：
所述电流控制器理论参考值减去所述补偿信号得到电流控制器实际参考值，表达式为：
其中，i*q是电流控制器理论参考值，
作为一种优选的方案，所述剪切频率ωf固定时幅值随补偿增益kcm变化成正相关。
第二方面，本发明提供一种抑制电机周期性力矩波动补偿装置，补偿装置包括基于高通滤波器的补偿器，所述补偿器并联在电流反馈回路上，采用高通滤波器对低频脉动信号进行辨识，将辨识获得的补偿信号前馈到电流控制器的参考输入端，利用所述补偿信号对所述电流控制器的理论参考值进行补偿得到电流控制器的实际参考值。
作为一种优选的方案，所述补偿器输出的补偿信号icm表达式为：
其中，kcm为负数并表示补偿器的补偿增益，iq是电流控制器实际参考值，ωf为高通滤波器的剪切频率，s为复变量。
作为一种优选的方案，所述补偿器用于：
所述电流控制器的理论参考值减去所述补偿信号得到电流控制器实际参考值，表达式为：
其中，i*q是电流控制器理论参考值，
作为一种优选的方案，所述剪切频率ωf固定时幅值随补偿增益kcm变化成正相关。
本发明提供的抑制电机周期性力矩波动补偿方法及装置，抑制电流反馈信号中的低频周期性力矩波动信号，通过在电流反馈回路上并联基于高通滤波器的补偿器，采用高通滤波器对低频脉动信号进行辨识，然后将辨识获得的信号前馈到电流控制器的参考输入端，并对电流控制器理论参考值进行修正，从而达到抑制电机力矩波动的目的。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的抑制电机周期性力矩波动补偿方法的控制框图；
图2是本发明实施例中提供的抑制电机周期性力矩波动补偿方法的补偿增益固定时幅值随剪切频率变化曲线；
图3是本发明实施例中提供的抑制电机周期性力矩波动补偿方法的剪切频率固定时幅值随补偿增益变化曲线；
图4是本发明实施例中提供的抑制电机周期性力矩波动补偿方法中未加入补偿器时电机转速及对应的频谱分析曲线；
图5是本发明实施例中提供的抑制电机周期性力矩波动补偿方法中加入补偿器后电机转速及对应的频谱分析曲线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
结合图1所示，本发明提供一种抑制电机周期性力矩波动补偿方法，所述方法包括：
s101、在电流反馈回路上并联基于高通滤波器的补偿器。
电流反馈回路中包括电流控制器以及电机模型，所述补偿器输出的补偿信号icm表达式为：
其中，kcm为负数并表示补偿器的补偿增益，iq是电流控制器实际参考值，ωf为高通滤波器的剪切频率，s为复变量，在设计低速力矩补偿器时，应根据伺服控制系统的实际输出速度，合理选择补偿器增益和滤波器截止频率，从而产生合适的力矩波动补偿信号。
s102、采用高通滤波器对低频脉动信号进行辨识。
s103、将辨识获得的补偿信号前馈到电流控制器的参考输入端。
s104、利用所述补偿信号对所述电流控制器的理论参考值进行补偿得到电流控制器的实际参考值。
具体地，s104中，所述利用所述补偿信号对所述电流控制器理论参考值进行补偿得到电流控制器的实际参考值，包括：
所述电流控制器理论参考值减去所述补偿信号得到电流控制器实际参考值，表达式为：
其中，i*q是电流控制器理论参考值，
剪切频率ωf固定时幅值随补偿增益kcm变化成正相关。
在考虑电机力矩波动的条件下，电机转速为ω＝h(s)ω*-s(s)tmcog，其中s(s)为力矩脉动的敏感度函数。对敏感度函数进行分析可得，补偿增益固定时幅值随剪切频率变化曲线如图2，剪切频率固定时幅值随补偿增益变化曲线如图3所示，由图可知：通过合理的选择补偿增益kcm和剪切频率ωf，在理论上可以使电机的低频力矩波动幅值得到有效的衰减。
在电机以60r/min匀速运行的条件下，加入补偿器前后电机的速度及其频谱分析结果如图4、5所示。由图可以看出：加入补偿器后电机的转速波动由原先的10r/min减小到5r/min，速度频谱分析的结果中低频成分的幅值得到明显抑制，通过实验验证了抑制电机周期性力矩波动的补偿器的有效性。
第二方面，本发明提供一种抑制电机周期性力矩波动补偿装置，补偿装置包括基于高通滤波器的补偿器，所述补偿器并联在电流反馈回路上，采用高通滤波器对低频脉动信号进行辨识，将辨识获得的补偿信号前馈到电流控制器的参考输入端，利用所述补偿信号对所述电流控制器理论的参考参考值进行补偿得到电流控制器的实际参考值。
作为一种优选的方案，所述补偿器输出的补偿信号icm表达式为：
其中，kcm为负数并表示补偿器的补偿增益，iq是电流控制器实际参考值，ωf为高通滤波器的剪切频率，s为复变量。
作为一种优选的方案，所述补偿器用于：
所述电流控制器理论参考值减去所述补偿信号得到电流控制器实际参考值，表达式为：
其中，i*q是电流控制器理论参考值，
作为一种优选的方案，所述剪切频率ωf固定时幅值随补偿增益kcm变化成正相关。
本发明提供的抑制电机周期性力矩波动补偿方法及装置，抑制电流反馈信号中的低频周期性力矩波动信号，通过在电流反馈回路上并联基于高通滤波器的补偿器，采用高通滤波器对低频脉动信号进行辨识，然后将辨识获得的信号前馈到电流控制器的参考输入端，并对电流控制器理论参考值进行修正，从而达到抑制电机力矩波动的目的。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom，readonlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明所提供的一种抑制电机周期性力矩波动补偿方法及装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。