一种基于谐波注入的新能源汽车永磁同步电机噪声控制方法与流程

本发明属于新能源汽车技术领域，特别是指一种基于谐波注入的新能源汽车电机噪声控制的方法。

背景技术：

新能源汽车电机在工作时产生的噪声是气动噪声、电磁噪声和机械噪声共同的叠加，其中电磁噪声能量占其中的较大部分。目前，永磁同步电机的噪声控制效果并不有效，究其原因主要在于电机厂家和汽车生产厂商没有采用合适的噪声控制方法和手段，且没有对电机的主要声源-电磁噪声采取有效的控制措施。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了从噪声源头上有效控制电机电磁噪声，提出一种基于谐波注入的新能源汽车电机电磁噪声控制的方法。

本发明方法是通过下述技术方案实现的：

一种基于谐波注入的新能源汽车永磁同步电机电磁噪声控制方法，具体过程为：

(1)构建电机控制系统等效模型，获得等效模型输出的三相电流；

(2)针对每一相电流，提取幅值最大的前8个谐波成分所对应的幅值和相位；

(3)针对每一相电流，利用步骤(2)中提取的幅值和相位，构建电流拟合函数，并将其反馈到同步电机的电流激励上。

进一步地，本发明所述构建电流拟合函数为：

有益效果

本发明方法，对比已有技术，通过构建电流拟合函数注入到电流激励上，能够从噪声源头上有效控制电机电磁噪声，具有振动噪声控制操作方便、快速、简单和正确的效果。

附图说明

图1三相电流波形仿真结果；

图2和图3分别是三相电流中a相电流的幅值谱与相位谱；

图4和图5分别是三相电流中b相电流的幅值谱与相位谱；

图6和图7分别是三相电流中c相电流的幅值谱与相位谱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。

采用理论方法推导永磁同步电机电磁激振力波的解析表达式，如公式(7)所示：

公式(7)中：fr(θ,t)是电磁激振力；μ0为空气磁导率；cμ为磁动势幅值；λ0为磁导函数的恒定分量；λk为磁导函数的谐波分量；μ为时间谐波次数；ν为空间谐波次数；p为电机磁极对数；νp为电磁径向力的模数，表示径向力在定子一周空间上分布着几个周期的正弦波；ω为电机旋转角频率；t为时间；z为定子槽数；θ为电机转子位置角度。

根据公式(7)分析空载电磁激振力波的频率、幅值和阶次，分析结果如表1所示。

表1电机径向电磁激振力波分量

由表1可知，第i类电磁激振力波分量由基波气隙磁密的平方产生，这类力波为主力波，不可以削弱；第ii类电磁激振力波分量由定子开槽引起的齿谐波气隙磁密平方产生，根据这一类力波的频率内容和力波阶次表达式可知，此类力波可以通过补偿手段进行削弱；第iii类电磁激振力波分量由气隙磁密基波与齿谐波相互作用产生，根据这一类力波的频率内容和力波阶次表达式可知，此类力波也可以通过补偿手段对齿谐波进行削弱。

表1所列举的第ii类和第iii类是由于电机定子开槽、转子磁极与齿谐波相互作用而产生的力波，其主要激振力波频率为电机电频率的2倍、4倍、6倍和8倍等偶数倍以及5倍、7倍…等等奇数倍，它们对电机的振动和噪声影响较大。

基于上述分析，本发明实施例提供的基于谐波注入的新能源汽车永磁同步电机电磁噪声控制方法，通过对电机三相电流控制策略进行优化，实现对第ii类和第iii类的电机电频率的前8阶径向电磁激振力波中的最大谐波力波进行抑制，来达到减振降噪的目的。

一种基于谐波注入的新能源汽车永磁同步电机噪声控制的方法，其具体步骤包括：

步骤一、搭建基于matlab/simulink仿真模型的电机控制系统等效模型。搭建的永磁同步电机控制仿真模型中，模型主要包括同步电机、逆变电路、逆变调制模块(svpwm)和pi控制器四部分。直流电经过逆变调制模块svpwm对空间矢量电压波形进行调制，并通过控制逆变电路igbt元件的通断，输出三相正弦交流电压，再输入到同步电机；通过位置传感器、电流表实时监测转子位置、角速度和电流波形，并使用pi控制器进行反馈控制，使电机在指定的扭矩负载和转速下稳定运行。图1是三相电流波形仿真结果，图2和图3分别是三相电流中a相电流的幅值谱与相位谱，图4和图5分别是三相电流中b相电流的幅值谱与相位谱，图6和图7分别是三相电流中c相电流的幅值谱与相位谱。

步骤二、对电机三相电流频谱进行分析与拟合：

分别在图2、图4和图6的幅值谱中提取电流a相、b相和c相幅值最大的前8个谐波成分，并分别根据图3、图5和图7相位谱确定对应的相位，使用正弦波对电流波形进行拟合，得到三相电流的拟合公式(1)至公式(3)；

其中，ai和di是a相电流拟合曲线的谐波系数；bi和ei是b相电流拟合曲线的谐波系数；ci和fi是c相电流拟合曲线的谐波系数。

谐波系数ai和di表示电流a相幅值最大的8个谐波所对应的幅值和相位；谐波系数bi和ei表示电流b相幅值最大的8个谐波所对应的幅值和相位；谐波系数ci和fi表示电流c相幅值最大的8个谐波所对应的幅值和相位。

步骤三、通过电流拟合方法将准备注入电路中的三相电流拟合函数输入到ansoft中的实际电机模型中，其三相电流拟合函数公式见公式(4)至(6)；

其中，a最大谐波、b最大谐波和c最大谐波分别是a相电流、b相电流和c相电流前8项谐波系数中最大谐波项幅值系数，d最大谐波、e最大谐波和f最大谐波分别是a相电流、b相电流和c相电流前8项谐波系数中最大谐波项相位，n电机为电机的转速。

步骤四、将上述求得的电流拟合曲线和的多项式函数输入到的ansoft电机模型中的电流激励中，这样变频器供电下的电流就加入到ansoft软件的实际电机模型中。

下面对上述方法的效果进行仿真验证：

利用ansoft电机模型计算电机径向磁密；在ansoft软件中根据径向磁密计算电机的瞬态电磁场；将瞬态电磁场的数据导入matlab的程序中，求解径向电磁激振力波；将计算的径向电磁激振力波加载到永磁同步电机的定子齿上，通过ansys软件对电机的振动模型计算振动响应；把振动响应数据导入acoustic软件中，对噪声进行仿真计算。

某电机在5400rpm工作转速时其三相电流中注入最大谐波-5倍电频率谐波后，电机振动响应得到一定的抑制，振动响应减少了12％左右。

自此，就完成了/实现了基于谐波注入的永磁同步电机的噪声主动控制。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。