基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法

本发明涉及电机控制，具体而言，尤其涉及一种基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法。

背景技术：

1、永磁同步电机以其效率高、功率密度高等优点,被广泛应用于工业控制中。逆变器死区时间和器件管压降等非线性特性在永磁电机驱动系统中普遍存在，传统矢量控制无法有效抑制此类扰动，导致电机电流畸变。谐波电流的存在会导致电机转矩、转速波动和损耗增加，使系统的控制性能变差。国内外学者对如何有效地抑制电机电流谐波开展了大量的研究工作，采用的电流谐波抑制方法主要有两种：一种从电机本体设计出发，优化电机结构，改善永磁体磁场的分布，但此方法对机械加工精度要求较高，难以实现；另一种从控制角度出发抑制电流谐波。传统的pi控制器无法对周期性信号进行无误差跟踪，而基于内模原理的重复控制器可以对周期性信号进行无误差跟踪，因此广泛用于抑制电机电流谐波。

2、然而，现有的基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制方法存在以下问题：现有重复控制方法只针对对逆变器死区时间和器件管压降等非线性特性导致的6n次谐波电流的抑制，忽视了重复控制器对其他非理想因素导致的其他次谐波电流放大的问题。

3、有鉴于此，本发明提供了一种基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法。

技术实现思路

1、根据上述提出的不足，而提供一种基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法。本发明主要利用通用参数设计重复控制器与pi控制器并联，将两者的输出之和作为电压参考值，将电压参考值进行坐标变换的得到控制信号以控制永磁同步电机，从而实现提高三相电流精度、降低定子电流波动，改善电机输出电磁转矩。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、本发明提供了一种基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法，包括：

4、将通用参数设计重复控制器与pi控制器并联，设置所述通用参数设计重复控制器的参数，设置参数后的所述通用参数设计重复控制器抑制谐波且改善增益放大；

5、将所述通用参数设计重复控制器与所述pi控制器的输出之和作为电压参考值，将所述电压参考值进行坐标变换的得到控制信号；

6、根据所述控制信号控制所述永磁同步电机。

7、进一步地，所述设置所述通用参数设计重复控制器的参数，包括：

8、采样永磁同步电机的三相电流，将所述三相电流经过解耦坐标变换得到转矩电流和励磁电流；

9、设置所述励磁电流为0，建立所述永磁同步电机的数学模型；

10、根据所述永磁同步电机的数学模型得到所述永磁同步电机存在6n次周期性扰动；

11、所述通用参数设计重复控制器包括滤波器，根据6n次所述周期性扰动设置所述滤波器的参数，抑制6n次所述周期性扰动；

12、计算所述滤波器的参数与周期频率的陷波性能的关系；

13、根据所述滤波器的参数与所述周期频率的陷波性能的关系修正所述滤波器的参数，抑制6n次所述周期性扰动且使所述周期频率的陷波性能的最大值小于等于1。

14、进一步地，所述建立所述永磁同步电机的数学模型，按照以下方式计算：

15、

16、

17、其中，ld、lq为d-q轴电感，udref、uqref为d-q轴参考电压，r为定子电阻，ωe为转子电角频率，ψrq为q轴永磁体磁通，ψrd为d轴永磁体磁通，δud为死区效应导致的d轴电压谐波，δuq为死区效应导致的q轴电压谐波。

18、进一步地，所述根据6n次所述周期性扰动设置所述滤波器的参数，按照以下公式计算：

19、f(z)＝z-n

20、n＝fs/f

21、其中，fs为采样频率，f为谐波频率，f(z)为所述滤波器的参数。

22、进一步地，所述计算所述滤波器的参数与周期频率的陷波性能的关系，包括：

23、计算单独使用所述pi控制器时，电流内环的传递函数；

24、根据所述电流内环的传递函数设置所述通用参数设计重复控制器的相位补偿器；

25、计算在所述通用参数设计重复控制器与所述pi控制器并联后，电流环的灵敏度传递函数；

26、根据所述相位补偿器和所述电流环的灵敏度传递函数，得到所述滤波器的参数与所述周期频率的陷波性能的关系。

27、进一步地，所述电流内环的传递函数，按照以下方式计算：

28、

29、其中，u(z)为单独使用pi控制器时的传递函数，c(z)为pi控制器的传递函数，g(z)为控制对象的传递函数，as(z)为包含u(z)中稳定零点的特征多项式，au(z)为u(z)中不稳定零点的特征多项式，b(z)为u(z)的分母特征多项式。

30、进一步地，所述相位补偿器，按照以下公式计算：

31、

32、其中，u为不稳定零点个数，m为保持所述相位补偿器因果性的阶数，af(z)通过翻转au(z)中多项式系数得到，au(1)为z＝1时的au(z)值。

33、进一步地，所述电流环的灵敏度传递函数，按照以下公式计算：

34、

35、其中，q(z)为低通滤波器，f(z)为所述滤波器的参数。

36、进一步地，所述根据所述相位补偿器和所述电流环的灵敏度传递函数，得到所述滤波器的参数与所述周期频率的陷波性能的关系，包括：

37、当频率小于低通滤波器的截止频率时，所述滤波器的参数与所述周期频率的陷波性能的关系，按照以下公式计算：

38、t(z)＝1-f(z)

39、其中，t(z)为所述周期频率的陷波性能，f(z)为所述滤波器的参数。

40、进一步地，所述滤波器为高通滤波器，通过matlab中的fdatool工具箱设计。

41、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

42、本发明提供的基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法，包括：将通用参数设计重复控制器与pi控制器并联，设置通用参数设计重复控制器的参数，设置参数后的通用参数设计重复控制器抑制谐波且改善增益放大；将通用参数设计重复控制器与pi控制器的输出之和作为电压参考值，将电压参考值进行坐标变换的得到控制信号；根据控制信号控制永磁同步电机。通过通用参数设计重复控制器与pi控制器并联抑制逆变器死区时间和器件管压降等非线性特性导致的周期性扰动以及传统重复控制导致的非期望周期增益放大问题，提高三相电流精度、降低定子电流波动，改善电机输出电磁转矩。

技术特征：

1.一种基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法，其特征在于，所述设置所述通用参数设计重复控制器的参数，包括：

3.根据权利要求2所述的基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法，其特征在于，所述建立所述永磁同步电机的数学模型，按照以下方式计算：

4.根据权利要求2所述的基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法，其特征在于，所述根据6n次所述周期性扰动设置所述滤波器的参数，按照以下公式计算：

5.根据权利要求2所述的基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法，其特征在于，所述计算所述滤波器的参数与周期频率的陷波性能的关系，包括：

6.根据权利要求5所述的基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法，其特征在于，所述电流内环的传递函数，按照以下方式计算：

7.根据权利要求5所述的基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法，其特征在于，所述相位补偿器，按照以下公式计算：

8.根据权利要求5所述的基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法，其特征在于，所述电流环的灵敏度传递函数，按照以下公式计算：

9.根据权利要求5所述的基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法，其特征在于，所述根据所述相位补偿器和所述电流环的灵敏度传递函数，得到所述滤波器的参数与所述周期频率的陷波性能的关系，包括：

10.根据权利要求2所述的基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法，其特征在于，所述滤波器为高通滤波器，通过matlab中的fdatool工具箱设计。

技术总结
本发明提供一种基于重复控制的永磁同步电机谐波电流抑制的改进方法，包括：将通用参数设计重复控制器与PI控制器并联，设置通用参数设计重复控制器的参数，设置参数后的通用参数设计重复控制器抑制谐波且改善增益放大；将通用参数设计重复控制器与PI控制器的输出之和作为电压参考值，将电压参考值进行坐标变换得到控制信号；根据控制信号控制永磁同步电机。通过通用参数设计重复控制器与PI控制器并联抑制逆变器死区时间和器件管压降等非线性特性导致的周期性扰动以及传统重复控制导致的非期望周期增益放大问题，提高三相电流精度、降低定子电流波动，改善电机输出电磁转矩。

技术研发人员：文元全,谷德福,刘彦呈,郭昊昊,相天翔,王远学,关博洋
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12