CN103973179B - 扭矩波动抑制控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种扭矩波动抑制控制装置，用于永磁同步电机，该装置包括：d轴PI控制模块和q轴PI控制模块、d轴电压计算模块和q轴电压计算模块、电压变换模块、转速感应模块、转子位置感应模块、以及前馈补偿电压计算模块。在本发明的扭矩波动抑制控制装置中，在每一时间周期内，所述d轴前馈补偿电压和q轴前馈补偿电压对所述d轴目标电压和q轴目标电压进行补偿，消除该时间周期内的所述永磁同步电机的反电势谐波和逆变器电路的电流谐波。

Description

扭矩波动抑制控制装置

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，特别是涉及一种扭矩波动抑制控制装置。

背景技术

电机是一种机电能量转换的电磁机械装置。用来把电能转化为机械能，驱动各种用途的机械和装置，满足不同的需求，有着广泛的应用。电机种类可以划分为交流电机和直流电机两个大类。其中永磁同步电机是交流电机家族中比较新成员，定子采用多相绕组，转子采用永磁体。具有功率密度大，转速范围广，效率高，干扰小，扭矩波动小等一系列的优点。所以在工业驱动、伺服控制、办公自动化设备、汽车等行业里逐渐取代其他的电机，进行了广泛的应用。

在永磁同步电机的应用当中，扭矩波动是一个倍受关注的性能指标。电机一般是通过减速机构，间接驱动负载，扭矩的波动会放大后传递到整个系统，在低速时会引起振动，高速时产生噪声，造成恶劣的影响。例如在工业领域中的机床，扭矩波动造成的运动不平顺直接影响加工精度；在新能源汽车和汽车的电驱动系统中，电机扭矩波动会造成振动和噪声，尤其是在如电动助力转向系统中，扭矩波动过大会使驾驶员感到方向盘振动，影响驾驶感觉；在伺服控制系统扭矩波动中会影响控制的精度。因此，需要采取适当的手段将永磁同步电机的扭矩波动消除或抑制在一定的范围之内。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种扭矩波动抑制控制装置，可以减小或消除永磁同步电机的扭矩波动。

为解决上述技术问题，本发明提供一种扭矩波动抑制控制装置，用于永磁同步电机，所述扭矩波动抑制控制装置包括：

d轴PI控制模块和q轴PI控制模块，所述d轴PI控制模块接收一d轴目标电流，并输出一d轴目标电压；所述q轴PI控制模块接收一q轴目标电流，并输出一q轴目标电压；

d轴电压计算模块和q轴电压计算模块，所述d轴电压计算模块接收所述d轴目标电压和一d轴前馈补偿电压，进行计算后，输出一d轴控制电压；所述q轴电压计算模块接收所述q轴目标电压和一q轴前馈补偿电压，进行计算后，输出一q轴控制电压；

电压变换模块，接收所述d轴控制电压和q轴控制电压，分别对所述d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标变换、空间矢量变换和相变换，并输出一多相电压给所述永磁同步电机；

转速感应模块，探测所述永磁同步电机的转速，并输出所述转速；

转子位置感应模块，探测所述永磁同步电机的转子位置，并输出所述转子位置；

前馈补偿电压计算模块，接收所述转速和转子位置，并根据一反电动势常数和一高次谐波比例系数，得到一用于补偿所述d轴目标电压的所述d轴前馈补偿电压，并得到一用于补偿所述q轴目标电压的所述q轴前馈补偿电压；

在每一时间周期内，所述d轴前馈补偿电压和q轴前馈补偿电压对所述d轴目标电流和q轴目标电流进行补偿，消除该时间周期内的所述永磁同步电机的反电动势电压谐波。

进一步的，所述前馈补偿电压计算模块包括：

反电动势谐波计算单元，接收所述转速和转子位置，并根据所述反电动势常数和所述高次谐波比例系数进行计算，得到一多相补偿电压，所述多相补偿电压为静止坐标系中的交流电压；

反电动势变换模块，接收所述多相补偿电压，并将所述多相补偿电压变换成所述d轴前馈补偿电压和q轴前馈补偿电压，所述d轴前馈补偿电压和q轴前馈补偿电压为旋转坐标系中的直流电压。

进一步的，所述反电动势谐波计算单元包括：

谐波振幅计算单元，接收所述转速，并根据所述反电动势常数和所述高次谐波比例系数进行计算，得到一系列反电动势第高次谐波振幅；

多相反电动势谐波计算单元，接收所述转子位置，并根据所述一系列反电动势第高次谐波振幅，计算得到所述多相补偿电压。

进一步的，所述谐波振幅计算单元根据进行E_n＝K_e×ω×k_n进行计算，其中，E_n为所述反电动势第高次谐波振幅，K_e为所述反电动势常数，ω为所述转速，k_n为所述高次谐波比例系数。

进一步的，所述多相反电动势谐波计算单元根据一相转化公式进行计算，所述多相补偿电压具有M相，所述相转化公式为：

μ_M*＝Σ[E_n×cos(nθ+λ+δ_n)]，其中，E_n为所述反电动势第高次谐波振幅，μ_M*为第M相补偿电压，n为高次谐波的次数，θ为所述转子位置，δ_n为n次谐波的角度偏差，λ为第M相的偏转角度。

进一步的，所述扭矩波动抑制控制装置还包括：

电流反馈单元，探测所述永磁同步电机的相电流的反馈信号，并将所述反馈信号转化为d轴反馈电流和q轴反馈电流；以及

d轴电流计算模块和q轴电流计算模块，所述d轴电流计算模块接收所述d轴目标电流和d轴反馈电流，进行计算后，输出一包含所述d轴目标电流信息的d轴差值电流，所述d轴PI控制模块接收所述d轴差值电流；所述q轴电流计算模块接收所述q轴目标电流和q轴反馈补偿电流，进行计算后，输出一包含所述q轴目标电流信息的q轴差值电流，所述q轴PI控制模块接收所述q轴差值电流；

在每一时间周期内，所述电流反馈单元探测上一时间周期所述反馈信号；并在当前时间周期内，所述d轴电流计算模块将所述d轴差值电流补偿给所述d轴PI控制模块，同时，所述q轴电流计算模块将所述q轴差值电流补偿给所述q轴PI控制模块。

进一步的，所述反馈信号为所述永磁同步电机的相电流，所述电流反馈单元包括：

相电流感应单元，用于探测所述永磁同步电机的相电流；

相电流转换单元，接收所述永磁同步电机的相电流，并将所述永磁同步电机的相电流转换成旋转坐标系下的d轴分量电流和q轴分量电流；

相电流谐波计算单元，接收所述d轴分量电流和q轴分量电流，并根据所述反电动势常数、所述高次谐波比例系数和所述转子位置进行计算，得到一多相补偿电流；

相电流变换模块，接收所述多相补偿电流，并将所述多相补偿电流变换成所述d轴谐波分量电流和q轴谐波分量电流，所述d轴谐波分量电流和q轴谐波分量电流为静止坐标系中的直流电流；

d轴差值单元和q轴差值单元，所述d轴差值单元对所述d轴分量电流和d轴谐波分量电流做差，得到所述d轴反馈电流；所述q轴差值单元对所述q轴分量电流和q轴谐波分量电流做差，得到所述q轴反馈电流。

进一步的，所述相电流谐波计算单元包括：

相电流幅值计算单元，接收所述d轴分量电流和q轴分量电流，计算得到一相电流幅值；

相电流高次谐波幅值计算单元，接收所述相电流幅值，并根据所述反电动势常数，计算得到一相电流高次谐波幅值；以及

谐波电流计算单元，接收所述相电流高次谐波幅值，并根据所述转速，计算得到所述多相补偿电流。

进一步的，所述相电流幅值计算单元根据公式进行计算，其中，i_m为所述相电流幅值，i_d为所述d轴分量电流，i_q为所述q轴分量电流；

所述相电流高次谐波幅值计算单元根据公式I_n＝i_m×k_n，其中，I_n为所述相电流高次谐波幅值，k_n为所述高次谐波比例系数；

所述谐波电流计算单元根据公式i_M*＝Σ[I_n×cos(nθ+λ+γ_n)]进行计算，其中，i_M*为第M相补偿电流，n为高次谐波的次数，θ为所述转子位置，λ为第M相的偏转角度，γ_n为第n次谐波相位与M相电流相位的夹角。

进一步的，所述电压变换模块包括：

反旋转变换模块，接收所述d轴控制电压和q轴控制电压，分别对所述d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标变换，并输出一直角坐标电压；

空间矢量变换变换模块，接收所述直角坐标电压，对所述直角坐标电压进行空间矢量变换，并输出一多相控制占空比；以及

相变换模块，接收所述多相控制占空比，对所述多相控制占空比进行相变换，并输出所述多相电压。

与现有技术相比，本发明提供的扭矩波动抑制控制装置具有以下优点：

1.在本发明提供的扭矩波动抑制控制装置中，所述前馈补偿电压计算模块接收所述转速和转子位置，并根据一反电动势常数和一高次谐波比例系数，得到一用于补偿所述d轴目标电压的所述d轴前馈补偿电压，并得到一用于补偿所述q轴目标电压的所述q轴前馈补偿电压，在每一时间周期内，所述d轴前馈补偿电压和q轴补偿电压对所述d轴目标电流和q轴目标电流进行补偿，消除该时间周期内的所述永磁同步电机的反电动势电压谐波，与现有技术相比，所述前馈补偿电压计算模块对所述d轴目标电流和q轴目标电流进行前馈补偿，可以有效地减小或消除所述永磁同步电机的扭矩波动。

2.在本发明提供的扭矩波动抑制控制装置中，还包括所述电流反馈单元，接收相电流感应单元所述相电流和正余弦计算单元的结果，并根据电流高次谐波比例系数，计算得到所述d轴反馈电流和所述q轴反馈电流。在每一周期内，所述的d轴反馈电流和q轴反馈电流都是消除了该时间周期内所述的永磁同步电机相电流高次谐波，可以进一步地减小或消除所述永磁同步电机的扭矩波动。

附图说明

图1为本发明一实施例中扭矩波动抑制控制装置的电路图；

图2为本发明一实施例中电压变换模块的电路图；

图3为本发明一实施例中前馈补偿电压计算模块的电路图；

图4为本发明一实施例中电流反馈单元的电路图。

具体实施方式

表贴式永磁同步电机的扭矩波动有两个主要分量：齿槽扭矩、同步转矩。其中齿槽扭矩，属于永磁同步电机特有的分量，大小也不随转速和负载变化，所以，发明人从降低同步转矩的角度出发，提出本发明。

永磁同步电机的电磁扭矩公式如下(以三相永磁同步电机为例说明)：

T_e＝(e_a×i_a+e_b×i_b+e_c×i_c)/ω

其中e_a、e_b、e_c是三相的反电动势，i_a、i_b、i_c是永磁同步电机的三相电流，T_e是永磁同步电机的电磁扭矩，ω是永磁同步电机的转速。

理想情况下三相的反电动势e_a、e_b、e_c和三相电流i_a、i_b、i_c都是完美的正弦波，永磁同步电机的电磁扭矩T_e也就是理想的直流量，不存在扭矩波动。然而，现实的情况是无论反电动势和相电流都会存在着高次谐波。永磁同步电机的反电动势主要存在5次、7次、11次、13次、……等高次谐波。而相电流波形上因为“死区”等非理想电路特性的原因也会产生5次、7次、11次、13次……等高次谐波。这些谐波会使永磁同步电机的电磁扭矩上产生高次谐波。这些谐波共同作用的结果是在电机输出的扭矩上产生6次、12次、18次，……次数为6的整数倍的谐波。

即T_e＝T₀+T₆+T₁₂+T₁₈+…，其中，T₀表示电机电磁扭矩的直流分量，T₆、T₁₂、T₁₈分别表示是扭矩的6次、12次和18次谐波。

发明人基于上述研究，本发明提出一种扭矩波动抑制控制装置，用于永磁同步电机，所述扭矩波动抑制控制装置包括：

d轴PI控制模块和q轴PI控制模块，所述d轴PI控制模块接收一d轴目标电流，并输出一d轴目标电压；所述q轴PI控制模块接收一q轴目标电流，并输出一q轴目标电压；

d轴电压计算模块和q轴电压计算模块，所述d轴电压计算模块接收所述d轴目标电压和一d轴前馈补偿电压，进行计算后，输出一d轴控制电压；所述q轴电压计算模块接收所述q轴目标电压和一q轴前馈补偿电压，进行计算后，输出一q轴控制电压；

电压变换模块，接收所述d轴控制电压和q轴控制电压，分别对所述d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标变换、空间矢量变换和相变换，并输出一多相电压给所述永磁同步电机；

转速感应模块，探测所述永磁同步电机的转速，并输出一转速；

转子位置感应模块，探测所述永磁同步电机的转子位置，并输出一转子位置；

前馈补偿电压计算模块，接收所述转速和转子位置，并根据一反电动势常数和一高次谐波比例系数，得到一用于补偿所述d轴目标电压的所述d轴前馈补偿电压，并得到一用于补偿所述q轴目标电压的所述q轴前馈补偿电压；以及

在每一时间周期内，所述d轴前馈补偿电压和q轴前馈补偿电压对所述d轴目标电流和q轴目标电流进行补偿，消除该时间周期内的所述永磁同步电机的反电动势电压谐波。

通过上述的扭矩波动抑制控制装置，本发明通过所述前馈补偿电压计算模块对所述d轴目标电流和q轴目标电流进行前馈补偿，可以有效地减小或消除所述永磁同步电机的扭矩波动。

下面将结合示意图对本发明的扭矩波动抑制控制装置进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的扭矩波动抑制控制装置可以用于各种永磁同步电机的谐波控制，减小由于逆变控制器电路误差带来高次电流谐波，从而带来的永磁同步电机的输出扭矩的谐波波动。

请参考图1，扭矩波动抑制控制装置1用于永磁同步电机100，所述扭矩波动抑制控制装置1包括：d轴PI控制模块101、q轴PI控制模块102、d轴电压计算模块103、q轴电压计算模块104、电压变换模块105、转速感应模块106、转子位置感应模块107以及前馈补偿电压计算模块108，所述前馈补偿电压计算模块108用于进行电压的前馈补偿，减少所述永磁同步电机100的反电动势的谐波，从而可以有效地减小或消除所述永磁同步电机100的扭矩波动。在本实施例中，所述永磁同步电机100为表贴式永磁同步电机，并且所述永磁同步电机100为三相电机，在本发明的其它实施例中，所述永磁同步电机100为六相电机等等。

较佳的，为了减少所述永磁同步电机100的相电流的谐波，在本实施例中，所述扭矩波动抑制控制装置1包括电流反馈单元109、d轴电流计算模块110和q轴电流计算模块111，d轴电流计算模块110除转换计算外含有反馈电流的谐波消除补偿，消除由于d轴前馈电压补偿谐波导入的d轴反馈电流谐波分量，q轴电流计算模块111除转换计算外含有反馈电流的谐波消除补偿，消除由于q轴电压前馈补偿所导入的q轴反馈电流谐波分量。这样才能保证在PI闭环系统中前馈能持续消除所述永磁同步电机100的扭矩波动。

其中，所述d轴PI控制模块101接收一d轴目标电流id_req，并输出一d轴目标电压ud，所述d轴PI控制模块101用于将电流信号(所述d轴目标电流id_req)转化为相应的电压信号(所述d轴目标电压ud)；由于在本实施例中，所述扭矩波动抑制控制装置1还包括所述d轴电流计算模块110，所以，在本实施例中，所述d轴电流计算模块110接收所述d轴目标电流id_req和一d轴反馈电流id_fdk，所述d轴电流计算模块110将所述d轴目标电流id_req和一d轴反馈电流id_fdk做差，输出一包含所述d轴目标电流id_req信息的d轴差值电流id_err，所述d轴PI控制模块101接收所述d轴差值电流id_err，所述d轴PI控制模块101将所所述d轴差值电流id_err转化为所述d轴目标电压ud。

同理，所述q轴PI控制模块102接收一q轴目标电流iq_req，并输出一q轴目标电压uq，所述q轴PI控制模块102用于将电流信号(所述q轴目标电流iq_req)转化为相应的电压信号(所述q轴目标电压uq)。由于在本实施例中，所述扭矩波动抑制控制装置1还包括所述q轴电流计算模块111，所以，在本实施例中，所述q轴电流计算模块111接收所述q轴目标电流iq_req和一q轴反馈电流iq_fdk，所述q轴电流计算模块111将所述q轴目标电流iq_req和一q轴反馈电流iq_fdk做差，输出一包含所述q轴目标电流iq_req信息的q轴差值电流iq_err，所述q轴PI控制模块102接收所述q轴差值电流iq_err，所述q轴PI控制模块102将所所述q轴差值电流iq_err转化为所述q轴目标电压uq。

所述d轴电压计算模块103接收所述d轴目标电压ud和一d轴前馈补偿电压ud_comp，并将所述d轴目标电压ud和所述d轴前馈补偿电压ud_comp进行叠加，得到一d轴控制电压ud*，其中，所述d轴前馈补偿电压ud_comp用于对所述d轴目标电压ud进行补偿；同理，所述q轴电压计算模块104接收所述q轴目标电压uq和一q轴补偿电压uq_comp，并将所述q轴目标电压uq和所述q轴补偿电压uq_comp进行叠加，得到一q轴控制电压uq*，其中，所述q轴补偿电压uq_comp用于对所述q轴目标电压uq进行补偿。

所述电压变换模块105接收所述d轴控制电压ud*和q轴控制电压uq*，分别对所述d轴控制电压ud*和q轴控制电压uq*进行坐标变换、空间矢量变换和相变换，并输出一多相电压给所述永磁同步电机100。由于在本实施例中，所述永磁同步电机100为三相电机，所以所述多相电压具有三相，分别为：uA、uB和uC。

较佳的，如图2所示，所述电压变换模块105包括反旋转变换模块1051、空间矢量变换变换模块1052和相变换模块1053。其中，所述反旋转变换模块1051接收所述d轴控制电压ud*和q轴控制电压uq*，分别对所述d轴控制电压ud*和q轴控制电压uq*进行坐标变换，并输出一直角坐标电压uα和uβ。一般的，所述反旋转变换模块1051包括一Park转换单元和一Clark转换单元，所述FPark转换单元和Clark转换单元为本领域的普通技术人员可以理解的，在此不作赘述。所述空间矢量变换变换模块1052接收所述直角坐标电压uα和uβ，对所述直角坐标电压uα和uβ进行空间矢量变换，并输出一多相控制占空比PA、PB和PC。一般的，所述空间矢量变换变换模块1052可以为SVPWM(SpaceVector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)等。所述相变换模块1053接收所述多相控制占空比PA、PB和PC，对所述多相控制占空比PA、PB和PC进行相变换，并输出所述多相电压uA、uB和uC。在本实施例中，所述相变换模块1053为三相桥，以为所述永磁同步电机100提供三相电压uA、uB和uC，使得所述永磁同步电机100正常工作。

如图1所示，所述转速感应模块106与所述永磁同步电机100相连，用于探测所述永磁同步电机100的转速ω，并输出所述转速ω。

所述转子位置感应模块107与所述永磁同步电机100相连，用于探测所述永磁同步电机100的转子位置θ，并输出所述转子位置θ。

所述前馈补偿电压计算模块接收所述转速ω和转子位置θ，并根据一反电动势常数K_e和一高次谐波比例系数k_n，得到一用于补偿所述d轴目标电压ud的所述d轴前馈补偿电压ud_comp，并得到一用于补偿所述q轴目标电压uq的所述q轴补偿电压uq_comp。其中，高次谐波的次数一般取5、7、11、13等等，k_n表示分别表示5次、7次、11次、13次等高次谐波比例系数，此为本领域的技术人员可以理解的。

在本实施例中，如图3所示，所述前馈补偿电压计算模块108包括反电动势谐波计算单元1081和反电动势变换模块1082。所述反电动势谐波计算单元1081用于接收所述转速ω和转子位置θ，并根据所述反电动势常数K_e和所述高次谐波比例系数k_n进行计算，得到一多相补偿电压ua*、ub*和uc*，所述多相补偿电压ua*、ub*和uc*为静止坐标系中的交流电压。

较佳的，所述反电动势谐波计算单元1081包括谐波振幅计算单元1083和多相反电动势谐波计算单元1084。其中，所述谐波振幅计算单元1083接收所述转速ω，并根据所述反电动势常数K_e和所述高次谐波比例系数k_n进行计算，得到一系列反电动势第高次谐波振幅E_n。在本实施例中，所述谐波振幅计算单元1081根据进行E_n＝K_e×ω×k_n进行计算：

E₅＝K_e×ω×k₅

E₇＝K_e×ω×k₇

E₁₁＝K_e×ω×k₁₁

……

其中E₅、E₇、E₁₁分别是反电动势第5次、7次、11次谐波振幅，k₅、k₇、k₁₁分别是所述5次、7次、11次谐波比例系数。对特定的所述永磁同步电机100来讲，所述反电动势常数K_e和所述高次谐波比例系数k_n都是固定的，可以通过实验测得，在此不作赘述。

所述多相反电动势谐波计算单元1084接收所述转子位置θ，并根据所述一系列反电动势第高次谐波振幅E_n，计算得到所述多相补偿电压ua*、ub*和uc*。在本实施例中，所述多相反电动势谐波计算单元1084根据一相转化公式进行计算，所述多相补偿电压具有M相，所述相转化公式为：μ_M*＝Σ[E_n×cos(nθ+λ+δ_n)]，其中，μ_M*为第M相补偿电压，n为高次谐波的次数，θ为所述转子位置，δ_n为n次谐波的角度偏差，λ为第M相的偏转角度。

在本实施例中，M＝3，所以，λ分别为0、2π/3、-2π/3，所以，所述多相补偿电压ua*、ub*和uc*分别为：

μ_a*＝E₅×cos(5θ+δ₅)+E₇×cos(7θ+δ₇)+E₁₁×cos(11θ+δ₁₁)+…

μ_b*＝E₅×cos(5θ+2π/3+δ_n)+E₇×cos(7θ+2π/3+δ₇)+E₁₁×cos(11θ+2π/3+δ₁₁)+…

μ_c*＝E₅×cos(5θ-2π/3+δ_n)+E₇×cos(7θ-2π/3+δ₇)+E₁₁×cos(11θ-2π/3+δ₁₁)+…

所述反电动势变换模块1082接收所述多相补偿电压ua*、ub*和uc*，并将所述多相补偿电压ua*、ub*和uc*变换成所述d轴前馈补偿电压ud_comp和q轴补偿电压uq_comp，所述d轴前馈补偿电压ud_comp和q轴补偿电压uq_comp为静止坐标系中的直流电压。一般的，所述反电动势变换模块1082包括一Clark转换单元和一Park转换单元。

在本实施例中，如图1所示，所述电流反馈单元109探测所述永磁同步电机100的反馈信号，并将所述反馈信号转化为d轴反馈电流id_fdk和q轴反馈电流iq_fdk。

较佳的，所述反馈信号为所述永磁同步电机100的相电流iA、iB、iC。在本发明的其它实施例中，所述反馈信号还可以为所述永磁同步电机100的扭矩等信号，此为本领域的技术人员可以理解的，在此不作赘述。

如图4所示，所述电流反馈单元109包括相电流感应单元1091、相电流转换单元1092、相电流谐波计算单元1093、相电流变换模块1097、d轴差值单元1098和q轴差值单元1099。

其中，所述相电流感应单元1091连接所述永磁同步电机100，用于探测所述永磁同步电机100的相电流iA、iB、iC，并将所述相电流iA、iB、iC输出，所述相电流转换单元1092接收所述永磁同步电机100的相电流iA、iB、iC，并将所述永磁同步电机100的相电流iA、iB、iC转换成旋转坐标系下的d轴分量电流id和q轴分量电流iq，一般的，所述相电流转换单元1092包括一Clark转换单元和一Park转换单元。

所述相电流谐波计算单元1093接收所述d轴分量电流id和q轴分量电流iq，并根据所述反电动势常数K_e、所述高次谐波比例系数k_n和所述转子位置θ进行计算，得到一多相补偿电流ia*、ib*、ic*，所述多相补偿电流ia*、ib*、ic*为静止坐标系中的交流电流。

较佳的，所述相电流谐波计算单元1093包括相电流幅值计算单元1094、相电流高次谐波幅值计算单元1095、谐波电流计算单元1096。

所述相电流幅值计算单元1094接收所述d轴分量电流id和q轴分量电流iq，计算得到一相电流幅值i_m。其中，所述相电流幅值计算单元1094根据公式进行计算得到。

所述相电流高次谐波幅值计算单元1095接收所述相电流幅值i_m，并根据所述高次谐波比例系数k_n，计算得到一相电流高次谐波幅值I_n。其中，所述相电流高次谐波幅值计算单元1095根据公式I_n＝i_m×k_n：

I₅＝i_mk₅

I₇＝i_mk₇

I₁₁＝i_mk₁₁

……

其中，I₅、I₇、I₁₁分别是所述相电流第5次、7次、11次谐波振幅。

所述谐波电流计算单元1096接收所述相电流高次谐波幅值I_n，并根据所述转速θ，计算得到所述多相补偿电流ia*、ib*、ic*。其中，所述谐波电流计算单元1096根据公式i_M*＝Σ[I_n×cos(nθ+λ+γ_n)]进行计算，其中，i_M*为第M相补偿电流，λ为第M相的偏转角度，γ_n为第n次谐波相位与M相电流相位的夹角，n为高次谐波的次数，θ为所述转子位置。

所述多相补偿电流ia*、ib*、ic*分别为：

i_a*＝I₅×cos(5θ+γ5)+I₇×cos(7θ+γ7)+I₁₁×cos(11θ+γ₁₁)+…

i_b*＝I₅×cos(5θ+2π/3+γ5)+I7×cos(7θ+2π/3+γ7)+I₁₁×cos(11θ+2π/3+γ7)+…

i_c*＝I₅×cos(5θ-2π/3+γ5)+I₇×cos(7θ-2π/3+γ7)+I₁₁×cos(11θ-2π/3+γ7)+…

所述相电流变换模块1097接收所述多相补偿电流ia*、ib*、ic*，并将所述多相补偿电流ia*、ib*、ic*变换成所述d轴谐波分量电流id*和q轴谐波分量电流iq*，所述d轴谐波分量电流id*和q轴谐波分量电流iq*为静止坐标系中的直流电流，一般的，所述相电流变换模块1097包括一Clark转换单元和一Park转换单元。

所述d轴差值单元1098对所述d轴分量电流id和d轴谐波分量电流id*做差，得到所述d轴反馈电流id_fdk；所述q轴差值单元1099对所述q轴分量电流iq和q轴谐波分量电流iq*做差，得到所述q轴反馈电流iq_fdk。

在每一时间周期内，所述d轴前馈补偿电压ud_comp和q轴补偿电压uq_comp对所述d轴目标电流id_req(在本实施例中为所述d轴目标电压ud)和q轴目标电流iq_req(在本实施例中为所述q轴目标电压uq)进行前馈补偿，消除该时间周期内的所述永磁同步电机100的反电动势电压谐波，可以有效地减小或消除所述永磁同步电机100的扭矩波动；

同时，在该时间周期内，所述电流反馈单元109探测所述反馈信号，并在下一时间周期内，所述d轴电流计算模块110将所述d轴反馈电流id_fdk补偿给所述d轴PI控制模块101，同时，所述q轴电流计算模块111将所述q轴反馈电流iq_fdk补偿给所述q轴PI控制模块102，进行反馈补偿，消除下一时间周期内的所述永磁同步电机100的电流谐波，可以进一步地减小或消除所述永磁同步电机100的扭矩波动。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种扭矩波动抑制控制装置，用于永磁同步电机，其特征在于，所述扭矩波动抑制控制装置包括：

d轴PI控制模块和q轴PI控制模块，所述d轴PI控制模块接收一d轴目标电流，并输出一d轴目标电压；所述q轴PI控制模块接收一q轴目标电流，并输出一q轴目标电压；

d轴电压计算模块和q轴电压计算模块，所述d轴电压计算模块接收所述d轴目标电压和一d轴前馈补偿电压，进行计算后，输出一d轴控制电压；所述q轴电压计算模块接收所述q轴目标电压和一q轴前馈补偿电压，进行计算后，输出一q轴控制电压；

电压变换模块，接收所述d轴控制电压和q轴控制电压，分别对所述d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标变换、空间矢量变换和相变换，并输出一多相电压给所述永磁同步电机；

转速感应模块，探测所述永磁同步电机的转速，并输出所述转速；

转子位置感应模块，探测所述永磁同步电机的转子位置，并输出所述转子位置；

前馈补偿电压计算模块，接收所述转速和转子位置，并根据一反电动势常数和一高次谐波比例系数，得到一用于补偿所述d轴目标电压的所述d轴前馈补偿电压，并得到一用于补偿所述q轴目标电压的所述q轴前馈补偿电压；

在每一时间周期内，所述d轴前馈补偿电压和q轴前馈补偿电压对所述d轴目标电流和q轴目标电流进行补偿，消除该时间周期内的所述永磁同步电机的反电动势谐波。

2.如权利要求1所述的扭矩波动抑制控制装置，其特征在于，所述前馈补偿电压计算模块包括：

反电动势谐波计算单元，接收所述转速和转子位置，并根据所述反电动势常数和所述高次谐波比例系数进行计算，得到一多相补偿电压，所述多相补偿电压为静止坐标系中的交流电压；

反电动势变换模块，接收所述多相补偿电压，并将所述多相补偿电压变换成所述d轴前馈补偿电压和q轴前馈补偿电压，所述d轴前馈补偿电压和q轴前馈补偿电压为旋转坐标系中的直流电压。

3.如权利要求2所述的扭矩波动抑制控制装置，其特征在于，所述反电动势谐波计算单元包括：

谐波振幅计算单元，接收所述转速，并根据所述反电动势常数和所述高次谐波比例系数进行计算，得到一系列反电动势高次谐波振幅；

多相反电动势谐波计算单元，接收所述转子位置，并根据所述一系列反电动势高次谐波振幅，计算得到所述多相补偿电压。

4.如权利要求3所述的扭矩波动抑制控制装置，其特征在于，所述谐波振幅计算单元根据进行E_n＝K_e×ω×k_n进行计算，其中，E_n为所述反电动势高次谐波振幅，K_e为所述反电动势常数，ω为所述转速，k_n为所述高次谐波比例系数。

5.如权利要求3所述的扭矩波动抑制控制装置，其特征在于，所述多相反电动势谐波计算单元根据一相转化公式进行计算，所述多相补偿电压具有M相，所述相转化公式为：

μ_M ^*＝Σ[E_n×cos(nθ+λ+δ_n)]，其中，E_n为所述反电动势高次谐波振幅，μ_M ^*为第M相补偿电压，n为高次谐波的次数，θ为所述转子位置，δ_n为n次谐波的角度偏差，λ为第M相的偏转角度。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的扭矩波动抑制控制装置，其特征在于，所述扭矩波动抑制控制装置还包括：

电流反馈单元，探测所述永磁同步电机的相电流的反馈信号，并将所述反馈信号转化为d轴反馈电流和q轴反馈电流；以及

d轴电流计算模块和q轴电流计算模块，所述d轴电流计算模块接收所述d轴目标电流和d轴反馈电流，进行计算后，输出一包含所述d轴目标电流信息的d轴差值电流，所述d轴PI控制模块接收所述d轴差值电流；所述q轴电流计算模块接收所述q轴目标电流和q轴反馈电流，进行计算后，输出一包含所述q轴目标电流信息的q轴差值电流，所述q轴PI控制模块接收所述q轴差值电流；

在每一时间周期内，所述电流反馈单元探测上一时间周期的所述反馈信号；在当前时间周期内，所述d轴电流计算模块将所述d轴差值电流补偿给所述d轴PI控制模块，同时，所述q轴电流计算模块将所述q轴差值电流补偿给所述q轴PI控制模块。

7.如权利要求6所述的扭矩波动抑制控制装置，其特征在于，所述反馈信号为所述永磁同步电机的相电流，所述电流反馈单元包括：

相电流感应单元，用于探测所述永磁同步电机的相电流；

相电流转换单元，接收所述永磁同步电机的相电流，并将所述永磁同步电机的相电流转换成旋转坐标系下的d轴分量电流和q轴分量电流；

相电流谐波计算单元，接收所述d轴分量电流和q轴分量电流，并根据所述反电动势常数、所述高次谐波比例系数和所述转子位置进行计算，得到一多相补偿电流；

相电流变换模块，接收所述多相补偿电流，并将所述多相补偿电流变换成d轴谐波分量电流和q轴谐波分量电流，所述d轴谐波分量电流和q轴谐波分量电流为静止坐标系中的直流电流；

d轴差值单元和q轴差值单元，所述d轴差值单元对所述d轴分量电流和d轴谐波分量电流做差，得到所述d轴反馈电流；所述q轴差值单元对所述q轴分量电流和q轴谐波分量电流做差，得到所述q轴反馈电流。

8.如权利要求7所述的扭矩波动抑制控制装置，其特征在于，所述相电流谐波计算单元包括：

相电流幅值计算单元，接收所述d轴分量电流和q轴分量电流，计算得到一相电流幅值；

相电流高次谐波幅值计算单元，接收所述相电流幅值，所述高次谐波比例系数，计算得到一相电流高次谐波幅值；以及

谐波电流计算单元，接收所述相电流高次谐波幅值，并根据所述转子位置，计算得到所述多相补偿电流。

9.如权利要求8所述的扭矩波动抑制控制装置，其特征在于，

所述相电流幅值计算单元根据公式进行计算，其中，i_m为所述相电流幅值，i_d为所述d轴分量电流，i_q为所述q轴分量电流；

所述相电流高次谐波幅值计算单元根据公式I_n＝i_m×k_n，其中，I_n为所述相电流高次谐波幅值，k_n为所述高次谐波比例系数；

所述谐波电流计算单元根据公式i_M ^*＝Σ[I_n×cos(nθ+λ+γ_n)]进行计算，其中，i_M ^*为第M相补偿电流，n为高次谐波的次数，θ为所述转子位置，λ为第M相的偏转角度，γ_n为第n次谐波相位与M相电流相位的夹角。

10.如权利要求1所述的扭矩波动抑制控制装置，其特征在于，所述电压变换模块包括：

反旋转变换模块，接收所述d轴控制电压和q轴控制电压，分别对所述d轴控制电压和q轴控制电压进行坐标变换，并输出一直角坐标电压；

空间矢量变换变换模块，接收所述直角坐标电压，对所述直角坐标电压进行空间矢量变换，并输出一多相控制占空比；以及

相变换模块，接收所述多相控制占空比，对所述多相控制占空比进行相变换，并输出所述多相电压。