CN109274305A - 一种内置式永磁同步电机齿槽转矩的测量和补偿方法 - Google Patents

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王双全
黄洪剑
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明公开了一种内置式永磁同步电机齿槽转矩的测量和补偿方法，本方法将电机转子旋转一周按照定子齿槽数N等分为齿槽转矩周期，每齿槽转矩周期等分成M段位置，采用电机控制器控制电机运行在速度环模式，速度环的输出为电流环的Q轴电流指令，D轴电流指令为零，通过实时检测每个齿槽转矩周期内每个等分位置的Q轴电流指令值，经计算得到电机Q轴齿槽转矩电流值，从而计算得到对应的齿槽转矩值。本方法克服传统齿槽转矩测量的缺陷，利用电机控制器驱动永磁同步电机，并测量出对应的齿槽转矩值，无需其他高精度伺服设备，且操作简单、成本较低。

Description

一种内置式永磁同步电机齿槽转矩的测量和补偿方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种内置式永磁同步电机齿槽转矩的测量和补偿方法。
背景技术
永磁同步电机由于其体积小、功率密度高、效率高、运行可靠等优点，而广泛应用于电动汽车。然而永磁同步电机旋转时，处于永磁体中间部分的定子齿与永磁体之间的磁导几乎不变,而与永磁体两个侧面对应的由一个或两个定子齿构成的一小段封闭区域内的磁导变化却很大，导致磁场储能改变，产生了单方向力矩，其切向分量就是齿槽转矩。
齿槽转矩会降低电机控制的性能，尤其在低速时更为严重，同时齿槽转矩也会使电机产生振动和噪音，当齿槽转矩脉动频率与定子或转子的机械谐振频率一致时，振动和噪音会进一步被放大，这将会严重降低电机控制系统的品质，影响电动汽车的驾驶体验。
通过对电机本体的设计优化可以一定程度的削弱齿槽转矩，但是对于已经存在的、本体不能改变的永磁电机而言，可以在控制上通过对齿槽转矩的补偿来降低齿槽转矩的影响，而对电机本体的设计优化以及齿槽转矩补偿的基础是齿槽转矩的测量。
现有技术中齿槽转矩的测量主要有杠杆测量法及转矩仪法，杠杆测量法比较简单，测量精度比较差，不能反映齿槽转矩与转子位置的具体量化关系，只能大致分析齿槽转矩的特性，所以主要用于对精度要求不高的场合；转矩仪法利用高精度伺服系统进行测量，该方法虽然可以精确的测量齿槽转矩，但是需要高精度设备，操作复杂，成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种内置式永磁同步电机齿槽转矩的测量和补偿方法，本方法克服传统齿槽转矩测量的缺陷，利用电机控制器驱动永磁同步电机，并测量出对应的齿槽转矩值，无需其他高精度伺服设备，且操作简单、成本较低。
为解决上述技术问题，本发明内置式永磁同步电机齿槽转矩的测量和补偿方法包括如下步骤：
步骤一、将电机转子旋转一周360度机械周期按照定子齿槽数N等分，每一份占有度，称为一个齿槽转矩周期；
步骤二、将每一个齿槽转矩周期按照精度要求等分成M段位置，M值越大精度越高；
步骤三、采用电机控制器驱动电机，设定电机D轴电流指令为零，控制电机在一个很低的转速稳定运行，记录每个齿槽转矩周期内每个等分位置对应的电机Q轴电流指令值iqnms，共记录S组数据，其中n代表齿槽转矩周期号，m代表每个齿槽转矩周期内的等分段号，s代表记录的数据编号；
步骤四、将记录的S组电机Q轴电流指令值iqnms相加，除以S得到每个齿槽转矩周期内每个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值其中，n＝1～N，m＝1～M；
步骤五、将各个齿槽转矩周期内每个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值相加，除以齿槽转矩周期数N，得到每个齿槽转矩周期内每个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值其中m＝1～M；
步骤六、将M个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值相加，除以M得到电机总的Q轴电流指令平均值该平均值代表的是克服电机固有的摩擦力和阻尼阻力所需的转矩电流值；
步骤七、将M个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值减去电机总的Q轴电流指令平均值得到M个等分位置对应的电机Q轴齿槽转矩电流值iqCogging；
步骤八、计算M个等分位置对应的齿槽转矩值TeCogging，
式中：Pn是电机极对数，λf是永磁体磁链。
进一步，所述电机控制器驱动电机并且控制电机在一个很低的转速为1rpm。
由于本发明内置式永磁同步电机齿槽转矩的测量和补偿方法采用了上述技术方案，即本方法将电机转子旋转一周按照定子齿槽数N等分为齿槽转矩周期，每齿槽转矩周期等分成M段位置，采用电机控制器控制电机运行在速度环模式，速度环的输出为电流环的Q轴电流指令，D轴电流指令为零，通过实时检测每个齿槽转矩周期内每个等分位置的Q轴电流指令值，经计算得到电机Q轴齿槽转矩电流值，从而计算得到对应的齿槽转矩值。本方法克服传统齿槽转矩测量的缺陷，利用电机控制器驱动永磁同步电机，并测量出对应的齿槽转矩值，无需其他高精度伺服设备，且操作简单、成本较低。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明内置式永磁同步电机齿槽转矩的测量和补偿方法示意图。
具体实施方式
本发明内置式永磁同步电机齿槽转矩的测量和补偿方法包括如下步骤：
步骤一、将电机转子旋转一周360度机械周期按照定子齿槽数N等分，每一份占有度，称为一个齿槽转矩周期；
步骤二、将每一个齿槽转矩周期按照精度要求等分成M段位置，M值越大精度越高；
步骤三、采用电机控制器驱动电机，设定电机D轴电流指令为零，控制电机在一个很低的转速稳定运行，记录每个齿槽转矩周期内每个等分位置对应的电机Q轴电流指令值iqnms，共记录S组数据，其中n代表齿槽转矩周期号，m代表每个齿槽转矩周期内的等分段号，s代表记录的数据编号；
步骤四、将记录的S组电机Q轴电流指令值iqnms相加，除以S得到每个齿槽转矩周期内每个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值其中，n＝1～N，m＝1～M；
步骤五、将各个齿槽转矩周期内每个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值相加，除以齿槽转矩周期数N，得到每个齿槽转矩周期内每个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值其中m＝1～M；
步骤六、将M个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值相加，除以M得到电机总的Q轴电流指令平均值该平均值代表的是克服电机固有的摩擦力和阻尼阻力所需的转矩电流值；
步骤七、将M个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值减去电机总的Q轴电流指令平均值得到M个等分位置对应的电机Q轴齿槽转矩电流值iqCogging；
步骤八、计算M个等分位置对应的齿槽转矩值TeCogging，
式中：Pn是电机极对数，λf是永磁体磁链。
优选的，所述电机控制器驱动电机并且控制电机在一个很低的转速为1rpm。
如图1所示，本方法采用电机控制器1控制永磁同步电机PMSM运行在速度环模式，速度环的输出为电流环的Q轴电流指令，D轴电流指令为零，通过实时检测不同电机转子位置处的的Q轴电流指令值，然后计算出对应的齿槽转矩。
电机PMSM处于空载状态，电机控制器1驱动电机PMSM稳定运行在一个较低的转速(本方法采用1RPM)，位置传感器2采集电机PMSM的位置信号供电流环矢量变换使用，同时通过对位置信号微分得到电机PMSM的转速ωr；转速指令ωr与电机的转速ω*做差，通过速度环PI调节器得到Q轴电流指令D轴电流指令然后通过电流环PI调节器得到DQ轴电压参考指令ud、uq，经过一系列运算得到驱动脉冲控制电机稳定运行。
由齿槽转矩产生的原理可知齿槽转矩是呈周期性变化的，其周期即是一个齿距的长度，电机转子一周共有定子齿槽的数个齿槽转矩周期，每个齿槽转矩周期内的齿槽转矩变化基本相同，通过求平均值的方法得到齿槽转矩值，不仅提高了齿槽转矩的测量精度，而且可以得到完整的齿槽转矩周期的特性，提高齿槽转矩测量的准确性,为削弱齿槽转矩对电机的影响奠定了基础。

Claims (2)

1.一种内置式永磁同步电机齿槽转矩的测量和补偿方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、将电机转子旋转一周360度机械周期按照定子齿槽数N等分，每一份占有度，称为一个齿槽转矩周期；
步骤二、将每一个齿槽转矩周期按照精度要求等分成M段位置，M值越大精度越高；
步骤三、采用电机控制器驱动电机，设定电机D轴电流指令为零，控制电机在一个很低的转速稳定运行，记录每个齿槽转矩周期内每个等分位置对应的电机Q轴电流指令值iqnms，共记录S组数据，其中n代表齿槽转矩周期号，m代表每个齿槽转矩周期内的等分段号，s代表记录的数据编号；
步骤四、将记录的S组电机Q轴电流指令值iqnms相加，除以S得到每个齿槽转矩周期内每个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值其中，n＝1～N，m＝1～M；
步骤五、将各个齿槽转矩周期内每个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值相加，除以齿槽转矩周期数N，得到每个齿槽转矩周期内每个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值其中m＝1～M；
步骤六、将M个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值相加，除以M得到电机总的Q轴电流指令平均值该平均值代表的是克服电机固有的摩擦力和阻尼阻力所需的转矩电流值；
步骤七、将M个等分位置对应的电机Q轴电流指令平均值减去电机总的Q轴电流指令平均值得到M个等分位置对应的电机Q轴齿槽转矩电流值iqCogging；
步骤八、计算M个等分位置对应的齿槽转矩值TeCogging，
式中：Pn是电机极对数，λf是永磁体磁链。
2.根据权利要求1所述的一种内置式永磁同步电机齿槽转矩的测量和补偿方法，其特征在于：所述电机控制器驱动电机并且控制电机在一个很低的转速为1rpm。
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