CN111835253A - 一种电机振动或噪声控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电机振动或噪声控制方法及装置，控制方法包括：根据转矩与电流关系得到电机需求转矩对应的d、q轴参考电流；计算电机的d、q轴实际电流；将d、q轴需求电流与d、q轴实际电流做差后分别进行PID控制，获得d、q轴参考电压；分别设置预定幅值和相位的d、q轴补偿电压，并与d、q轴参考电压进行求和，得到d、q轴需求电压；实时获取振动或噪声的频率及其幅值，或者二者的阶次成分及其幅值，并判断其是否小于或等于目标值，是则将d、q轴补偿电压的幅值和相位作为电机振动或噪声控制的参数；否则调整d、q轴补偿电压的幅值和相位。本发明通过改变电机d、q轴电压的幅值和相位，对振动或噪声进行控制，取得了良好的效果。

Description

一种电机振动或噪声控制方法及装置

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种电机振动和噪声控制方法及装置。

背景技术

随着社会的进步、科技的发展，环境和能源问题日益突出，发展和普及节能与电动汽车的呼声日趋高涨。电机特别是交流电机(主要有永磁同步电机和感应电机)作为电动汽车的驱动装置，是电动汽车的核心关键部件，其振动和噪声性能，直接影响着汽车的乘坐舒适性。人们对汽车品质要求的不断提高，也对电机性能提出了越来越高的要求。

通过优化电机电磁场结构或增加隔吸声措施来优化电机振动和噪声，已有比较成熟的开发流程和方法，然而这些方法均是在电机产品样机制作后进行优化，代价高、周期慢，而且往往很难达到理想的效果。在电机和电动汽车产品迭代不断加快的今天，找到有效并且快速对电机振动和噪声进行控制的方法至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电机振动和噪声控制方法及装置，无需更改结构，成本低且周期短。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电机振动或噪声控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，根据转矩与电流关系得到电机需求转矩对应的d轴参考电流和q轴参考电流；

步骤S2，计算电机的d轴实际电流和q轴实际电流；

步骤S3，将d轴需求电流与d轴实际电流做差、q轴需求电流与q轴实际电流做差，再分别进行PID控制；

步骤S4，获取d轴参考电压、q轴参考电压；

步骤S5，分别设置预定幅值和相位的d轴补偿电压和q轴补偿电压，并分别与所述d轴参考电压和q轴参考电压进行求和，得到电机的d轴需求电压和q轴需求电压；

步骤S6，实时获取需控制的振动或噪声的频率及其幅值，或者振动或噪声的阶次成7，判断所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值是否小于或等于目标值，如是，则将d、q轴补偿电压的幅值和相位确定为电机振动或噪声控制的参数；如否，则调整所述d、q轴补偿电压的幅值和相位。

其中，如果多次调整d、q轴补偿电压的幅值和相位后，所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值仍然大于所述目标值，则将所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值最接近所述目标值时对应的d、q轴补偿电压的幅值和相位确定为电机振动或噪声控制的参数。

其中，所述步骤S1中，如果电机采用最大转矩电流比控制，则所述d轴参考电流和q轴参考电流通过如下方式得到：

如果电机采用d轴电流为零的控制，则所述d轴参考电流和q轴参考电流通过如下方式得到：

其中，φ_f为定子磁链，L_d和L_q为d轴和q轴电感，T_ref为电机需求转矩，p为电机极对数。

其中，所述步骤S2还包括实时获取电机实际转速和/或角位移。

其中，电机的d轴实际电流i_d和q轴实际电流i_q通过如下方式得到：

其中，i_u、i_v和i_w分别为电机三相电流，θ为电机角位移。

其中，所述步骤S5中，按照下述方式设置预定幅值和相位的d轴补偿电压ΔV_d和q轴补偿电压ΔV_q：

或

其中，A_d为d轴补偿电压的幅值，ψ_d为d轴补偿电压的相位，A_q为q轴补偿电压的幅值，ψ_q为q轴补偿电压的相位，π为圆周率，n为电机转速，p为电机极对数，N_n为振动或噪声相对于电机转速的阶次成分，N_c为振动或噪声相对于三相电流基频的阶次成分，t为时间变量。

本发明还提供一种电机振动或噪声控制装置，包括：

第一获取单元，用于根据转矩与电流关系得到电机需求转矩对应的d轴参考电流和q轴参考电流；

第二获取单元，用于计算得到电机的d轴实际电流和q轴实际电流；

PID控制单元，用于将d轴需求电流与d轴实际电流做差、q轴需求电流与q轴实际电流做差，再分别进行PID控制；

第三获取单元，用于获取d轴参考电压、q轴参考电压；

第四获取单元，用于分别设置预定幅值和相位的d轴补偿电压和q轴补偿电压，并分别与所述d轴参考电压和q轴参考电压进行求和，得到电机的d轴需求电压和q轴需求电压；

第五获取单元，用于实时获取需控制的振动或噪声的频率及其幅值，或者振动或噪声的阶次成分及其幅值；

控制单元，用于判断所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值是否小于或等于目标值，如是，则将d、q轴补偿电压的幅值和相位确定为电机振动或噪声控制的参数；如否，则调整所述d、q轴补偿电压的幅值和相位。

其中，所述控制单元还用于在多次调整d、q轴补偿电压的幅值和相位后，如果所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值仍然大于所述目标值，则将所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值最接近所述目标值时对应的d、q轴补偿电压的幅值和相位确定为电机振动或噪声控制的参数。

其中，如果电机采用最大转矩电流比控制，所述第一获取单元通过如下方式得到所述d轴参考电流和q轴参考电流：

如果电机采用d轴电流为零的控制，所述第一获取单元通过如下方式得到所述d轴参考电流和q轴参考电流：

其中，φ_f为定子磁链，L_d和L_q为d轴和q轴电感，T_ref为电机需求转矩，p为电机极对数。

其中，所述第二获取单元还用于实时获取电机实际转速和/或角位移。

其中，所述第二获取单元通过如下方式得到电机的d轴实际电流i_d和q轴实际电流i_q：

其中，i_u、i_v和i_w分别为电机三相电流，θ为电机角位移。

其中，所述第四获取单元通过下述方式设置预定幅值和相位的d轴补偿电压ΔV_d和q轴补偿电压ΔV_q：

或

其中，A_d为d轴补偿电压的幅值，ψ_d为d轴补偿电压的相位，A_q为q轴补偿电压的幅值，ψ_q为q轴补偿电压的相位，π为圆周率，n为电机转速，p为电机极对数，N_n为振动或噪声相对于电机转速的阶次成分，N_c为振动或噪声相对于三相电流基频的阶次成分，t为时间变量。

实施本发明实施例具有以下有益效果：在不变动电机结构的条件下，仅通过优化电机控制策略，改变电机d、q轴电压谐波的幅值和相位，从而对振动或噪声进行控制，避免了结构更改、加声学包裹等成本高、周期长的方式，几乎不需要增加额外的成本，并且大大缩短了周期，同时还能取得良好的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一一种电机振动和噪声控制方法的流程示意图。

图2为本发明实施例一的具体控制流程示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。

本发明的发明人发现，电机噪声尤其是电磁噪声，受d、q轴电压影响很大，这也给通过电流阶次成分控制电机振动和噪声提供了可能。基于此，本发明通过优化电机控制策略，改变电机d、q轴电压谐波的幅值和相位，从而对振动和噪声进行控制。

请参照图1所示，本发明实施例一提供一种电机振动或噪声的控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，根据转矩与电流关系得到电机需求转矩对应的d轴参考电流和q轴参考电流；

步骤S2，计算电机的d轴实际电流和q轴实际电流；

步骤S3，将d轴需求电流与d轴实际电流做差、q轴需求电流与q轴实际电流做差，再分别进行PID控制；

步骤S4，获取d轴参考电压、q轴参考电压；

步骤S5，分别设置预定幅值和相位的d轴补偿电压和q轴补偿电压，并分别与所述d轴参考电压和q轴参考电压进行求和，得到电机的d轴需求电压和q轴需求电压；

步骤S6，实时获取需控制的振动或噪声的频率及其幅值，或者振动或噪声的阶次成分及其幅值；

步骤S7，判断所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值是否小于或等于目标值，如是，则将d、q轴补偿电压的幅值和相位确定为电机振动或噪声控制的参数；如否，则调整所述d、q轴补偿电压的幅值和相位。

本发明实施例对电机的振动和噪声都可以进行控制，具体而言，可以对单一频率的振动或噪声进行控制，也可以对成阶次特征的振动或噪声进行控制，其中，频率与电机转速的比值为阶次成分。由此，本实施例可以控制的振动混合噪声包括：某频率下的振动、某阶次振动、某频率下的噪声、某阶次噪声。其中，振动或噪声相对于电机转速的阶次成分N_n的计算方法为：

振动或噪声相对于三相电流基频的阶次成分N_c的计算方法为：

其中，f为电机振动或者噪声的频率(Hz)，n为电机转子转动速度(rpm)，p为电机极对数，60则是将每分钟转速转换为每秒转速的常数。

请再结合图2所示，步骤S1将获取各工况下电机需求扭矩T_ref对应的d、q轴参考电流i_dref和i_qref。转矩与电流关系依据控制策略的不同有所不同，举例说明，如电机采用最大转矩电流比控制，则d轴和q轴参考电流可通过如下关系得到：

如电机采用i_d＝0控制，则d轴和q轴参考电流可通过如下关系得到：

其中，φ_f为定子磁链，L_d和L_q为d轴和q轴电感。

需要说明的是，d轴和q轴参考电流还可以依据弱磁控制等其他控制方法得到。当存在电机需求扭矩T_ref时，通过上述列举的方法计算出i_dref和i_qref的值与T_ref对等，即在i_dref和i_qref为此值时，电机能够输出T_ref这么大的扭矩。

步骤S2中，电机d轴实际电流i_d和q轴实际电流i_q依据电机控制策略计算得到，举例说明，i_d、i_q可以通过如下方法得到：

其中，i_u、i_v和i_w分别为电机三相电流，电机运行时，三组线圈会有电流，即三相电流，根据三相电流及电极角位移θ可以计算出i_d和i_q。可以理解的是，依据其他电机控制策略，可以根据电机实际转速n、角位移θ和三相电流计算出i_d和i_q，也可以根据角位移θ和三相电流计算出i_d和i_q，由此步骤S2还包括实时获取电机实际转速n和/或角位移θ。

在步骤S3将d轴需求电流、q轴需求电流与d轴实际电流、q轴实际电流做差后分别进行比例-积分-微分PID控制，形成对电机d、q轴电流的闭环控制。

步骤S4获得d轴参考电压V_dref、q轴参考电压V_qref之后，步骤S5针对所述需控制的振动或噪声的频率或者二者的阶次成分，设置预定幅值和相位的d轴补偿电压ΔV_d和q轴补偿电压ΔV_q，分别为：

或

由于如前述，

分别代入上述公式可得：

或

然后，将d轴补偿电压ΔV_d和q轴补偿电压ΔV_q分别与d轴参考电压V_dref和q轴参考电压V_qref进行求和，得到电机的d轴需求电压V_dreq和q轴需求电压V_qreq，其计算方式为：

上述公式中，A_d为d轴补偿电压的幅值(V)，ψ_d为d轴补偿电压的相位(rad)，A_q为q轴补偿电压的幅值(V)，ψ_q为q轴补偿电压的相位(rad)，π为圆周率，n为电机转速，p为电机极对数，N_n为振动或噪声相对于电机转速的阶次成分，N_c为振动或噪声相对于三相电流基频的阶次成分，f_n为转速频率，f_c为电流频率，t为时间变量。需要说明的是，由于电机转速n很容易获取(例如通过电机自带的测量转速信号的仪器)，而对于特定的电机，一般N_n、N_c也是特定的，因此本实施例利用N_n、N_c和转速n(即公式(7)、(8))来计算d、q轴补偿电压较为方便。

得到电机的d轴需求电压V_dreq和q轴需求电压V_qreq之后，即按照上述参数对电机进行矢量控制。

步骤S6会实时获取需控制的振动或噪声的频率及其幅值，或者振动或噪声的阶次成分及其幅值，主要是测试、计算分析电机按步骤S1-S5运行在不同工况下振动或噪声的频率及其幅值，或者二者的阶次成分及其幅值(设幅值为A_r)。获取之后即在步骤S7与目标值进行判断。

步骤S7判断所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值是否小于或等于目标值，如是，则将d、q轴补偿电压的幅值和相位确定为所述电机振动和噪声控制的参数；如否，则调整步骤S5中d、q轴补偿电压的幅值和相位。

具体地，步骤S7的判断依据可表述为：

A_r≤A_Target

其中，A_r为当前工况下电机振动或噪声的幅值，或者为电机振动或噪声的阶次成分的幅值，是经测试计算得到的特定频率或阶次成分对应的振动或噪声的幅值(即实际值)，A_Target为目标值，是需控制的特定频率或阶次对应的振动或噪声幅值的目标值。如果判断A_r≤A_Target，表明电机的振动或噪声已经满足控制要求，则将步骤S5设置的d、q轴补偿电压的幅值和相位作为电机振动或噪声控制的参数；反之，如果判断A_r>A_Target，表明虽经过控制，但仍未达到振动或噪声的控制要求，则此时需要重新调整d、q轴补偿电压的幅值和相位，再次执行步骤S2-S5，控制电机运行后实时获取A_r，并将其与A_Target再次比较，判断是否A_r≤A_Target，如此往复，最终获得适合的d、q轴补偿电压的幅值和相位来作为电机振动或噪声控制的参数。

需要说明的是，如果出现无论怎样调整步骤S5所述的d、q轴补偿电压的幅值和相位，均不能满足振动或噪声控制要求(即A_r>A_Target)的情形，则将A_r最接近A_Target时对应的d、q轴补偿电压的幅值和相位确定为所述电机对应工况下振动或噪声的控制参数。

相应于本发明实施例一，本发明实施例二还提供本发明还提供一种电机振动或噪声控制装置，包括：

第一获取单元，用于根据转矩与电流关系得到电机需求转矩对应的d轴参考电流和q轴参考电流；

第二获取单元，用于计算得到电机的d轴实际电流和q轴实际电流；

PID控制单元，用于将d轴需求电流与d轴实际电流做差、q轴需求电流与q轴实际电流做差，再分别进行PID控制；

第三获取单元，用于获取d轴参考电压、q轴参考电压；

第四获取单元，用于分别设置预定幅值和相位的d轴补偿电压和q轴补偿电压，并分别与所述d轴参考电压和q轴参考电压进行求和，得到电机的d轴需求电压和q轴需求电压；

第五获取单元，用于实时获取需控制的振动或噪声的频率及其幅值，或者振动或噪声的阶次成分及其幅值；

控制单元，用于判断所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值是否小于或等于目标值，如是，则将d、q轴补偿电压的幅值和相位确定为电机振动或噪声控制的参数；如否，则调整所述d、q轴补偿电压的幅值和相位。

其中，所述控制单元还用于在多次调整d、q轴补偿电压的幅值和相位后，如果所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值仍然大于所述目标值，则将所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值最接近所述目标值时对应的d、q轴补偿电压的幅值和相位确定为电机振动或噪声控制的参数。

其中，如果电机采用最大转矩电流比控制，所述第一获取单元通过如下方式得到所述d轴参考电流和q轴参考电流：

如果电机采用d轴电流为零的控制，所述第一获取单元通过如下方式得到所述d轴参考电流和q轴参考电流：

其中，φ_f为定子磁链，L_d和L_q为d轴和q轴电感，T_ref为电机需求转矩，p为电机极对数。

其中，所述第二获取单元还用于实时获取电机实际转速和/或角位移。

其中，所述第二获取单元通过如下方式得到电机的d轴实际电流i_d和q轴实际电流i_q：

其中，i_u、i_v和i_w分别为电机三相电流，θ为电机角位移。

其中，所述第四获取单元通过下述方式设置预定幅值和相位的d轴补偿电压ΔV_d和q轴补偿电压ΔV_q：

或

其中，A_d为d轴补偿电压的幅值，ψ_d为d轴补偿电压的相位，A_q为q轴补偿电压的幅值，ψ_q为q轴补偿电压的相位，π为圆周率，n为电机转速，p为电机极对数，N_n为振动或噪声相对于电机转速的阶次成分，N_c为振动或噪声相对于三相电流基频的阶次成分，t为时间变量。

对于实施例二公开的控制装置而言，由于其与实施例一公开的控制方法相对应，相关之处参见控制方法部分说明即可，此处不再赘述。

通过以上实施例的描述可知，本发明实施例的有益效果在于，在不变动电机结构的条件下，仅通过优化电机控制策略，改变电机d、q轴电压谐波的幅值和相位，从而对振动或噪声进行控制，避免了结构更改、加声学包裹等成本高、周期长的方式，几乎不需要增加额外的成本，并且大大缩短了周期，同时还能取得良好的效果。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种电机振动或噪声控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，根据转矩与电流关系得到电机需求转矩对应的d轴参考电流和q轴参考电流；

步骤S2，计算电机的d轴实际电流和q轴实际电流；

步骤S3，将d轴需求电流与d轴实际电流做差、q轴需求电流与q轴实际电流做差，再分别进行PID控制；

步骤S4，获取d轴参考电压、q轴参考电压；

步骤S5，分别设置预定幅值和相位的d轴补偿电压和q轴补偿电压，并分别与所述d轴参考电压和q轴参考电压进行求和，得到电机的d轴需求电压和q轴需求电压；

步骤S6，实时获取需控制的振动或噪声的频率及其幅值，或者振动或噪声的阶次成分及其幅值；

步骤S7，判断所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值是否小于或等于目标值，如是，则将d、q轴补偿电压的幅值和相位确定为电机振动或噪声控制的参数；如否，则调整所述d、q轴补偿电压的幅值和相位。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，如果多次调整d、q轴补偿电压的幅值和相位后，所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值仍然大于所述目标值，则将所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值最接近所述目标值时对应的d、q轴补偿电压的幅值和相位确定为电机振动或噪声控制的参数。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，如果电机采用最大转矩电流比控制，则所述d轴参考电流和q轴参考电流通过如下方式得到：

如果电机采用d轴电流为零的控制，则所述d轴参考电流和q轴参考电流通过如下方式得到：

其中，φ_f为定子磁链，L_d和L_q为d轴和q轴电感，T_ref为电机需求转矩，p为电机极对数。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括实时获取电机实际转速和/或角位移。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，电机的d轴实际电流i_d和q轴实际电流i_q通过如下方式得到：

其中，i_u、i_v和i_w分别为电机三相电流，θ为电机角位移。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S5中，按照下述方式设置预定幅值和相位的d轴补偿电压ΔV_d和q轴补偿电压ΔV_q：

或

其中，A_d为d轴补偿电压的幅值，ψ_d为d轴补偿电压的相位，A_q为q轴补偿电压的幅值，ψ_q为q轴补偿电压的相位，π为圆周率，n为电机转速，p为电机极对数，N_n为振动或噪声相对于电机转速的阶次成分，N_c为振动或噪声相对于三相电流基频的阶次成分，t为时间变量。

7.一种电机振动或噪声控制装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于根据转矩与电流关系得到电机需求转矩对应的d轴参考电流和q轴参考电流；

第二获取单元，用于计算得到电机的d轴实际电流和q轴实际电流；

PID控制单元，用于将d轴需求电流与d轴实际电流做差、q轴需求电流与q轴实际电流做差，再分别进行PID控制；

第三获取单元，用于获取d轴参考电压、q轴参考电压；

第四获取单元，用于分别设置预定幅值和相位的d轴补偿电压和q轴补偿电压，并分别与所述d轴参考电压和q轴参考电压进行求和，得到电机的d轴需求电压和q轴需求电压；

第五获取单元，用于实时获取需控制的振动或噪声的频率及其幅值，或者振动或噪声的阶次成分及其幅值；

控制单元，用于判断所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值是否小于或等于目标值，如是，则将d、q轴补偿电压的幅值和相位确定为电机振动或噪声控制的参数；如否，则调整所述d、q轴补偿电压的幅值和相位。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述控制单元还用于在多次调整d、q轴补偿电压的幅值和相位后，如果所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值仍然大于所述目标值，则将所需控制的振动或噪声的幅值、或者振动或噪声的阶次成分的幅值最接近所述目标值时对应的d、q轴补偿电压的幅值和相位确定为电机振动或噪声控制的参数。

9.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，如果电机采用最大转矩电流比控制，所述第一获取单元通过如下方式得到所述d轴参考电流和q轴参考电流：

如果电机采用d轴电流为零的控制，所述第一获取单元通过如下方式得到所述d轴参考电流和q轴参考电流：

其中，φ_f为定子磁链，L_d和L_q为d轴和q轴电感，T_ref为电机需求转矩，p为电机极对数。

10.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述第二获取单元还用于实时获取电机实际转速和/或角位移。

11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，所述第二获取单元通过如下方式得到电机的d轴实际电流i_d和q轴实际电流i_q：

其中，i_u、i_v和i_w分别为电机三相电流，θ为电机角位移。

12.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述第四获取单元通过下述方式设置预定幅值和相位的d轴补偿电压ΔV_d和q轴补偿电压ΔV_q：

或

其中，A_d为d轴补偿电压的幅值，ψ_d为d轴补偿电压的相位，A_q为q轴补偿电压的幅值，ψ_q为q轴补偿电压的相位，π为圆周率，n为电机转速，p为电机极对数，N_n为振动或噪声相对于电机转速的阶次成分，N_c为振动或噪声相对于三相电流基频的阶次成分，t为时间变量。

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