CN113054877A - 基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统 - Google Patents
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Abstract
基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，伺服控制单元用于控制负载按指令角速度稳定旋转。谐波扰动力矩评价单元给控制伺服控制单元发送指令角速度，对伺服控制器输出的测量角速度进行频谱分析，将频谱分析得到的扰动力矩谐波次数N传送给谐波扰动力矩辨识单元、谐波扰动力矩抑制单元，作为谐波扰动力矩辨识和抑制的依据。谐波扰动力矩辨识单元使用相关积分法构造的特征频率观测器对谐波次数为N的扰动力矩进行精准辨识，得到谐波扰动力矩正弦量和谐波扰动力矩余弦量。谐波扰动力矩抑制单元根据谐波扰动力矩辨识单元得到的谐波扰动力矩正弦量和余弦量重构电机磁场不均匀性，并对电机不均匀磁场进行补偿，进而抑制电机谐波扰动力矩。
Description
技术领域
本发明涉及基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，适用于辨识电机磁场周期不均匀性，并对由其造成的谐波扰动力矩进行抑制，可大幅提高永磁伺服电机的控制精度。
背景技术
永磁伺服电机具有效率高、集成度高等特点，广泛应用于航天伺服控制领域。控制力矩陀螺靠改变转子角动量的方向输出力矩，用以调整航天器姿态。框架转速精度和稳定度直接影响控制力矩陀螺输出力矩精度和稳定度。永磁电机磁场非正弦畸变及齿槽气隙变化导致的谐波扰动力矩是框架伺服系统内扰力的主要来源，直接影响速度伺服系统的稳定度，进而降低控制力矩陀螺输出力矩精度和稳定度。
在永磁伺服电机中，齿槽气隙变化、磁通畸变等因素与框架角位置相关，产生电机磁场不均匀性，由其导致的电机扰动力矩有严格的周期特性，称为电机谐波扰动力矩。周期性扰动力矩将引起同频的周期性的速度控制误差。
现有电机磁场不均匀性测量一般使用外部力矩传感器实现，高次谐波不均匀磁场需要密集描点，操作不便，精度亦无法保证。现有永磁电机谐波扰动力矩抑制系统以干扰观测器、自抗扰控制器等为主，未专门针对特定谐波的扰动力矩；同时，这些扰动力矩抑制方法加入闭环控制才能起作用，改变了原系统稳定性，需要重新进行稳定性分析。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，辨识由齿槽气隙变化、磁通畸变等因素导致电机磁场不均匀性，并对由其造成的谐波扰动力矩进行补偿和抑制，进而提高伺服系统控制精度和稳定度。
本发明的技术解决方案是：基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，包括伺服控制单元、谐波扰动力矩评价单元、谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元；
所述伺服控制单元用于控制负载按指令角速度稳定旋转；
所述谐波扰动力矩评价单元用于向控制伺服控制单元发送指令角速度，对伺服控制器输出的测量角速度进行频谱分析，将频谱分析得到的扰动力矩谐波次数N传送给谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元，作为谐波扰动力矩辨识和抑制的依据；
所述谐波扰动力矩辨识单元使用特征频率观测器对谐波次数为N的扰动力矩进行辨识，得到谐波扰动力矩正弦量和谐波扰动力矩余弦量；
所述谐波扰动力矩抑制单元根据谐波扰动力矩辨识单元得到的谐波扰动力矩正弦量和余弦量重构电机磁场不均匀性，并对电机不均匀磁场进行补偿，进而抑制电机谐波扰动力矩。
进一步地，所述伺服控制单元包括速度环控制器、电流环控制器、功率放大器、伺服电机、角位置传感器、微分器；所述角位置传感器测量负载角位置得到测量角位置θ，送入微分器进行微分处理后得到控制角速度Vel_ctr，将控制角速度Vel_ctr与指令角速度Vel_zl作差处理得到角速度控制误差Vel_e兵发送至速度环控制器；速度环控制器根据角速度控制误差Vel_e进行运算得到速度环控制量Ctr_vel，与电流传感器检测伺服电机绕组电流Cur_coil相减得到电流控制误差Cur_e并送入到电流环控制器进行运算得到电流环控制量Ctr_cur，送入功率放大器进行功率放大，将放大的电流环控制量Ctr_cur转化为控制电流给伺服电机，伺服电机输出力矩驱动负载跟踪指令角速度Vel_zl。
进一步地，所述谐波扰动力矩评价单元给伺服控制单元发送辨识指令角速度Vel_bs，控制负载恒定转速旋转，并对伺服控制单元中的控制角速度Vel_ctr进行频谱分析，根据其频谱成分的频率fN计算扰动谐波次数
并依据频率fN处的频谱幅值大小评价谐波扰动力矩大小；同时，将扰动谐波次数N送入谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元进行对应处理。
进一步地，所述辨识指令角速度Vel_bs为伺服系统最高转速的0.1～1倍。
进一步地，所述谐波扰动力矩辨识单元将伺服控制单元测量角位置θ引入到谐波扰动力矩辨识单元，乘以扰动谐波次数N，得到Nθ；然后对Nθ进行正余弦变换得到sin(Nθ)和cos(Nθ)，对sin(Nθ)和cos(Nθ)进行相移
处理，得到
和
乘以角速度控制误差e和增益系数A，得到
和
然后分别进行积分运算得到
和
将∫(A×e×sin(Nθ))和∫(A×e×cos(Nθ))与sin(Nθ)和cos(Nθ)分别相乘并相加后得到永磁电机磁场不均匀量：
加上磁场均值1，得到永磁电机磁场不均匀校正量
与速度环控制器输出相乘作为电流环控制的输入，在伺服控制单元中完成迭代运算；
收敛于谐波扰动正弦量A_sin，
收敛于谐波扰动余弦量A_cos，将磁场不均匀校正系数A_sin和A_cos送入谐波扰动力矩补偿单元。
进一步地，所述谐波扰动力矩抑制单元将测量角位置θ引入到谐波扰动力矩补偿单元，乘以误差谐波次数N，然后对Nθ进行正余弦变换得到sin(Nθ)和cos(Nθ)；将谐波扰动力矩辨识单元得到的磁场不均匀校正系数A_sin和A_cos乘以指令角速度Vel_zl，然后除以辨识指令角速度Vel_bs，分别与cos(Nθ)和sin(Nθ)相乘后取差，得到Vel_zl/Vel_bs×(A_sin×sin(Nθ)+A_cos×cos(Nθ))，加上磁场均值1，得到磁场不均匀校正量Vel_zl/Vel_bs×(A_sin×sin(Nθ)+A_cos×cos(Nθ))+1，添加到速度环控制器与电流环输入之间，形成非线性放大器，与速度环控制器输出相乘作为电流环控制的输入，完成对伺服电机谐波扰动力矩的补偿和抑制。
基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制方法，包括如下步骤：
搭建所述的基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统；
伺服控制单元控制负载按指令角速度稳定旋转；
谐波扰动力矩评价单元向控制伺服控制单元发送指令角速度，对伺服控制器输出的测量角速度进行频谱分析，将频谱分析得到的扰动力矩谐波次数N传送给谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元，作为谐波扰动力矩辨识和抑制的依据；
谐波扰动力矩辨识单元使用特征频率观测器对谐波次数为N的扰动力矩进行辨识，得到谐波扰动力矩正弦量和谐波扰动力矩余弦量；
谐波扰动力矩抑制单元根据谐波扰动力矩辨识单元得到的谐波扰动力矩正弦量和余弦量重构电机磁场不均匀性，并对电机不均匀磁场进行补偿，进而抑制电机谐波扰动力矩。
进一步地，所述角位置传感器测量负载角位置得到测量角位置θ，送入微分器进行微分处理后得到控制角速度Vel_ctr，将控制角速度Vel_ctr与指令角速度Vel_zl作差处理得到角速度控制误差Vel_e并发送至速度环控制器；速度环控制器根据角速度控制误差Vel_e进行运算得到速度环控制量Ctr_vel，与电流传感器检测伺服电机绕组电流Cur_coil相减得到电流控制误差Cur_e并送入到电流环控制器进行运算得到电流环控制量Ctr_cur，送入功率放大器进行功率放大，将放大的电流环控制量Ctr_cur转化为控制电流给伺服电机，伺服电机输出力矩驱动负载跟踪指令角速度Vel_zl；
所述谐波扰动力矩评价单元给伺服控制单元发送辨识指令角速度Vel_bs，控制负载恒定转速旋转，并对伺服控制单元中的控制角速度Vel_ctr进行频谱分析，根据其频谱成分的频率fN计算扰动谐波次数
并依据频率fN处的频谱幅值大小评价谐波扰动力矩大小；同时，将扰动谐波次数N送入谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元进行对应处理；
所述辨识指令角速度Vel_bs为伺服系统最高转速的0.1～1倍；
所述谐波扰动力矩辨识单元将伺服控制单元测量角位置θ引入到谐波扰动力矩辨识单元，乘以扰动谐波次数N，得到Nθ；然后对Nθ进行正余弦变换得到sin(Nθ)和cos(Nθ)，对sin(Nθ)和cos(Nθ)进行相移
处理，得到
和
乘以角速度控制误差e和增益系数A，得到
和
然后分别进行积分运算得到
和
将∫(A×e×sin(Nθ))和∫(A×e×cos(Nθ))与sin(Nθ)和cos(Nθ)分别相乘并相加后得到永磁电机磁场不均匀量：
加上磁场均值1，得到永磁电机磁场不均匀校正量
与速度环控制器输出相乘作为电流环控制的输入，在伺服控制单元中完成迭代运算；完成预设次数迭代后，
收敛于谐波扰动正弦量A_sin，
收敛于谐波扰动余弦量A_cos，将磁场不均匀校正系数A_sin和A_cos送入谐波扰动力矩补偿单元；
所述谐波扰动力矩抑制单元将测量角位置θ引入到谐波扰动力矩补偿单元，乘以误差谐波次数N，然后对Nθ进行正余弦变换得到sin(Nθ)和cos(Nθ)；将谐波扰动力矩辨识单元得到的磁场不均匀校正系数A_sin和A_cos乘以指令角速度Vel_zl，然后除以辨识指令角速度Vel_bs，分别与cos(Nθ)和sin(Nθ)相乘后取差，得到Vel_zl/Vel_bs×(A_sin×sin(Nθ)+A_cos×cos(Nθ))，加上磁场均值1，得到磁场不均匀校正量Vel_zl/Vel_bs×(A_sin×sin(Nθ)+A_cos×cos(Nθ))+1，添加到速度环控制器与电流环输入之间，形成非线性放大器，与速度环控制器输出相乘作为电流环控制的输入，完成对伺服电机谐波扰动力矩的补偿和抑制。
一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制方法的步骤。
基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现所述基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制方法的步骤。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明利用电机磁场不均匀性自身的频率特性(转频的谐波频率)对其进行自标定，而不是使用外加传感器进行标定。
(2)本发明设计了伺服系统电机谐波扰动力矩辨识单元，使用特征频率观测器辨识电机谐波扰动力矩的正余弦成分，并解算对应控制电流比例校正值，实现谐波扰动力矩的自校正。
(3)本发明可以抑制不同谐波频率的扰动力矩，因是开环补偿方法，不影响原系统的稳定性。
附图说明
图1为一种基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统结构图；
图2为谐波扰动力矩辨识单元结构图；
图3为谐波扰动力矩抑制单元结构图；
图4为未进行谐波扰动力矩抑制的测量角速度频谱分析图；
图5为谐波扰动力矩抑制后的测量角速度频谱分析图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1所示)：伺服控制单元、谐波扰动力矩评价单元、谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元。
在本申请实施例所提供的方案中，伺服控制单元接收谐波扰动力矩评价单元的指令角速度，控制负载稳速旋转，并将获得的测量角速度传送给谐波扰动力矩评价单元，将获得的测量角位置传送给谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元。
进一步，如图1所示，伺服控制单元包括速度环控制器、电流环控制器、功率放大器、伺服电机、幅值、角位置传感器、微分器；角位置传感器测量负载角位置得到测量角位置θ，送入微分器进行微分处理得到控制角速度Vel_ctr，与指令角速度Vel_zl作差处理得到角速度控制误差Vel_e，速度环控制器进行运算得到速度环控制量Ctr_vel，与电流传感器检测伺服电机绕组电流Cur_coil相减得到电流控制误差Cur_e送入到电流环控制器进行运算得到电流环控制量Ctr_cur，送入功率放大器进行功率放大，将电流环控制量Ctr_cur转化为控制电流给伺服电机，伺服电机输出力矩驱动负载跟踪指令角速度Vel_zl。
在本申请实施例所提供的方案中，谐波扰动力矩评价单元给控制伺服控制单元发送指令角速度，对伺服控制器输出的测量角速度进行频谱分析，将频谱分析得到的谐波扰动力矩谐波次数N传送给谐波扰动力矩辨识单元、谐波扰动力矩抑制单元，作为调节谐波扰动力矩辨识和谐波扰动力矩抑制的依据。并依据频谱分析中的谐波幅值大小评价谐波扰动力矩大小。
进一步，在一种可能的实现方式中，谐波扰动力矩评价单元给伺服控制单元发送辨识指令角速度Vel_bs(Vel_bs为伺服系统最高转速的0.1～1倍)，控制负载恒定转速旋转，并对伺服控制单元中的控制角速度Vel_ctr进行频谱分析，根据其主要频谱成分的频率fN计算扰动谐波次数
并依据fN处的频谱幅值大小评价谐波扰动力矩大小。同时，将扰动谐波次数N送入谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元进行对应处理。
在本申请实施例所提供的方案中，谐波扰动力矩辨识单元使用相关积分法构造的特征频率观测器对谐波次数为N的谐波扰动力矩进行精准辨识，得到磁场不均匀性正弦量和磁场不均匀性余弦量。
进一步，在一种可能的实现方式中，如图2所示，谐波扰动力矩辨识单元将伺服控制单元测量角位置θ引入到谐波扰动力矩辨识单元，乘以扰动谐波次数N，得到Nθ，然后对Nθ进行正余弦变换得到sin(Nθ)和cos(Nθ)，对sin(Nθ)和cos(Nθ)进行相移
处理，得到
和
乘以角速度控制误差e和增益系数A，得到
和
然后分别进行积分运算得到
和
将∫(A×e×sin(Nθ))和∫(A×e×cos(Nθ))与sin(Nθ)和cos(Nθ)分别相乘并相加后得到永磁电机磁场不均匀量：
加上磁场均值1，得到永磁电机磁场不均匀校正量：
与速度环控制器输出相乘作为电流环控制的输入，在伺服控制单元中完成迭代运算。多次迭代后，
收敛于谐波扰动正弦量A_sin，
收敛于谐波扰动余弦量A_cos，将磁场不均匀校正系数A_sin和A_cos送入谐波扰动力矩补偿单元。
在本申请实施例所提供的方案中，根据谐波扰动力矩辨识单元得到的得到磁场不均匀性正弦量和磁场不均匀性余弦量重构磁场不均匀性，并对导致谐波扰动力矩的磁场不均匀性进行校正。
进一步，在一种可能的实现方式中，如图3所示，谐波扰动力矩抑制单元将测量角位置θ引入到谐波扰动力矩补偿单元，乘以误差谐波次数N，然后对Nθ进行正余弦变换得到sin(Nθ)和cos(Nθ)；将谐波扰动力矩辨识单元得到的磁场不均匀校正系数A_sin和A_cos乘以指令角速度Vel_zl，然后除以辨识指令角速度Vel_bs，分别与cos(Nθ)和sin(Nθ)相乘后取差，得到Vel_zl/Vel_bs×(A_sin×sin(Nθ)+A_cos×cos(Nθ))，加上磁场均值1，得到磁场不均匀校正量：Vel_zl/Vel_bs×(A_sin×sin(Nθ)+A_cos×cos(Nθ))+1，添加到速度环控制器与电流环输入之间，形成非线性放大器，与速度环控制器输出相乘作为电流环控制的输入，完成对伺服电机谐波扰动力矩的补偿和抑制。
实施例
下面结合实施例对本发明方法进行详细说明。
伺服控制单元接收谐波扰动力矩评价单元的指令角速度30°/s，控制负载稳速旋转，并将获得的测量角速度传送给谐波扰动力矩评价单元。谐波扰动力矩评价单元对伺服控制器输出的测量角速度进行频谱分析如图4所示。
从图4可见，1Hz和2Hz频率成分幅值较高，对应扰动谐波次数根据公式
求解得N1＝12，N2＝24，对应幅值分别为0.09958，0.1853，送入谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元，按照本发明的基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统对电机12次和24次谐波扰动力矩进行抑制，并再次给定指令角速度30°/s，控制负载稳速旋转，谐波扰动力矩评价单元对谐波扰动力矩抑制后伺服控制器输出的测量角速度进行频谱分析，结果如图5所示，在框架伺服控制系统中加入本方法进行扰动力矩抑制后，12次谐波幅值由0.09958降为0.004571，下降95％，24次谐波幅值由0.1853降为0.0169，下降91％。
从图5数据可以看到，与传统的谐波扰动力矩抑制方法相比，本发明不需要外加传感器进行标定扰动力矩，可实现谐波扰动力矩的自校正；本发明可将谐波扰动力矩幅值抑制一个数量级以上；本发明可以抑制不同谐波频率的扰动力矩，因是开环补偿方法，计算简单，且不影响原系统的稳定性。
本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行图1所述的方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，其特征在于：包括伺服控制单元、谐波扰动力矩评价单元、谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元；
所述伺服控制单元用于控制负载按指令角速度稳定旋转；
所述谐波扰动力矩评价单元用于向控制伺服控制单元发送指令角速度，对伺服控制器输出的测量角速度进行频谱分析，将频谱分析得到的扰动力矩谐波次数N传送给谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元，作为谐波扰动力矩辨识和抑制的依据；
所述谐波扰动力矩辨识单元使用特征频率观测器对谐波次数为N的扰动力矩进行辨识，得到谐波扰动力矩正弦量和谐波扰动力矩余弦量；
所述谐波扰动力矩抑制单元根据谐波扰动力矩辨识单元得到的谐波扰动力矩正弦量和余弦量重构电机磁场不均匀性，并对电机不均匀磁场进行补偿，进而抑制电机谐波扰动力矩。
2.根据权利要求1所述的基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，其特征在于：所述伺服控制单元包括速度环控制器、电流环控制器、功率放大器、伺服电机、角位置传感器、微分器；所述角位置传感器测量负载角位置得到测量角位置θ，送入微分器进行微分处理后得到控制角速度Vel_ctr，将控制角速度Vel_ctr与指令角速度Vel_zl作差处理得到角速度控制误差Vel_e兵发送至速度环控制器；速度环控制器根据角速度控制误差Vel_e进行运算得到速度环控制量Ctr_vel，与电流传感器检测伺服电机绕组电流Cur_coil相减得到电流控制误差Cur_e并送入到电流环控制器进行运算得到电流环控制量Ctr_cur，送入功率放大器进行功率放大，将放大的电流环控制量Ctr_cur转化为控制电流给伺服电机，伺服电机输出力矩驱动负载跟踪指令角速度Vel_zl。
3.根据权利要求1所述的基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，其特征在于：所述谐波扰动力矩评价单元给伺服控制单元发送辨识指令角速度Vel_bs，控制负载恒定转速旋转，并对伺服控制单元中的控制角速度Vel_ctr进行频谱分析，根据其频谱成分的频率fN计算扰动谐波次数
并依据频率fN处的频谱幅值大小评价谐波扰动力矩大小；同时，将扰动谐波次数N送入谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元进行对应处理。
4.根据权利要求3所述的基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，其特征在于：所述辨识指令角速度Vel_bs为伺服系统最高转速的0.1～1倍。
5.根据权利要求1所述的基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，其特征在于：所述谐波扰动力矩辨识单元将伺服控制单元测量角位置θ引入到谐波扰动力矩辨识单元，乘以扰动谐波次数N，得到Nθ；然后对Nθ进行正余弦变换得到sin(Nθ)和cos(Nθ)，对sin(Nθ)和cos(Nθ)进行相移
处理，得到
和
乘以角速度控制误差e和增益系数A，得到
和
然后分别进行积分运算得到
和
将∫(A×e×sin(Nθ))和∫(A×e×cos(Nθ))与sin(Nθ)和cos(Nθ)分别相乘并相加后得到永磁电机磁场不均匀量：
加上磁场均值1，得到永磁电机磁场不均匀校正量
与速度环控制器输出相乘作为电流环控制的输入，在伺服控制单元中完成迭代运算；
收敛于谐波扰动正弦量A_sin，
收敛于谐波扰动余弦量A_cos，将磁场不均匀校正系数A_sin和A_cos送入谐波扰动力矩补偿单元。
6.根据权利要求1所述的基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，其特征在于：所述谐波扰动力矩抑制单元将测量角位置θ引入到谐波扰动力矩补偿单元，乘以误差谐波次数N，然后对Nθ进行正余弦变换得到sin(Nθ)和cos(Nθ)；将谐波扰动力矩辨识单元得到的磁场不均匀校正系数A_sin和A_cos乘以指令角速度Vel_zl，然后除以辨识指令角速度Vel_bs，分别与cos(Nθ)和sin(Nθ)相乘后取差，得到Vel_zl/Vel_bs×(A_sin×sin(Nθ)+A_cos×cos(Nθ))，加上磁场均值1，得到磁场不均匀校正量Vel_zl/Vel_bs×(A_sin×sin(Nθ)+A_cos×cos(Nθ))+1，添加到速度环控制器与电流环输入之间，形成非线性放大器，与速度环控制器输出相乘作为电流环控制的输入，完成对伺服电机谐波扰动力矩的补偿和抑制。
7.基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
搭建如权利要求1所述的基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统；
伺服控制单元控制负载按指令角速度稳定旋转；
谐波扰动力矩评价单元向控制伺服控制单元发送指令角速度，对伺服控制器输出的测量角速度进行频谱分析，将频谱分析得到的扰动力矩谐波次数N传送给谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元，作为谐波扰动力矩辨识和抑制的依据；
谐波扰动力矩辨识单元使用特征频率观测器对谐波次数为N的扰动力矩进行辨识，得到谐波扰动力矩正弦量和谐波扰动力矩余弦量；
谐波扰动力矩抑制单元根据谐波扰动力矩辨识单元得到的谐波扰动力矩正弦量和余弦量重构电机磁场不均匀性，并对电机不均匀磁场进行补偿，进而抑制电机谐波扰动力矩。
8.根据权利要求7所述的基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制方法，其特征在于，所述角位置传感器测量负载角位置得到测量角位置θ，送入微分器进行微分处理后得到控制角速度Vel_ctr，将控制角速度Vel_ctr与指令角速度Vel_zl作差处理得到角速度控制误差Vel_e并发送至速度环控制器；速度环控制器根据角速度控制误差Vel_e进行运算得到速度环控制量Ctr_vel，与电流传感器检测伺服电机绕组电流Cur_coil相减得到电流控制误差Cur_e并送入到电流环控制器进行运算得到电流环控制量Ctr_cur，送入功率放大器进行功率放大，将放大的电流环控制量Ctr_cur转化为控制电流给伺服电机，伺服电机输出力矩驱动负载跟踪指令角速度Vel_zl；
所述谐波扰动力矩评价单元给伺服控制单元发送辨识指令角速度Vel_bs，控制负载恒定转速旋转，并对伺服控制单元中的控制角速度Vel_ctr进行频谱分析，根据其频谱成分的频率fN计算扰动谐波次数
并依据频率fN处的频谱幅值大小评价谐波扰动力矩大小；同时，将扰动谐波次数N送入谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元进行对应处理；
所述辨识指令角速度Vel_bs为伺服系统最高转速的0.1～1倍；
所述谐波扰动力矩辨识单元将伺服控制单元测量角位置θ引入到谐波扰动力矩辨识单元，乘以扰动谐波次数N，得到Nθ；然后对Nθ进行正余弦变换得到sin(Nθ)和cos(Nθ)，对sin(Nθ)和cos(Nθ)进行相移
处理，得到
和
乘以角速度控制误差e和增益系数A，得到
和
然后分别进行积分运算得到
和
将∫(A×e×sin(Nθ))和∫(A×e×cos(Nθ))与sin(Nθ)和cos(Nθ)分别相乘并相加后得到永磁电机磁场不均匀量：
加上磁场均值1，得到永磁电机磁场不均匀校正量
与速度环控制器输出相乘作为电流环控制的输入，在伺服控制单元中完成迭代运算；完成预设次数迭代后，
收敛于谐波扰动正弦量A_sin，
收敛于谐波扰动余弦量A_cos，将磁场不均匀校正系数A_sin和A_cos送入谐波扰动力矩补偿单元；
所述谐波扰动力矩抑制单元将测量角位置θ引入到谐波扰动力矩补偿单元，乘以误差谐波次数N，然后对Nθ进行正余弦变换得到sin(Nθ)和cos(Nθ)；将谐波扰动力矩辨识单元得到的磁场不均匀校正系数A_sin和A_cos乘以指令角速度Vel_zl，然后除以辨识指令角速度Vel_bs，分别与cos(Nθ)和sin(Nθ)相乘后取差，得到Vel_zl/Vel_bs×(A_sin×sin(Nθ)+A_cos×cos(Nθ))，加上磁场均值1，得到磁场不均匀校正量Vel_zl/Vel_bs×(A_sin×sin(Nθ)+A_cos×cos(Nθ))+1，添加到速度环控制器与电流环输入之间，形成非线性放大器，与速度环控制器输出相乘作为电流环控制的输入，完成对伺服电机谐波扰动力矩的补偿和抑制。
9.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7～权利要求8任一所述方法的步骤。
10.基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述的处理器执行所述的计算机程序时实现如权利要求7～权利要求8任一所述方法的步骤。
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