基于改进电压补偿的永磁同步电机转矩脉动抑制策略研究.pdfVIP

摘要

摘要

随着社会经济的快速发展与国家政策的支持，新能源电动汽车在低碳环保方面

发挥着越来越重要的作用。永磁同步电机以体积小、功率密度高等优点被广泛应用

于电动汽车，这对电机转矩输出和运动平稳性有着更高的要求。由于逆变器、开关

器件非线性和气隙磁场畸变等因素的影响，电机相电流中含有一定比重的谐波分量，

造成电机输出脉动转矩以及电机发热严重的问题。为了解决此问题，本文以永磁同

步电机电流谐波分量为研究对象，改善电机输出品质，提高电机控制系统的控制精

度和系统的稳定性，通过问题剖析、模型建立、理论推导、对比验证等方式，从控

制器离散方法和谐波抑制补偿分量两方面进行改进与优化。

首先分析了电机由于驱动电路而产生的谐波电流、径向电磁力的频率阶次和空

间阶次，探究了电机谐波电流与NVH的关系。分析结果表明，谐波电流对永磁同步

电机的径向电磁力和输出转矩稳定性均产生较大的影响。

采取有效的控制策略来实现谐波分量的抑制。介绍了永磁同步电机的数学建模，

包括电压、转矩状态方程、坐标变换、SVPWM逆变和电流转速双闭环控制等，并

在Simulink中进行了模型仿真。

提出了重复控制-改进离散方法比例谐振复合控制策略实现对谐波分量的有效抑

制。为了便于数字控制器的实现，对控制器离散化处理，针对采用双线性变换离散

而导致的谐波频率存在偏差、谐波抑制效果差的问题，引入补偿系数进行偏差校正，

有效解决了数字离散过程中存在频率误差和控制精度不高的问题。为了更有效地对

谐波电流进行抑制，设计了复合控制器并引入滤波补偿环节对重复控制进行改进。

最后提出重复控制-改进离散方法比例谐振复合控制策略，通过仿真验证了提出控制

策略的有效性。

提出渐消记忆卡尔曼滤波谐波注入的控制策略，抑制谐波电流中的5、7次谐波

分量。引入渐消记忆因子，根据协方差矩阵降低历史数据使用效率，限制滤波步长，

有效解决观测过程中系统的发散问题；通过渐消记忆卡尔曼滤波对坐标变换、谐波

提取等过程进行了完善优化。通过仿真验证证实，提出的控制策略能够有效抑制谐

波和转矩脉动，并能够显著提高控制精度，增强了系统的鲁棒性。

最后，完成电机控制系统的软件调试和实验平台的搭建。在实验过程中，对不

同的性能指标进行对比分析，实验结果进一步验证了本文提出的重复控制-改进离散

方法比例谐振复合控制和改进的电压补偿控制策略对抑制谐波分量、减少转矩脉动

和提高电机输出品质有较好的作用。

关键词永磁同步电机；转矩脉动；离散方法；谐波注入；渐消因子卡尔曼滤波

I

河北科技大学硕士学位论文

II

Abstract

Abstract

Withtherapiddevelopmentofthesocialeconomyandthesupportofnational

policies,newenergyelectricvehiclesplayanimportantroleinlow-carbonenvironmental

protection.Thepermanentmagnetsynchronousmotoriswidelyusedinelectricvehicles

becauseofitssmallsizeandhighpowerdensity,soithashigherrequirementsformotor

torqueoutputandmotionstability.Duetotheinfluenceofthenon-linearityofinverters,

switchingdevices,andairgapmagneticfielddistortion,themotorsphasecurrentcontains

acertainp