一种电机驱动系统宽频辐射电磁干扰主动对消方法及系统与流程

本发明属于电机驱动系统电磁兼容，特别地，涉及一种电机驱动系统宽频辐射电磁干扰主动对消方法及系统。

背景技术：

1、电机驱动系统是现代工业自动化、新能源汽车及智能家居等领域的核心动力单元。随着碳化硅（sic）、氮化镓（gan）等宽禁带半导体器件的广泛应用，电机驱动系统的开关频率从传统的数khz提升至数十khz甚至mhz级别，开关速度显著提高，但也使得功率开关器件在高速通断过程中产生的大幅值、宽频带电磁干扰（emi）问题日益突出。

2、目前，电机驱动系统emi的抑制手段主要分为被动抑制和主动抑制两大类。

3、被动抑制技术依靠无源器件实现干扰衰减，主要包括emi滤波器、金属屏蔽罩和铁氧体磁环。然而，被动抑制技术存在体积大、重量重、高频段抑制效果有限（无源滤波器的插入损耗随频率升高而下降，磁环的高频损耗特性在100mhz以上急剧退化）、引入额外功率损耗以及无法根据干扰的动态变化实时调整抑制策略等固有缺陷。

4、为弥补被动抑制技术的不足，行业逐步发展出主动电磁干扰对消技术。传导路径主动对消技术以线缆传导干扰为治理对象，通过主动注入反向噪声实现干扰对消。如公开专利文献cn108988718a所公开的技术方案，通过优化pwm调制策略从源头抑制共模电压；又如公开专利文献cn208675105u所公开的有源共模emi滤波器方案，通过采集、反相、注入补偿信号实现传导干扰对消。该类技术存在以下缺陷：（1）仅针对传导路径，干扰信号一旦通过空间耦合路径辐射出去便无能为力；（2）需改变pwm调制策略或接入电源线/信号线，对原驱动系统具有侵入性；（3）工作频段多为150khz～30mhz，无法覆盖30mhz以上的辐射干扰频段。

5、空间磁场主动对消技术主要应用于精密仪器领域的低频磁场稳定场景，依托磁通门探头检测低频磁场，通过控制器驱动补偿线圈生成反向磁场，抵消直流至1khz频段的静态、准静态环境磁场干扰。该类技术受限于磁通门传感器的带宽限制，无法响应khz以上的高频磁场变化，不适用于宽禁带电机系统宽频辐射emi抑制场景。

6、综上，现有电机驱动系统emi抑制技术均存在固有缺陷，无法满足宽禁带高频电机驱动系统宽频、动态辐射emi的抑制需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明目的是通过“宽频异构感知→空间反相补偿→自适应闭环调控”的核心逻辑，实现电机驱动系统辐射emi的主动对消。

2、为了实现上述目的，本发明第一个技术方案是：

3、一种电机驱动系统宽频辐射电磁干扰主动对消方法，包括：

4、s1、感知电机驱动系统产生的空间辐射电磁干扰信号；

5、s2、基于感知到的干扰信号生成反相补偿信号；

6、s3、将所述反相补偿信号辐射至目标对消区域，与所述空间辐射电磁干扰进行矢量叠加对消；

7、s4、采集对消后的残余干扰信号，并基于所述残余干扰信号调整所述反相补偿信号的参数。

8、优选地，步骤s1中，采用频段划分策略分别感知低频段干扰信号和高频段干扰信号，其中，

9、所述低频段为10khz～1mhz时，采用隧道磁阻线性磁场传感器阵列进行感知；

10、所述高频段为1mhz～1ghz时，采用电场探头或电小天线阵列进行感知。

11、优选地，所述隧道磁阻线性磁场传感器阵列按三维正交极坐标布置多个感知节点，每个感知节点内置三轴隧道磁阻敏感方向，各所述感知节点以所述电机驱动系统的pwm主时钟为全局同步基准进行同步采样。

12、优选地，步骤s2包括：

13、s21、通过补偿发射阵列注入测试信号，在线辨识从补偿信号生成端至所述目标对消区域的补偿通道的传递函数；

14、s22、采用自适应滤波算法处理所述感知到的干扰信号，生成使所述目标对消区域残余干扰最小化的所述反相补偿信号。

15、优选地，所述自适应滤波算法为滤波-x最小均方算法，其权系数迭代公式为：w(n+1)=w(n)+μ∙e(n)∙x'(n)；其中，w(n)为自适应滤波器权系数，μ为步长因子，e(n)为所述残余干扰信号，x'(n)为所述感知到的干扰信号经所述补偿通道的传递函数滤波后得到的滤波-x信号。

16、优选地，步骤s3中，采用频段划分策略分别辐射低频段补偿信号和高频段补偿信号，其中，

17、所述低频段为10khz～1mhz时，采用多匝线圈阵列辐射低频补偿磁场；

18、所述高频段为1mhz～1ghz时，采用相控阵天线阵列辐射高频补偿辐射场。

19、优选地，所述采用相控阵天线阵列辐射高频补偿辐射场，具体包括：

20、通过调节所述相控阵天线阵列中各阵元的馈电相位，在所述目标对消区域形成与所述高频段干扰信号相位相反、幅值匹配的空间抵消波束。

21、为了实现上述目的，本发明第二个技术方案是：

22、一种电机驱动系统宽频辐射电磁干扰主动对消系统，包括：

23、感知模块，用于感知电机驱动系统产生的空间辐射电磁干扰信号；

24、数字信号处理与控制模块，连接于所述感知模块的输出端，用于基于所述感知模块感知到的干扰信号生成反相补偿信号；

25、补偿发射模块，连接于所述数字信号处理与控制模块的输出端，用于将所述反相补偿信号辐射至目标对消区域；

26、以及反馈模块，设置于所述目标对消区域，连接于所述数字信号处理与控制模块的反馈输入端，用于采集对消后的残余干扰信号并反馈至所述数字信号处理与控制模块。

27、优选地，所述数字信号处理与控制模块包括：

28、频谱分析单元，用于对所述感知模块采集的信号进行频谱分解，识别干扰信号的主要频率分量及幅值；

29、次级通道在线辨识单元，用于通过注入测试信号辨识补偿通道的传递函数；

30、自适应滤波器单元，用于采用滤波-x最小均方算法生成所述反相补偿信号。

31、优选地，所述感知模块包括低频感知单元和高频感知单元，所述补偿发射模块包括低频发射单元和高频发射单元；所述低频感知单元和低频发射单元用于10khz～1mhz频段的感知与发射，所述高频感知单元和高频发射单元用于1mhz～1ghz频段的感知与发射。

32、本发明技术效果主要体现在以下方面：

33、（1）实现辐射emi的空间主动对消：通过补偿发射模块在目标对消区域直接产生反相补偿场，从根本上解决了现有传导路径对消方案无法处理已辐射至空间emi的问题。

34、（2）宽频带覆盖（10khz～1ghz）：采用频段划分的异构感知（tmr+电场探头）与异构发射（线圈+相控阵天线），解决了单一传感器/发射器无法覆盖超宽频带的技术难题。

35、（3）自适应闭环调控：通过次级通道在线辨识与fxlms自适应算法，解决了高频下空间相位延迟导致的对消失配问题，实现了工况变化时响应时间≤5ms的动态自适应调控。

36、（4）外部附加式、非侵入性：感知模块、补偿发射模块及反馈模块均独立布置于电机驱动系统外部，不改变原驱动系统的pwm调制策略，不接入电源线或信号线。

37、（5）高通用性：外部附加式架构与电机驱动系统拓扑无关，可适配任意电机驱动拓扑。

38、（6）体积小、效率损失低：无需大型无源滤波器和屏蔽罩，主动对消方案的功率放大器损耗可控。