一种无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法

本发明涉及伺服驱动与牵引变流领域，特别是涉及一种无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法。

背景技术：

1、由单相整流器供电的电机驱动系统中，整流器与逆变器经中间直流母线相互连接。由于单相整流器的固有非线性工作特性，导致其输出的直流母线电压并非平滑的直流，而是含有丰富的谐波分量，其中以二倍电网频率的电压脉动分量幅值最为显著。该母线电压脉动通过逆变器的调制过程，在逆变器输出相电压和电机定子相电流中产生频率为2

ω

g±

ω的拍频分量，并在电机dq坐标系中引入二倍频的电压扰动，进而激发q轴电流的周期性振荡。由于电机输出转矩与q轴电流直接相关，q轴电流的脉动将直接导致电机输出转矩出现低频脉动，引起额外噪声和机械振动，降低设备运行平稳性和控制精度，并增加电机和传动部件的损耗。

2、为了抑制母线电压脉动，传统方案通常在直流母线上并联大容量电解电容器，但电解电容器存在体积大、寿命短、耐电流能力有限以及对温度敏感等固有缺点，制约了系统功率密度的提升。近年来无电解电容设计受到关注，采用薄膜电容等替代方案，但其单位体积电容值较低，在减小电容容值的趋势下，母线电压脉动问题更为突出，对控制算法提出了更高要求。现有技术中，为解决拍频导致的转矩脉动，常引入母线电压传感器进行前馈补偿，但该方法增加了硬件成本，且采样延迟会影响补偿的实时性；也有技术提出引入重复电压观测器，通过预测母线电压进行补偿，但观测精度依赖高采样率，进一步增大了硬件性能要求；此外，还有基于电流指定次谐波反馈的谐振控制方法，虽具有良好的鲁棒性，但动态性能不佳，往往需结合母线电压传感器进行前馈补偿。

3、因此，如何在保证系统动态响应性能的前提下，简化控制系统结构，去除对母线电压物理传感器的依赖，并有效抑制由母线电压脉动引起的电机拍频问题，成为本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法，应用于由整流器与三相逆变器级联构成的电机驱动系统，包括以下步骤：

4、s1、构建基于功率电流控制的电机双闭环控制系统，所述双闭环控制系统包括依次设置的转速环和功率电流环；

5、s2、通过所述转速环根据电机转速误差输出功率电流参考值；

6、s3、通过所述功率电流环，接收所述功率电流参考值，并基于功率电流反馈信号和内置的pi控制器，生成电机q轴电压指令；

7、s4、基于所述功率电流参考值、电机d轴电流、电机q轴电流、电机d轴电压及电机q轴电压，通过母线电压观测器计算得到母线电压观测值；

8、s5、将所述母线电压观测值作为前馈量输入至空间矢量脉冲宽度调制单元，用于补偿调制系数的计算误差。

9、优选地，所述母线电压观测器通过以下关系式计算所述母线电压观测值：

10、；

11、其中，

p

e为电机瞬时电磁功率，

i

p*为功率电流参考值，

u

d为电机d轴电压值、

u

q为电机q轴电压值，

i

d为电机d轴电流值、

i

q为电机q轴电流值。

12、优选地，在所述空间矢量脉冲宽度调制单元中，利用所述母线电压观测值对调制系数进行前馈补偿，补偿后的调制系数的计算公式为：

13、；

14、其中，

u

sref为逆变器输出电压矢量大小的期望值，

u

dob为母线电压观测值。

15、优选地，所述功率电流环的前馈通道包括可变增益环节和pi控制器，所述可变增益环节的增益值根据母线电压额定值与所述电机q轴电压的比值确定。

16、优选地，所述功率电流反馈信号通过计算逆变器侧瞬时功率与母线电压额定值的比值获得。

17、优选地，所述单相整流器为单相二极管整流器，所述母线电压观测值用于补偿由所述单相二极管整流器产生的二倍频母线电压脉动引起的调制系数误差。

18、优选地，所述功率电流参考值为所述转速环根据电机转速平方误差经由pi调节器处理后输出得到。

19、本发明还提供一种电机驱动系统，所述系统配置为执行所述的无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法。

20、本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

21、本发明提供的一种无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法，具有结构简化、动态响应快、成本低的特点。该方法通过将q轴电流反馈节点前移，构建基于功率电流环的双闭环控制系统，无需整定额外的电流环pi参数，大幅简化了控制回路设计；同时，衍生于系统架构的母线电压观测器，利用功率电流参考值、电机dq轴电流及电压等系统既有信号，通过特定的数学关系精确计算母线电压观测值，不仅无需物理传感器即可获得高精度的电压估计值，还能将其作为前馈量精确补偿空间矢量脉冲宽度调制单元的调制系数误差，有效抑制了由单相整流器二倍频母线电压脉动引起的拍频效应，显著降低了电机转矩和转速脉动，克服了传统方案成本高、采样延迟大以及单纯反馈补偿动态性能不足的弊端，特别适用于对成本敏感且要求高控制性能的无电解电容或小容量电容电机驱动系统。

1.一种无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法，其特征在于，应用于由整流器与三相逆变器级联构成的电机驱动系统，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法，其特征在于，所述母线电压观测器通过以下关系式计算所述母线电压观测值：

3.根据权利要求1所述的无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法，其特征在于，在所述空间矢量脉冲宽度调制单元中，利用所述母线电压观测值对调制系数进行前馈补偿，补偿后的调制系数的计算公式为：

4.根据权利要求1所述的无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法，其特征在于，所述功率电流环的前馈通道包括可变增益环节和pi控制器，所述可变增益环节的增益值根据母线电压额定值与所述电机q轴电压的比值确定。

5.根据权利要求1所述的无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法，其特征在于，所述功率电流反馈信号通过计算逆变器侧瞬时功率与母线电压额定值的比值获得。

6.根据权利要求1所述的无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法，其特征在于，所述单相整流器为单相二极管整流器，所述母线电压观测值用于补偿由所述单相二极管整流器产生的二倍频母线电压脉动引起的调制系数误差。

7.根据权利要求1所述的无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法，其特征在于，所述功率电流参考值为所述转速环根据电机转速平方误差经由pi调节器处理后输出得到。

8.一种电机驱动系统，其特征在于，所述系统配置为执行如权利要求1至7中任一项所述的无母线电压传感器的电机驱动系统拍频抑制方法。