一种基于SVPWM控制的电机谐波抑制方法和相关设备与流程

一种基于svpwm控制的电机谐波抑制方法和相关设备
技术领域
1.本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种基于svpwm控制的电机谐波抑制方法和相关设备。


背景技术：

2.电压空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation，以下简称svpwm)技术被广泛应用永磁同步电机控制中，该技术是由三相功率逆变器的六个功率开关管组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，控制输出的电流波形尽可能接近理想正弦波，并且相比其他调制算法，svpwm能够提高直流母线电压利用率，使永磁同步电机获得更大功率输出。
3.svpwm载波的调制采用固定开关频率，这种方式会造成电机输出的三相电流在其开关频率及其倍频处畸变严重，即产生较大的高次谐波。高次谐波会使电机产生明显的机械振动和电磁噪声，对人耳造成严重影响，特别是近年来svpwm控制的永磁同步电机被越来越多应用到新能源电动汽车中，电机的振动和噪声会降低电动汽车的用户体验。
4.随机svpwm将功率管的开关周期由周期信号变为非周期信号，即在一定范围内随机改变svpwm载波周期，将原开关频率及其倍频处的噪声能量分散开，降低电机的振动和噪声。由于采样频率实际程序代码运算量的问题，svpwm随机周期的选取范围会比较窄，影响随机svpwm在电机全转速范围内的谐波抑制效果。
5.现有技术中，专利cn202010856533公开了一种基于谐波选择性消除随机svpwm的永磁同步电机减振降噪方法，利用当前控制周期占空比、前一控制周期内占空比及开关周期，不仅分散开关频率及其倍频处谐波含量，而且进一步消除永磁同步电机固有频率处的谐波，避免电机产生强烈共振，有效降低电磁噪声。
6.申请人对上述方案进一步研究发现，上述方案的随机数选取范围比较窄，虽然进一步消除了永磁同步电机固有频率处的谐波，但是对其他固有频率处的谐波抑制效果不佳。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明实施例提供一种基于svpwm控制的电机谐波抑制方法和相关设备，以实现电机中的谐波抑制。
8.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
9.一种基于svpwm控制的电机谐波抑制方法，包括：
10.生成随机变频周期；
11.基于所述随机变频周期计算所述功率开管的开通时刻和关断时刻；
12.跟随所述变频周期调整采样函数的函数运算量；
13.基于所述开通时刻和关断时刻对所述功率开关管的开关周期进行控制，基于调整后的采样周期进行采样控制。
14.可选的，上述基于svpwm控制的电机谐波抑制方法中，生成随机变频周期，包括：
15.通过线性同余法生成随机变频周期。
16.可选的，上述基于svpwm控制的电机谐波抑制方法中，所述跟随所述变频周期调整采样函数的函数运算量，包括：
17.判断当前周期对应的随机变频周期的周期时长是否大于预设阈值；
18.如果大于所述预设阈值时，获取当前时刻电机的转速和角度，读取当前时刻的系统时间戳，将当前时刻的电机的转速、角速度和系统时间戳作为采样函数的函数运算量；
19.如果小于所述预设阈值时，获取上一时刻电机的转速和角度，读取当前时刻的系统时间戳，基于上一时刻的系统时间戳、前时刻的系统时间戳以及上一时刻电机的转速和角度计算得到当前时刻电机的角度，将上一时刻电机的转速、当前时刻电机的角速度以及当前时刻的系统时间作为采样函数的函数运算量。
20.可选的，上述基于svpwm控制的电机谐波抑制方法中，所述通过线性同余法生成随机变频周期，包括：
21.获取电机转速；
22.获取与所述电机转速相对应的线性同余法的变量参数；
23.基于所述过线性同余法生成随机变频周期。
24.可选的，上述基于svpwm控制的电机谐波抑制方法中，获取与所述电机转速相对应的线性同余法的变量参数，包括：
25.基于预设映射表获取与所述电机转速相对应的线性同余法的变量参数，其中，所述预设映射参数中记录有与所述电机转速相匹配的线性同余法的变量参数。
26.一种基于svpwm控制的电机谐波抑制装置，包括：
27.随机变频周期生成单元，用于生成随机变频周期；
28.开关时刻计算单元，用于基于所述随机变频周期计算所述功率开管的开通时刻和关断时刻；
29.采样函数调整单元，用于跟随所述变频周期调整采样函数的函数运算量；
30.电机控制单元，用于基于所述开通时刻和关断时刻对所述功率开关管的开关周期进行控制，基于调整后的采样周期进行采样控制。
31.可选的，上述svpwm电机谐波抑制装置中，随机变频周期生成单元，具体用于：
32.通过线性同余法生成随机变频周期。
33.可选的，上述svpwm电机谐波抑制装置中，所述采样函数调整单元具体用于：
34.判断当前周期对应的随机变频周期的周期时长是否大于预设阈值；
35.如果大于所述预设阈值时，获取当前时刻电机的转速和角度，读取当前时刻的系统时间戳，将当前时刻的电机的转速、角速度和系统时间戳作为采样函数的函数运算量；
36.如果小于所述预设阈值时，获取上一时刻电机的转速和角度，读取当前时刻的系统时间戳，基于上一时刻的系统时间戳、前时刻的系统时间戳以及上一时刻电机的转速和角度计算得到当前时刻电机的角度，将上一时刻电机的转速、当前时刻电机的角速度以及当前时刻的系统时间作为采样函数的函数运算量。
37.可选的，上述基于svpwm控制的电机谐波抑制装置中，所述随机变频周期生成单元，具体用于：
38.获取电机转速；
39.获取与所述电机转速相对应的线性同余法的变量参数；
40.基于所述过线性同余法生成随机变频周期。
41.一种存储介质，所述存储介质存储有多条指令，所述指令适于处理器进行加载，以执行上述任一项所述的基于svpwm控制的电机谐波抑制方法中的步骤。
42.基于上述技术方案，本发明实施例提供的上述方案，通过采用随机变频周期对所述基于svpwm控制的电机的功率管开关周期和采样周期进行调整，调整后的开关周期对所述功率管的进行控制，采用调整后的采样周期进行采样，通过随机变动的开关周期和采样周期对所述基于svpwm控制的电机内的谐波进行抑制，能够有效抑制电机内的谐波信号。
附图说明
43.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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
44.图1为本技术实施例公开的基于svpwm控制的电机谐波抑制方法的流程示意图；
45.图2为本技术另一实施例公开的基于svpwm控制的电机谐波抑制方法的流程示意图；
46.图3为本技术另一实施例公开的基于svpwm控制的电机谐波抑制方法的流程示意图；
47.图4为本技术实施例公开的基于svpwm控制的电机谐波抑制装置的结构示意图；
48.图5为本技术实施例公开的电机谐波抑制设备的结构示意图。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.为了尽可能范围广的抑制基于svpwm控制的电机中各个频率处的谐波，本技术公开了一种基于svpwm控制的电机谐波抑制方法，参见图1，该方法可以包括：
51.步骤s101：生成随机变频周期。
52.在执行本技术实施例公开的技术方案之前，所述功率管开关周期和采样周期为未变频前固定周期值，其功率管的开关时刻以及所述采样函数都是固定的。
53.步骤s102：基于所述随机变频周期计算所述功率开管的开通时刻和关断时刻。
54.在本步骤中，当所述随机变频周期确定以后，所述电机在进行svpwm控制时，会根据所述随机变频周期计算所述功率管的开通时刻和关断时刻，实现了对所述功率管的开关周期的随机调整。
55.为了便于后续控制，在本方案中，可以将计算得到的所述功率管的开通时刻和关断时刻存入相关寄存器中，当需要用到所述功率管的开通时刻和关断时刻时，直接由所述
寄存器中进行数据读取即可，当读取完毕后，删除已读取的数据，并继续存储下一时刻基于所述随机变频周期计算所述功率开管的开通时刻和关断时刻。
56.步骤s103：跟随所述变频周期调整采样函数的函数运算量。
57.本步骤中，是对所述采样周期中所用到的采样函数的函数运算量进行调整，在本步骤中，当采用所述变频周对所述采样周期进行控制时，每个采样周期的采样函数会根据变频周期，调整函数运算量，实现了对所述采样周期的随机调整。
58.步骤s104：基于所述开通时刻和关断时刻对所述功率开关管的开关周期进行控制，基于调整后的采样周期进行采样控制。
59.本步骤中，当所述功率管的开通时刻和关断时刻确定以后，基于所述开通时刻和关断时刻对所述功率开关管的开关状态进行控制，从而实现了功率管的开关周期的变频控制，当所述采样函数调整以后，基于调整后的采样函数进行采样，从而实现了采样周期的变频控制。
60.本技术上述实施例公开的技术方案中，通过采用随机变频周期对所述基于svpwm控制的电机功率管开关周期和采样周期进行调整，调整后的开关周期对所述功率管的进行控制，采用调整后的采样周期进行采样，通过随机变动的开关周期和采样周期对所述基于svpwm控制的电机谐波进行抑制，能够有效抑制电机内的谐波信号。
61.在本技术实施例公开的技术方案中，所述随机变频周期的生成方式可以基于用户需求自行选择，例如，在本技术实施例公开的技术方案中，可以通过线性同余法生成随机变频周期。
62.本技术之所以采用线性同余法生成随机变频周期，是因为所述线性同余法产生的随机数自由度较高，且线性同余法只包含一次乘法和一次加法运算，对于微处理器而言实现容易，实现成本较低。
63.具体的，所述线性同余法公式如下：
64.x
n 1
＝mod(a*xn c,m)
65.o＝x
n 1
/m
66.y＝(o 0.5)*ts67.上述公式中a、c、m、x、ts均为所述线性同余法的变量参数，其中，所述a为乘数，c为增量，m为模数，x为初始值，ts为中心点。在上述方案中，所述y即为本技术所需的随机变频周期。
68.上述线性同余法公式中的变量参数时根据所述电机的运行状态实时动态调整的，例如，在本方案中，所述线性同余法公式中的变量参数可以跟随电机的转速变化而变化，即，在本方案中，参见图2，所述通过线性同余法生成随机变频周期，具体可以包括：
69.步骤s201：获取电机转速。
70.在本方案中，可以通过转速传感器或其他方式获取所述电机的电机转速。
71.步骤s202：获取与所述电机转速相对应的线性同余法的变量参数。
72.在本方案中，为了提高谐波抑制效果，可以使得所述随机变频周期跟随所述基于svpwm控制的电机转速变化而变化，对此，本技术可以预先建立电机转速与线性同余法的变量参数之间的映射关系，基于该映射关系获取与所述电机转速相适配的线性同余法的变量参数，具体的，该映射关系可以以预设映射表的方式存储在所述电机的存储单元中，该预设
映射表中存储有不同的电机转速所对应的线性同余法的变量参数，在知晓所述电机转速的基础上，可以基于该预设映射表查找得到与所述电机转速相适配的线性同余法的变量参数。
73.步骤s203：基于所述过线性同余法生成随机变频周期。
74.在本步骤中，基于应用有上述变量参数的线性同余法生成随机变频周期，从而能够较好的实现在电机全频波段下对谐波的抑制效果。
75.在本实施例公开的技术方案中，为了保证电机正常控制的基础上，拓宽变频周期随机数的选取范围，可以在当所述随机变频周期较小时，禁止角度相关代码运算，同时利用电机转速和系统时间，计算电机控制所需角度，当随机变频周期正常时，所述角度相关代码运算，采样函数接收角度解码单元发送的电机转速w和角度θ，从而通过减小采样函数代码运算量的基础上，保证电机正常控制，实现了拓宽变频周期随机数的选取范围，使谐波分散更均匀。
76.具体的，参见图3，上述方案中，所述跟随所述变频周期调整采样函数的函数运算量，具体可以包括：
77.步骤s301：判断当前周期对应的随机变频周期的周期时长是否大于预设阈值。
78.在本技术实施例公开的技术方案中可以选设置一个预设阈值，将当前周期对应的随机变频周期的周期时长与所述预设阈值进行对比，基于对比结果选择后续执行步骤，即，当所述随机变频周期的周期时长大于预设阈值时，执行步骤s302，当所述随机变频周期的周期时长小于预设阈值时，执行步骤s303。
79.步骤s302：如果大于所述预设阈值时，获取当前时刻电机的转速和角度，读取当前时刻的系统时间戳，将当前时刻的电机的转速、角速度和系统时间戳作为采样函数的函数运算量。
80.当所述随机变频周期的周期时长大于预设阈值时，执行角度相关代码运算，采样周期对应的采样函数接收角度解码单元发送的电机转速w和角度θ，同时在角度解码单元完成电机转速计算时读取系统时间戳time1，将当前时刻的电机的转速、角速度和系统时间戳作为采样函数的函数运算量，基于该采样函数进行采样。
81.步骤s303：如果小于所述预设阈值时，获取上一时刻电机的转速和角度，读取当前时刻的系统时间戳，基于上一时刻的系统时间戳、前时刻的系统时间戳以及上一时刻电机的转速和角度计算得到当前时刻电机的角度，将上一时刻电机的转速、当前时刻电机的角速度以及当前时刻的系统时间作为采样函数的函数运算量。
82.在本技术实施例公开的技术方案中，如果所述随机变频周期的周期时长小于所述预设阈值时，采样函数禁止角度相关代码的运算，只读取该禁止角度相关代码的运算时系统时间戳time2，利用接收到的该禁止角度相关代码的运算的前一时刻的电机转速w和角度θ，以及两个系统时间戳time1和time2，利用公式θ
new
＝θ (time2-time1)*w计算当前时刻的电机角度θ
new
，基于上一时刻电机的转速、当前时刻电机的角速度以及当前时刻的系统时间作为采样函数的函数运算量，基于该采样函数进行电机控制。
83.本实施例中公开了一种基于svpwm控制的电机谐波抑制装置，装置中的各个单元的具体工作内容，请参见上述方法实施例的内容。
84.下面对本发明实施例提供的基于svpwm控制的电机谐波抑制装置进行描述，下文
specific integrated circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
106.存储器300可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
107.其中，处理器100具体用于：
108.生成随机变频周期；
109.基于所述随机变频周期计算所述功率开管的开通时刻和关断时刻；
110.跟随所述变频周期调整采样函数的函数运算量；
111.基于所述开通时刻和关断时刻对所述功率开关管的开关周期进行控制，基于调整后的采样周期进行采样控制。
112.为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
113.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
114.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
115.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
116.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
117.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。