一种电机反电动势谐波抑制方法、装置、设备及介质与流程

1.本发明实施例涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机反电动势谐波抑制方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.永磁同步电动机具有结构紧凑、功率密度高、气隙磁通高以及转矩惯性比高等优点，广泛应用于电动汽车驱动系统中。电机输岀转矩平滑度是衡量这些系统性能的重要指标，而电机电流中的高次谐波是影响电机输出转矩平滑度的主要因素。造成电机电流谐波因素主要有两方面原因：第一个影响因素是电机本体，如齿槽效应、绕组分布形式、磁路磁饱和效应、转子磁极结构等引起的电机气隙磁场畸变；第二个因素是逆变器，如开关器件的死区时管压降等非线性特性。
3.针对影响电流低次谐波的两方面因素，国内外学者展开了电流谐波抑制的研究工作，以期改善电流波形的正弦度。1、从电机角度，通过改进和优化电机的本体结构主要有斜槽或斜极、永磁体形状优化、定子绕组类型和磁路优化等，目的是削弱反电动势的畸变，降低反电动势中的谐波含量；2、从系统控制策略角度，利用谐波补偿算法来抑制电流谐波，主要电流谐波抑制方法有：谐波电压补偿多旋转pi控制、比例谐振(pr)控制、复矢量pi(cvpi)控制、重复控制(rc)、迭代学习控制。多旋转pi控制器具有较好的谐波抑制效果，但需要多个pi控制器，参数整定较为困难。比例谐振控制器能够实现对正弦量的无静差跟踪，但其参数整定是一个难题。复矢量pi控制可有效的简化系统控制的复杂度，通过增加控制器的带宽提高系统的响应和稳定性，但同时也会使得增益衰减。重复控制源于控制理论中的内模原理，可以对给定频率的整数倍谐波进行抑制，但由于控制器中包含延时环节，在暂态过程中扰动信号频率是个变化量，调节速度较慢。而迭代学习控制方法实际上是利用转矩周期性偏差进行记忆来对电流给定值进行不算在线修正，从而实现对电流谐波的抑制，进而达到抑制转矩脉动的目的，但在实际电机控制系统中，电机转速时刻发生改变，通过迭代学习很难实现转速变化的情况下输出最优的误差补偿信号值，并且该方式通常需要获得较为精确的转矩信号，对控制器的成本要求较高。


技术实现要素：

4.本发明提供一种电机反电动势谐波抑制方法、装置、设备及介质，以很好地实现对电机反电动势谐波抑制，实现方法简单实用，同时对控制器要求较低。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种电机反电动势谐波抑制方法，该方法包括：
6.获取同步电机的三相反电动势；
7.对所述三相反电动势进行变换得到直轴反电动势和交轴反电动势；
8.对所述交轴反电动势进行傅里叶变换，并提取所述交轴反电动势的各阶次谐波的幅值、频率及初始相位；
9.根据所述交轴反电动势的各阶次谐波的幅值、频率及初始相位重构交轴电流的各
阶次谐波；
10.叠加所述交轴电流的各阶次谐波得到重构交轴电流；
11.将所述重构交轴电流注入到所述交轴反电动势得到原始扭矩表征值。
12.可选的，所述交轴电流的各阶次谐波占比和所述交轴反电动势的各阶次谐波占比相同；
13.所述交轴电流的各阶次谐波的初始相位与所述交轴反电动势的初始相位相差180
°
；
14.所述交轴电流各阶次谐波的频率与所述交轴反电动势各阶次谐波的频率相同。
15.可选的，对所述三相反电动势进行变换得到直轴反电动势和交轴反电动势，包括：
16.对所述三相反电动势进行clarke变换得到α轴反电动势和β轴反电动势；
17.对所述α轴反电动势和β轴反电动势进行park变换得到直轴反电动势和交轴反电动势。
18.可选的，将所述重构交轴电流注入到所述交轴反电动势得到原始扭矩表征值，包括：
19.将所述重构交轴电流与所述交轴反电动势相乘得到原始扭矩表征值。
20.第二方面，本发明实施例还提供了一种电机反电动势谐波抑制装置，该装置包括：
21.获取模块，用于获取同步电机的三相反电动势；
22.变换模块，用于对所述三相反电动势进行变换得到直轴反电动势和交轴反电动势；
23.提取模块，用于对所述交轴反电动势进行傅里叶变换，并提取所述交轴反电动势的各阶次谐波的幅值、频率及初始相位；
24.重构模块，用于根据所述交轴反电动势的各阶次谐波的幅值、频率及初始相位重构交轴电流的各阶次谐波；
25.重构交轴电流得到模块，用于叠加所述交轴电流的各阶次谐波得到重构交轴电流；
26.注入模块，用于将所述重构的交轴电流注入到所述交轴反电动势得到原始扭矩表征值。
27.可选的，所述交轴电流的各阶次谐波占比和所述交轴反电动势的各阶次谐波占比相同；
28.所述交轴电流的各阶次谐波的初始相位与所述交轴反电动势的初始相位相差180
°
；
29.所述交轴电流各阶次谐波的频率与所述直轴反电动势各阶次谐波的频率相同。
30.可选的，所述变换模块包括：
31.第一变换单元，用于对所述三相反电动势进行clarke变换得到α轴反电动势和β轴反电动势；
32.第二变换单元，用于对所述α轴反电动势和β轴反电动势进行park变换得到直轴反电动势和交轴反电动势。
33.可选的，所述注入模块具体用于，
34.将所述重构交轴电流与所述交轴反电动势相乘得到原始电压表征值。
35.第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一方面所述的电机反电动势谐波抑制方法。
36.第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的电机反电动势谐波抑制方法。
37.本发明实施例，通过获取同步电机的三相反电动势；对所述三相反电动势进行变换得到直轴反电动势和交轴反电动势；对所述交轴反电动势进行傅里叶变换，并提取所述交轴反电动势的各阶次谐波的幅值、频率及初始相位；然后根据所述交轴反电动势的各阶次谐波的幅值、频率及初始相位重构交轴电流的各阶次谐波；叠加所述交轴电流的各阶次谐波得到重构交轴电流；最终将所述重构交轴电流注入到所述交轴反电动势得到原始扭矩表征值，如此本方案很好地实现了对电机反电动势谐波的抑制，谐波抑制效果较佳。
附图说明
38.图1是本发明实施例提供的一种电机反电动势谐波抑制方法的流程图；
39.图2是本发明实施例提供的另一种电机反电动势谐波抑制方法的流程图；
40.图3是本发明实施例提供的一种电机反电动势谐波抑制装置的结构框图；
41.图4为本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
42.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
43.图1是本发明实施例提供的一种电机反电动势谐波抑制方法的流程图，本实施例可适用于电机反电动势谐波抑制情况，该方法可以由电机反电动势谐波抑制装置来执行，具体包括如下步骤：
44.s110、获取同步电机的三相反电动势。
45.其中，同步电机的三相反电动势可以通过由电压测量仪器得到的u、v、w相两两之间的线反电动势u
ab
、u
bc
及u
ca
计算得到；具体的，可以根据如下公式(1)得到同步电机的三相反电动势ua、ub及uc；
[0046][0047]
由此，同步电机的三相反电动势ua为(u
ab-u
ca
)/3、ub为(u
bc-u
ab
)/3；uc为(u
ca-u
bc
)/3。
[0048]
s120、对三相反电动势进行变换得到直轴反电动势和交轴反电动势。
[0049]
其中，对三相反电动势ua、ub及uc进行变换得到d-p坐标系下的直轴反电动势uq和交轴反电动势ud以后续直接对交轴反电动势进行傅里叶变换。
[0050]
s130、对交轴反电动势进行傅里叶变换，并提取交轴反电动势的各阶次谐波的幅
值、频率及初始相位。
[0051]
其中，交轴反电动势uq一般会由于电机本体，如齿槽效应、绕组分布形式、磁路磁饱和效应、转子磁极结构等引起的电机气隙磁场畸变等因素而导致谐波成分增加，本方案可以调用傅里叶函数对交轴反电动势uq做傅里叶变换，示例性的，交轴反电动势uq经过傅里叶变换得到叶变换得到由此得到交轴反电动势uq的基波的幅值u1、频率为pw、初始相位h为阶次，各阶次谐波的幅值为uh、各阶次谐波的频率为w、各阶次谐波的初始相位
[0052]
s140、根据交轴反电动势的各阶次谐波的幅值、频率及初始相位重构交轴电流的各阶次谐波。
[0053]
其中，重构交轴电流的各阶次谐波的原则为：交轴电流的各阶次谐波占比和交轴反电动势的各阶次谐波占比相同；交轴电流的各阶次谐波的初始相位与交轴反电动势的初始相位相差180
°
；交轴电流的各阶次谐波的频率与交轴反电动势的频率相同。示例性的，重构后的交轴电流的各阶次谐波为：其中，h为阶次，重构后的交轴电流的初始相位为重构后的交轴电流的频率为w,重构后的交轴电流的幅值ih；重构后的交轴电流的各阶次的幅值ih满足与交轴反电动势的各阶次谐波的幅值uh的谐波占比相同，即重构后的交轴电流的各阶次的幅值ih与各阶次的幅值之平方和根之比、交轴反电动势的各阶次谐波的幅值uh与各阶次的幅值之平方和根之比两者相同。
[0054]
s150、叠加直轴电流的各阶次谐波得到重构交轴电流。
[0055]
其中，叠加交轴电流的各阶次谐波得到重构交轴电流为其中，叠加交轴电流的各阶次谐波得到重构交轴电流为
[0056]
s160、将重构交轴电流注入到交轴反电动势得到原始扭矩表征值。
[0057]
其中，将重构交轴电流iq注入到交轴反电动势uq,由于重构交轴电流iq的各阶次谐波的初始相位与交轴反电动势uq的初始相位相差180
°
，起到了对交轴反电动势的谐波抑制，如此得到的原始扭矩表征值相关谐波成分接近于零，使得电机输出平稳的扭矩，电机控制效果较佳。
[0058]
可选的，在上述实施例的基础上，进一步细化，图2是本发明实施例提供的另一种电机反电动势谐波抑制方法的流程图；如图2所示，该方法包括以下步骤：
[0059]
s210、获取同步电机的三相反电动势。
[0060]
s220、对三相反电动势进行clarke变换得到α轴反电动势和β轴反电动势。
[0061]
其中，首先三相反电动势ua、ub及uc进行clarke变换得到α-β坐标系下的α轴反电动势和β轴反电动势；具体的，可以根据如下公式(2)得到α轴反电动势u
α
和β轴反电动势u
β
：
[0062][0063]
s230、对α轴反电动势和β轴反电动势进行park变换得到直轴反电动势和交轴反电动势。
[0064]
其中，对α轴反电动势u
α
和β轴反电动势u
β
进行park变换得到d-p坐标系下的直轴反电动势和交轴反电动势，具体的，可以根据如下公式(3)得到直轴反电动势ud和交轴反电动势uq。
[0065][0066]
s240、对交轴反电动势进行傅里叶变换，并提取交轴反电动势的各阶次谐波的幅值、频率及初始相位。
[0067]
s250、根据交轴反电动势的各阶次谐波的幅值、频率及初始相位重构交轴电流的各阶次谐波。
[0068]
s260、叠加交轴电流的各阶次谐波得到重构交轴电流。
[0069]
s270、将重构交轴电流与交轴反电动势相乘得到原始扭矩表征值。
[0070]
其中，将重构交轴电流iq注入到交轴反电动势uq,具体的是，将重构交轴电流与交轴反电动势相乘得到原始扭矩表征值，这样由于重构交轴电流iq的各阶次谐波的初始相位与交轴反电动势uq的初始相位相差180
°
，达到对交轴反电动势的谐波抑制，如此得到的原始扭矩表征值中的相关谐波成分接近于零，使得电机输出平稳的扭矩，电机控制效果较佳。另外，本提案通过重构交轴电流的各阶次谐波，并叠加重构交轴电流的各阶次谐波得到重构交轴电流，然后将重构交轴电流与交轴反电动势相乘得到原始扭矩表征值，该方法简单实用，很好地实现了对反电动势的谐波抑制，对控制器的运算能力要求较低。
[0071]
本发明实施例还提供了一种电机反电动势谐波抑制装置，该装置可执行本发明任意实施例所提供的一种电机反电动势谐波抑制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。图3是本发明实施例提供的另一种的电机反电动势谐波抑制装置的结构框图，如图3所示，电机反电动势谐波抑制装置，包括：
[0072]
获取模块10，用于获取同步电机的三相反电动势；
[0073]
变换模块20，用于对三相反电动势进行变换得到直轴反电动势和交轴反电动势；
[0074]
提取模块30，用于对交轴反电动势进行傅里叶变换，并提取交轴反电动势的各阶次谐波的幅值、频率及初始相位；
[0075]
重构模块40，用于根据交轴反电动势的各阶次谐波的幅值、频率及初始相位重构交轴电流的各阶次谐波；
[0076]
重构交轴电流得到模块50，用于叠加交轴电流的各阶次谐波得到重构交轴电流；
[0077]
注入模块60，用于将重构交轴电流注入到交轴反电动势得到原始扭矩表征值。
[0078]
可选的，交轴电流的各阶次谐波占比和交轴反电动势的各阶次谐波占比相同；
[0079]
交轴电流的各阶次谐波的初始相位与交轴反电动势的各阶次谐波的初始相位相差180
°
；
[0080]
交轴电流的各阶次谐波的频率与直轴反电动势的各阶次谐波的频率相同。
[0081]
可选的，变换模块20包括：
[0082]
第一变换单元，用于对三相反电动势进行clarke变换得到α轴反电动势和β轴反电动势；
[0083]
第二变换单元，用于对α轴反电动势和β轴反电动势进行park变换得到直轴反电动势和交轴反电动势。
[0084]
可选的，注入模块60具体用于，
[0085]
将重构交轴电流与交轴反电动势相乘得到原始扭矩表征值。
[0086]
图4为本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，如图4所示，该设备包括处理器70、存储器71、输入装置72和输出装置73；设备中处理器70的数量可以是一个或多个，图4中以一个处理器70为例；设备中的处理器70、存储器71、输入装置72和输出装置73可以通过总线或其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
[0087]
存储器71作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的一种电机反电动势谐波抑制方法对应的程序指令/模块。处理器70通过运行存储在存储器71中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的一种电机反电动势谐波抑制方法。
[0088]
存储器71可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器71可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器71可进一步包括相对于处理器70远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0089]
输入装置72可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置73可包括显示屏等显示设备。
[0090]
本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种电机反电动势谐波抑制方法，该方法包括：
[0091]
获取同步电机的三相反电动势；
[0092]
对所述三相反电动势进行变换得到直轴反电动势和交轴反电动势；
[0093]
对所述交轴反电动势进行傅里叶变换，并提取所述交轴反电动势的各阶次谐波的幅值、频率及初始相位；
[0094]
根据所述交轴反电动势的各阶次谐波的幅值、频率及初始相位重构交轴电流的各阶次谐波；
[0095]
叠加所述交轴电流的各阶次谐波得到重构的交轴电流；
[0096]
将所述重构的交轴电流注入到所述交轴反电动势得到原始扭矩表征值。
[0097]
当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的一种电机反电动势谐波抑制方法中的相关操作。
[0098]
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-only memory,rom)、随机存取存储器(random access memory,ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0099]
值得注意的是，上述搜索装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功
能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0100]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。