一种永磁同步电机声振半主动控制方法及系统

技术特征：
1.一种永磁同步电机声振半主动控制方法，适用于一电机，其特征在于，电机的机壳内部和/或表面设有受电机振动而变形的压电陶瓷片，所述方法包括：在电机运行的过程中，通过传感器对所述电机的运行信息进行采集，得到电机运行信息，通过采样电路采集所述压电陶瓷两端的实际电压值；创建电机噪声与振动的声振估算模型，并将采集的所述电机运行信息输入所述声振估算模型，得到所述压电陶瓷两端的电压估计值；根据所述压电陶瓷两端的电压估计值及实际电压值，对所述电机的噪声与振动进行抑制。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机声振半主动控制方法，其特征在于，所述声振估算模型包括：电磁模型，用于根据获取的所述电机运行信息，得到作用于电机定子上的电磁力；结构动力学模型，用于获取所述电机在电磁力激励下的表面振动位移；声辐射模型，用于根据所述电机在电磁力激励下的表面振动位移，得到所述电机的噪声水平，并根据所述噪声水平对所述结构动力学模型的变量进行调节；压电效应模型，用于根据所述电机在电磁力激励下的表面振动位移，得到布置在电机上的所述压电陶瓷两端的电压估计值。3.根据权利要求2所述的永磁同步电机声振半主动控制方法，其特征在于，所述电磁模型的创建步骤包括：对所述电机的定转子进行子域划分，建立不同子域的偏微分方程，并得到不同子域下的偏微分方程通解；其中，电机定转子的子域包括槽域、槽开口域、气隙域及永磁体域；基于磁场中磁通密度矢量的垂直分量在两个相邻介质之间的界面连续，边界一侧磁场强度矢量的平行分量等于另一侧磁场强度矢量的平行分量原则，创建不同子域间的边界条件；基于电机的绕组排布形式和通电策略，得到电枢电流分布方程，基于永磁体的排布方式、形状及充磁方向参数，经傅立叶分解得到永磁体磁化矢量方程，根据所述电机的电枢电流分布方程和永磁体磁化矢量方程、以及不同子域间的边界条件，求解所述偏微分方程通解中的积分常数，得到电机气隙中的径向和切向磁场分布；根据电机气隙中的径向和切向磁场分布，建立所述电磁模型。4.根据权利要求3所述的永磁同步电机声振半主动控制方法，其特征在于，由所述电磁模型得到作用在定子齿上的电磁力密度为：其中，σ
r
为径向电磁力密度，b
rs
为定子内表面径向气隙磁密，b
θs
为定子内表面切向气隙磁密，μ0为真空磁导率，作用于电机定子上的电磁力为径向电磁力密度与作用面积的乘积。5.根据权利要求4所述的永磁同步电机声振半主动控制方法，其特征在于，所述结构动力学模型的创建步骤包括：获取所述电机的振动方程，将所述电机的振动方程进行模态解耦后，得到各个模态的传递函数，在有限元软件中建立所述电机的电机结构模型，并通过有限元软件从所述电机结构模
型中提取出所述电机的节点坐标、模态矩阵及固有频率；将所述电机的节点坐标、模态矩阵、固有频率及作用于电机定子上的电磁力输入各个模态的所述传递函数，得到对应的模态响应矢量；将每个模态的模态响应矢量通过模态矩阵转换为物理位移量，根据各个模态的物理位移量建立所述电机结构模型的动态位移矩阵，并根据所述动态位移矩阵得到所述结构动力学模型。6.根据权利要求5所述的永磁同步电机声振半主动控制方法，其特征在于，所述结构动力学模型为：其中，s(φ,t)为电机表面振动位移，为对电机外表面位移进行时间和空间上的二维傅立叶变换后的第h阶幅值，v
s,(h)
为第h阶表面位移的空间阶次，f
s,(h)
为表面位移的时间阶次，φ
s,(h)
为第h阶表面位移的相位，φ表示电机外表面在定子极坐标系下的角位置，t表示时刻。7.根据权利要求6所述的永磁同步电机声振半主动控制方法，其特征在于，所述声辐射模型为：模型为：其中，l
p,total
为所有振动的总声压级，l
p,(h)
为单一频率的振动所产生的声压级，f
(h)
为第h阶振动的频率，为第h阶表面振动的位移幅值，为复合相对辐射功率。8.根据权利要求6所述的永磁同步电机声振半主动控制方法，其特征在于，所述压电陶瓷的压电效应模型为：u(t)＝s(φ
p
,t)其中，f为机械力，k
e
为短路弹性常数，u为压电电压，α为全局压电电压系数，u为压电陶瓷的位移，s(φ
p
,t)为电机表面φ
p
处的振动位移，φ
p
为压电陶瓷片在电机定子极坐标系下的角位置。9.根据权利要求1所述的永磁同步电机声振半主动控制方法，其特征在于，根据所述压电陶瓷两端的电压估计值及实际电压值，对所述电机的噪声与振动进行抑制，具体包括：根据所述压电陶瓷两端的电压估计值及实际电压值，由振动控制信号模块产生一开关信号，并将所述开关信号传输至一与所述压电陶瓷连接的振动抑制模块；所述振动抑制模块根据所述开关信号产生一驱动信号作用于压电陶瓷，以对所述电机的噪声与振动进行抑制；对所述电机的噪声与振动进行抑制的目标模型为：
其中，f
switch
为开关频率、为电磁力密度的最大频率、为电磁力密度的最小频率。10.一种永磁同步电机声振半主动控制系统，适用于一电机，其特征在于，电机的机壳内部和/或表面设有受电机振动而变形的压电陶瓷片，所述系统包括：信息采集模块，用于在电机运行的过程中，通过传感器对所述电机的运行信息进行采集，得到电机运行信息，通过采样电路采集所述压电陶瓷两端的实际电压值；声振估算模块，用于将所述信息采集模块所采集的电机运行信息输入声振估算模型，得到所述压电陶瓷两端的电压估计值；振动控制信号模块，用于根据所述压电陶瓷两端的电压估计值及实际电压值，产生一开关信号；振动抑制模块，用于根据所述开关信号产生一驱动信号，以对所述电机的噪声与振动进行抑制；所述振动抑制模块包括设于所述压电陶瓷两端的电压检测单元，以及与所述压电陶瓷相串联的可调电感单元、开关电路单元及电压源单元。

技术总结
本发明涉及一种永磁同步电机声振半主动控制方法，适用于一电机，电机机壳内部和/或表面设有压电陶瓷片，所述方法包括：在电机运行的过程中，通过传感器对电机的运行信息进行采集，得到电机运行信息，通过采样电路采集压电陶瓷两端的实际电压值；创建电机噪声与振动的声振估算模型，并将采集的电机运行信息输入声振估算模型，得到压电陶瓷两端的电压估计值；根据压电陶瓷两端的电压估计值及实际电压值，对电机的噪声与振动进行抑制。相比现有技术，本发明无需改变电机的电磁参数即可实现对电机振动与噪声的抑制；采用基于同步开关阻尼技术的半主动振动控制方法，省去了外部振动传感器、功率放大器及电源，减小了体积及质量，满足了实际应用需求。了实际应用需求。了实际应用需求。


技术研发人员：严亮 周俞辰
受保护的技术使用者：北京航空航天大学宁波创新研究院
技术研发日：2022.08.19
技术公布日：2022/11/29