PMSM三相不對稱轉矩脈動抑制控制策略

王燦 王中華 王冬雪 李猛 房文靜

摘? 要：當永磁同步電機發生三相不對稱故障時，電機轉矩會產生脈動振蕩。故障狀態下，定子電流發生周期性的畸變，進而影響交軸電流iq。根據PMSM運動方程和轉矩方程可知，電機轉矩與交軸電流iq存在直接關系，所以抑制轉矩脈動振蕩最直接、最有效的方法在于抑制交軸電流發生振蕩。文章采用基于迭代學習控制的方法，對參考q軸參考電流iqref進行補償，從而達到轉矩脈動抑制的效果。

關鍵詞：PMSM;不對稱故障;ILC;轉矩脈動抑制

中圖分類號：TM341? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）10-0123-02

Abstract： When three-phase asymmetric fault occurs in permanent magnet synchronous motor（PMSM）， the motor torque will produce pulsating oscillation. In the fault state， the stator current periodically distorts， which affects the q-axis current i_q. According to the PMSM motion equation and the torque equation， it can be seen that there is a direct relationship between the motor torque and the q-axis currenti_q， so the most direct and effective way to suppress the torque ripple oscillation is to suppress the q-axis current oscillation. In this paper， the method based on Iterative Learning Control（ILC） is used to compensate the q-axis reference currenti_qref， so as to achieve the effect of torque ripple suppression.

Keywords： Permanent Magnet Synchronous Motor（PMSM）; asymmetric fault; ILC; torque ripple suppression

引言

定子繞組故障是永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）常見的故障類型之一，當電機本身、連接線纜存在質量問題，或者出現絕緣破損時，導致PMSM處于三相定子電阻不對稱故障狀態下運行。發生此類故障時，電機轉矩產生脈動振蕩，嚴重時造成設備損壞，帶來人員傷亡[1-3]。針對上述故障，本文設計了一種基于迭代學習控制（Iterative Learning Control，ILC）的轉矩脈動抑制控制策略，通過仿真驗證，本控制策略有效抑制了轉矩脈動，從而降低了對設備和人員的損害。

1 基于ILC的轉矩脈動抑制設計

迭代學習控制是一種用來提高系統跟蹤能力的學習控制方法，適用于具備重復運行特性的控制系統[4][5]。基于ILC的PMSM轉矩脈動抑制矢量控制框圖如圖1所示。ILC與速度PI調節器并聯，以電機轉速偏差作為輸入量，對q軸參考電流進行補償。

基于ILC的轉矩脈動抑制設計主要包括構造迭代學習控制律和確定系統收斂條件。

1.1 構造迭代學習控制律

將電機角位置θm作為迭代周期，θm=m*2π，其中m=1，2，3…。本文設計了一種帶遺忘因子的PI型閉環迭代學習律，可以描述為：

1.2 確定系統收斂條件

迭代學習控制學習律必須滿足收斂條件，否者對電機運行造成更大影響。根據電機運動方程可以構造以下函數：

3 結束語

本文進行了三相不對稱故障狀態下的PMSM轉矩脈動抑制的研究，包括理論推導和系統仿真。通過Simulink仿真，采用ILC的抑制控制策略后，故障狀態下的轉矩系數有了明顯的降低，驗證了本文算法的有效性。

參考文獻：

[1]甘義震.帶遺忘因子的變增益迭代學習控制算法研究[D].鄭州大學，2018.

[2]王碩，康勁松，等.電動汽車用永磁同步電機轉矩脈動抑制方法綜述[J].電源學報，2016，14（5）：24-32.

[3]趙林峰，陳久閃，等.基于轉角的迭代學習控制策略下永磁同步電機EPS轉矩脈動抑制方法[J].中國機械工程，2017，28（24）.

[4]賀科寧，徐蕾.永磁同步電機轉矩脈動抑制的研究綜述[J].時代農機，2017.

[5]任武.永磁同步伺服電動機轉矩脈動抑制方法研究[D].華中科技大學，2016.