轉(zhuǎn)矩脈動抑制研究的國內(nèi)外文獻綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u22221轉(zhuǎn)矩脈動抑制研究的國內(nèi)外文獻綜述 1134631.1齒槽轉(zhuǎn)矩的抑制方法 1145991.2諧波轉(zhuǎn)矩的抑制方法 312670參考文獻 71.1齒槽轉(zhuǎn)矩的抑制方法斜槽法：定子斜槽法可以使齒槽轉(zhuǎn)矩減小，它是目前被廣泛應(yīng)用的方法之一。生效原理如下，由數(shù)學(xué)模型分析可得，當(dāng)定子齒槽向轉(zhuǎn)子磁極傾斜至氣隙磁密為常數(shù)時，便可以使齒槽轉(zhuǎn)矩消失，但這畢竟是理論分析，在現(xiàn)實應(yīng)用是還有著很多局限性，即便斜槽設(shè)計出了完美的理想的實物形狀因為還存在著頂端效應(yīng)，所以氣隙磁密就不一定為常數(shù)，這就導(dǎo)致齒槽轉(zhuǎn)矩仍會有存留，在使用材料制造電機上，也沒有理想的材料與工藝使電機的各種構(gòu)造完美契合預(yù)期，更不用說采用這種方法后會導(dǎo)致電機構(gòu)造變得復(fù)雜，更加加大了其制造的難度，從結(jié)果看，這種方法還會使電機的輸出受到影響，因此很多情況下我們需要尋找其他方法。改變槽口寬度：定子槽口開口的或大或小都會影響電機產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩，這是因為間隙寬度對磁導(dǎo)有不同的影響。直觀地說,通過減小槽的開口寬度,采用磁槽楔和封閉槽,可以降低槽磁導(dǎo)的頻率變化,改善齒輪間隙磁導(dǎo)諧波的頻譜,減小齒輪轉(zhuǎn)矩。磁槽楔是通過在定子槽口表面涂上一層磁槽泥,并用一定的磁性將其固定在定子槽楔上,可以減少對槽口的影響,使氣隙磁導(dǎo)的分布更加均勻,抑制齒槽轉(zhuǎn)矩。然而,由于材料的磁導(dǎo)率較差,齒槽轉(zhuǎn)矩的削減受到限制。定子開槽不開槽即閉槽的方法,切口材料與齒材料相同,導(dǎo)磁性好。因此,與磁槽楔相比,封閉槽楔的作用是抑制齒槽轉(zhuǎn)矩?；旧?為了消除齒槽轉(zhuǎn)矩,無槽定子結(jié)構(gòu)可用于某些特殊用途和特殊結(jié)構(gòu)的電機。然而,即使啟動開槽的寬度和閉合槽的減小,即使是采用磁性槽楔,電機定子的結(jié)構(gòu)也可能會復(fù)雜,特別是采用了閉合槽繞組,會給繞組帶來極大的不便。另外,槽漏防護和控制電路中時間常數(shù)的上升也可能直接影響到電機控制系統(tǒng)的運行動態(tài)性能。優(yōu)化齒槽比率法:齒槽比率的定義使定子槽寬比齒距，經(jīng)實驗表明齒槽比率的變化會影響齒槽轉(zhuǎn)矩的大小，目前經(jīng)研究表面，當(dāng)齒槽比率為0.5時，可以得到齒槽轉(zhuǎn)矩的最小值，所以在某些情況下0.5的齒槽比率可以對電機設(shè)計有指導(dǎo)意義。輔助槽法:顧名思義此方法會在定子上加設(shè)輔助槽，它的原理是通過輔助槽來增加齒槽轉(zhuǎn)矩的低次諧波，如此計算得出的齒槽轉(zhuǎn)矩總的幅值就會減小，一定程度上可以抑制電機生成的齒槽轉(zhuǎn)矩，但此方法出錯反而會導(dǎo)致齒槽轉(zhuǎn)矩加大，因為是在定子齒上添加輔助槽，考慮到安全性以及經(jīng)濟性，此法多用于各極各相槽數(shù)較少的永磁同步電機。斜極法:原理類似于斜槽法,可以較好地削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。但同樣的，斜極法也會讓電機結(jié)構(gòu)變得更復(fù)雜,所以生產(chǎn)中通常采用相對較簡易的斜槽法，只有當(dāng)使用斜槽法會使電機得制造變得極其繁瑣，困難，此時會采用斜極法來替代之。通常有兩種方法使極傾斜。整個磁極的傾斜度。磁極用于沿軸向和周向錯開。對于外部表面帶有磁極連續(xù)結(jié)構(gòu)的永磁驅(qū)動電機,可以選擇直接或者無限制地采用磁極連續(xù)扭轉(zhuǎn)的工藝,而對于內(nèi)部埋置式的結(jié)構(gòu)這種方法并不適合，這會導(dǎo)致電機構(gòu)造變得復(fù)雜，還會影響電機得性能，使目的本末顛倒。此外,這種方法不適用于槽少軸短的永磁電機。優(yōu)化極弧系數(shù)法:極弧系數(shù)可能會極大地影響永磁電機的齒槽轉(zhuǎn)矩,齒槽轉(zhuǎn)矩多項指標(biāo)可能會因極弧系數(shù)的更換而發(fā)生改變。以一臺永磁同步電機為例,有一個極弧系數(shù)的取值是理想的,當(dāng)這個值變動時,會影響齒槽轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致其加大。所以極弧系數(shù)的確定受多方因素的制約牽一發(fā)而動全身。采用磁極圓周偏移分析法:一般來說,磁極的圓周形狀相同,在一個磁極圓周上的偏移分布均勻,而兩個磁極上的偏移則同樣意味著兩個磁極的形狀分布不均勻。隨著驅(qū)動齒槽轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動磁極磁場位置繼續(xù)移動,作用于驅(qū)動齒槽轉(zhuǎn)矩的電極磁場和諧振率波幅的比值發(fā)生變化,齒槽轉(zhuǎn)矩隨之減小。對于大型多極永磁直流電機,磁極間隙位移后的磁極間隙磁導(dǎo)不發(fā)生變化,磁場能量分布不均勻,通過對稱分量和非對稱分量的組合影響齒槽轉(zhuǎn)矩。結(jié)果表明,當(dāng)磁極槽數(shù)不是整數(shù)時,磁極偏移會引入新的齒槽轉(zhuǎn)矩諧波。除了永磁體對稱性減小時存在的齒槽轉(zhuǎn)矩諧波外,新的諧波也要考慮削減。不同極弧系數(shù)優(yōu)化組合法：永磁電機各磁極的極弧系數(shù)一般相等。經(jīng)研究表面，某種極弧系數(shù)的組合可以使齒槽轉(zhuǎn)矩減小，仿真結(jié)果表明齒槽轉(zhuǎn)矩被該方法有效抑制。1.2諧波轉(zhuǎn)矩的抑制方法空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)：空間電壓調(diào)制技術(shù)的理論基礎(chǔ)是均值等效原理,即在一個開關(guān)周期內(nèi),通過組合基本電壓矢量,使基本輸出電壓作為向量的一個平均值必須大于一個具有給定基本電壓值的向量。利用一個逆變器不同的實際開關(guān)圓在工作時的狀態(tài)下它所產(chǎn)生的一個實際磁通圓的信號就可來直接逼近一個理想的磁通圓,通過二者的互相對應(yīng)比較后就可以直接確定一個逆變器的一個實際開關(guān)圓在工作時的狀態(tài),從而根據(jù)構(gòu)造設(shè)計出基于pwm(開關(guān)脈寬調(diào)制)的開關(guān)波形。這種控制方法就是可以直接使用所有的向量空間和所有電壓作為向量,理論上使用空間和電壓向量的空間個數(shù)都可以是無窮大的,但是使用向量的空間個數(shù)就變得越多,向量的個數(shù)表越細分,控制的系統(tǒng)方法就越有可能也變得會越復(fù)雜,控制的系統(tǒng)性能就容易得以起不到很好的質(zhì)量保證。諧波消去法：正是由于無刷DC電機定子電流和轉(zhuǎn)子磁場的非正弦性,它們相互作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩包含諧波轉(zhuǎn)矩,從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動。由于電磁轉(zhuǎn)矩脈動是由相電流和反電動勢的相互作用引起的,可以考慮通過控制電流的諧波分量來消除轉(zhuǎn)矩脈動。不同的次電流諧波和反電勢諧波的組合會產(chǎn)生相同角頻率的諧波轉(zhuǎn)矩分量,其中角頻率為6的諧波轉(zhuǎn)矩分量所占比例最大,也是預(yù)期受到抑制的旋轉(zhuǎn)矩分量。為了有效地抵消或減少抑制諧波轉(zhuǎn)矩的分量,可以考慮采用將特殊形式的諧波電流補償器連接到恒流源的一個通路中來給發(fā)電機提供供電的一種方法,這樣就可以大大降低轉(zhuǎn)矩的脈動,諧波轉(zhuǎn)矩分量的相位差大小應(yīng)當(dāng)?shù)扔谝粋€角頻率6,轉(zhuǎn)矩的相位差大約為180°。在文獻中,對無刷DC電機的轉(zhuǎn)矩特性進行了深入研究,分析了諧波引起的轉(zhuǎn)矩脈動。在無刷DC電機中,在理想條件下,同階磁通諧波和電流諧波(除了3x諧波)之間的相互作用產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩,而不同諧波之間沒有轉(zhuǎn)矩。但在實際中,由于電機的電感限制了電流的變化率,所以輸入定子繞組中的電流不能是矩形波,通常是梯形波。此外,磁通波形的水平波頂將小于理想的120°,導(dǎo)致磁通諧波和電流諧波的不同階之間的脈動轉(zhuǎn)矩。隨著伺服系統(tǒng)對響應(yīng)性能的要求越來越高,產(chǎn)生上述最優(yōu)諧波電流越來越困難,限制了諧波消除方法的應(yīng)用。死區(qū)補償法：①由于采用了微軟件前饋補償?shù)倪@種方法通常主要來說是基于短路電壓抖動誤差補償信號和短路電流抖動極性而進行設(shè)計的,該補償因其死區(qū)抖動效應(yīng),通常被廣泛設(shè)計出來成為一種前饋補償模型。軟件設(shè)置補償電路方法其實就是只要你需要通過軟件設(shè)計一個相關(guān)死區(qū)硬件補償電路算法并將其直接執(zhí)行寫入軟件到逆變電機自動控制管理系統(tǒng),無需額外重新添加一個軟件相應(yīng)的相關(guān)硬件補償電路就已經(jīng)能完全省略了對逆變變壓器前端輸出的交流電壓脈寬自動檢測。②在這種采用三相硬件檢測補償器的方法中,在三相逆變橋臂上分別添加了實際檢測輸入輸出電壓的寬度檢測補償電路,來幫助確定三相逆變器實際輸出的vpwm輸入脈沖波的寬度。通過與兩個逆變器的實際理想輸出參考輸入脈寬調(diào)制(pwm)脈寬的補償方法誤差進行數(shù)值比較,得到它們之間的相位時間誤差,從而實現(xiàn)可以精確補償一個逆變器的實際進入輸出參考脈寬,實現(xiàn)理想脈寬。在實際技術(shù)應(yīng)用中,由于電流采樣的單相電壓控制脈沖與采樣理想電壓脈沖之間的兩個控制脈沖周期之間往往存在著較大的時間延時,特別是在非單相電流的正、負兩個極性需要轉(zhuǎn)換的復(fù)雜情況下,容易發(fā)生誤差補償。轉(zhuǎn)矩反饋法：轉(zhuǎn)矩反饋法的基本原理是從位置和電流信號中提取轉(zhuǎn)矩反饋信號，通過轉(zhuǎn)矩控制器反饋給無刷直流電機主電路，實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制，消除轉(zhuǎn)矩脈沖。它還可以控制電機的瞬時轉(zhuǎn)矩，抑制磁通畸變和干擾引起的轉(zhuǎn)矩脈動。轉(zhuǎn)矩反饋方法的關(guān)鍵是如何獲得由轉(zhuǎn)矩觀測器產(chǎn)生的精確的轉(zhuǎn)矩反饋信號。根據(jù)測量得出的永磁無刷直流電機氣隙磁通、電樞電流和轉(zhuǎn)子位置，進行邏輯判斷和計算。但轉(zhuǎn)矩反饋法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電機參數(shù)需要事先確定，算法復(fù)雜，難以實現(xiàn)。利用轉(zhuǎn)矩觀測器可以實現(xiàn)低速時的轉(zhuǎn)矩脈動，但還是會被諧波轉(zhuǎn)矩系數(shù)所限制。直流側(cè)電流反饋控制：電流反饋信號從交流側(cè)移除。此時,根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置確定要控制的相電流,并遵循所提供的電流。控制可以用逆變器控制一個開關(guān)的運行狀態(tài)。這個基本原則就是,在進行方向轉(zhuǎn)換的過程中,如果不斷地使用非轉(zhuǎn)換的電流不能夠達到一個給定的值,那么pwm控制也就不會起作用了。當(dāng)非啟動開關(guān)元件的電流大于超過設(shè)定值時,pwm控制元件就開始起作用,關(guān)斷所有啟動開關(guān)元件,降低設(shè)定值,再次打開啟動閉合元件,使值上升并來回移動,以在反向連接完成之前調(diào)節(jié)非反向相電流。為了避免反電勢的影響,提出了一種補償電機中性電壓與逆變器中性電壓之差的方法。在實際應(yīng)用中,為了能夠更好地追蹤一個被切換的兩相電流來傳遞到一個參考電流,在對電流進行控制的回路中增設(shè)了一個預(yù)測回路,根據(jù)兩相電機的位置信號提供一個預(yù)測回路來給出兩相切換所必要的參考電流波形,從而獲取得到一個更平滑的轉(zhuǎn)矩波形,抑制轉(zhuǎn)矩的脈動。交流側(cè)電流反饋控制：電流反饋信號從交流側(cè)移除。此時,根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置確定要控制的相電流,并遵循所提供的電流。控制可以用逆變器控制一個開關(guān)的運行狀態(tài)。這個基本原則就是,在進行方向轉(zhuǎn)換的過程中,如果不斷地使用非轉(zhuǎn)換的電流不能夠達到一個給定的值,那么pwm控制也就不會起作用了。當(dāng)非啟動開關(guān)元件的電流大于超過設(shè)定值時,pwm控制元件就開始起作用,關(guān)斷所有啟動開關(guān)元件,降低設(shè)定值,再次打開啟動閉合元件,使值上升并來回移動,以在反向連接完成之前調(diào)節(jié)非反向相電流。為了避免反電勢的影響,提出了一種補償電機中性電壓與逆變器中性電壓之差的方法。在實際應(yīng)用中,為了能夠更好地追蹤一個被切換的兩相電流來傳遞到一個參考電流,在對電流進行控制的回路中增設(shè)了一個預(yù)測回路,根據(jù)兩相電機的位置信號提供一個預(yù)測回路來給出兩相切換所必要的參考電流波形,從而獲取得到一個更平滑的轉(zhuǎn)矩波形,抑制轉(zhuǎn)矩的脈動。滯環(huán)電流控制法：在電流環(huán)路中,遲滯調(diào)節(jié)器(HCR)和遲滯電流調(diào)節(jié)器(HCR)用于比較參考電流和實際電流,并在定相期間提供合適的觸發(fā)信號。確定實際電流幅度和滯后寬度:HCR控制信號輸出。如果實際電流小于磁滯回線寬度的下限,則IGBT器件開啟。當(dāng)電流增加到遲滯寬度極限時,IGBT器件關(guān)閉并降低電流。實際電流可以是相電流或逆變器的輸入電流。磁滯電流法具有應(yīng)用簡單、速度快、流量有限的優(yōu)點。滯環(huán)式電流控制技術(shù)的方法大致可以劃分為三種:上相電流控制的hcr、非轉(zhuǎn)化式電流控制的hcr及三相電流獨立式hcr。HCR的立法控制。通過對三種方法的影響比較了傳動轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)矩的影響,證明后兩種情況下傳動轉(zhuǎn)矩的特性相同,且反向轉(zhuǎn)矩脈動抑制效果優(yōu)于前一種,適用于低速工況。還有一種采用磁滯電流的控制。速度回路和電流回路主要用于雙閉環(huán)控制。速度環(huán)有一個自適應(yīng)控制器。按照發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速,給出基準(zhǔn)電流幅值。電流回路為用戶提供了一個理想的參考電流,以確保兩個電流上升和下降梯度相同,從而消除了互變脈動。根據(jù)自適應(yīng)控制器的特點,磁滯環(huán)電流法不但在低速時有效地減小開關(guān)的轉(zhuǎn)矩和脈動,而且在高速時還取得了令人滿意的實驗效果。重疊換向法：電流反饋法和磁滯電流法可以解決低速開關(guān)的轉(zhuǎn)矩脈動問題,但在高速時效果不佳。在高速下,抑制開關(guān)轉(zhuǎn)矩脈動的有效方法可以延長小的時間間隔,而不是在開關(guān)過程中立即斷開電源開關(guān)設(shè)備,這是開關(guān)元件在早期階段不被打開的基本原理。在以往的重疊變換方式中,需要我們提前設(shè)置一個重疊的時間,但很難確定合適的重疊時間,且轉(zhuǎn)矩脈動幅值也不能達到最小。因此,在繼承了傳統(tǒng)的重疊變換方法理論的研究基礎(chǔ)上,引入恒頻采樣電流調(diào)節(jié)技術(shù),形成PWM控制重疊變換方法?；驹硎歉鶕?jù)預(yù)設(shè)的PWM開關(guān)狀態(tài),以一定的采樣頻率調(diào)節(jié)電流來維持(比如三相繞組兩相導(dǎo)通的A相和B相的交換)。與交流側(cè)的電流反饋控制方法相同,控制對應(yīng)于PWM信號的逆變器的導(dǎo)通狀態(tài)。只要脈寬調(diào)制開關(guān)頻率足夠高,轉(zhuǎn)換過程可以限制在一個小范圍內(nèi),對應(yīng)整流旋轉(zhuǎn)矩紋波能夠得到緩解。在采用脈寬調(diào)制控制的重疊時間變換方式中,重疊的時間不僅僅是需要事前預(yù)先設(shè)置的確定,而是從當(dāng)前調(diào)整到現(xiàn)場的全部時間自動調(diào)整。重疊部分區(qū)域是逆變器輸入電壓 U和定子驅(qū)動電機的參數(shù)。實驗結(jié)果顯示,采用不同轉(zhuǎn)速范圍的電流來控制非轉(zhuǎn)換電流,脈動小,轉(zhuǎn)換性能高。PWM斬波法：脈寬調(diào)制斬波方法類似于交流側(cè)電流反饋控制方法。也就是說,開關(guān)元件以一定頻率進行接通或斷開。在控制開關(guān)運行過程中,通過控制驅(qū)動器繞組末端的電壓來調(diào)節(jié)總電流幅值的改變,使各個方向的驅(qū)動器電流以同樣的速度增加上升和減少轉(zhuǎn)矩脈動,抑制轉(zhuǎn)矩的脈動，實驗結(jié)果表明,與重疊變換法相比,該方法的轉(zhuǎn)矩脈動更小,適用于高精度應(yīng)用。參考文獻[1]汪旭東,許孝卓,封海潮等.永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩綜合抑制方法研究現(xiàn)狀及展望[J].微電機,2009,42(12):64-70.[2]楊玉波,王秀和,丁婷婷等.極弧系數(shù)組合優(yōu)化的永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法[J].中國電機工程學(xué)報,2007,27(6):7-11.[3]陳飛龍,鐘成堡,謝芳等.基于斜槽口的永磁同步電機齒槽轉(zhuǎn)矩削弱研究[J].日用電器,2020(9):44-47.[4]夏鯤,徐鑫悅,丁曉波等.永磁無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法研究綜述[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2014,26(7):1417-1423.[5]徐媛媛,葛紅娟,荊巖.永磁同步電機偏心磁極優(yōu)化設(shè)計[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報,2013,34(7):873-877.[6]張榮建.基于諧波電流注入法的永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制策略[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2014.[7]吳茂剛,趙榮祥.矢量控制永磁同步電動機的轉(zhuǎn)矩脈動分析[J].電工技術(shù)學(xué)報,2007,22(2):9-14.[8]魏俊天,康勁松,崔宇航.永磁同步電機轉(zhuǎn)矩波動分析及其抑制[J].機電一體化,2014(12):15-19.[9]紀(jì)志成,姜建國,沈艷霞等.永磁無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩脈動及其抑制方法[J].微特電機,2003,31(5):33-37.[10]韓東利.永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法的研究[D].揚州大學(xué),2017.[11]黃聲華,吳芳.永磁交流伺服系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展概況[J].微特電機,2008,36(5):52-56.[12]孟繁思,徐建英,李傳宇.永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制無位置傳感器重復(fù)控制系統(tǒng)[J].微特電機,2015,43(3):38-41.[13]勞永春.永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制策略研究[D],2018.[14]Touzhu,Li,G.Reductionofcoggingtorqueinpermanentmagnetmotors[J].MicrobiolImmunol,1988,24(6):2901-2903.[15]Navardi,,Mohammad-Javad.Fluxandtorquerippleminimisationforpermanentmagnetsynchronousmotorbyfinite-sethybriddirecttorquecontrol[J].IETPowerElectronics,2020,13(12):2547-2554.[16]Qiongwen,Liang,Fan.TorqueRippleSuppressionofPermanentMagnetSynchronousMotorBasedOnRobustCurrentInjection[J].IOPconferenceseries.Materialsscienceandengin