永磁同步电机PMSM 5 - 7次谐波注入降低转矩脉动实践

永磁同步电机PMSM电机5 -7次谐波注入降低转矩脉动（参考文献搭建） ①控制思路：以抑制电机电流中较大的 5、7 次谐波分量为目的，实时 提取谐波电流，注入谐波电压来补偿抵消电机运行时电机电流中的谐波，通过抑制 5、7 次谐波电流，从而抑制电机电磁转矩脉动和转速波动。 结果：经过谐波注入以及电压补偿后可以有效降低转矩脉动 注：主要是复现了廖勇这篇文章。 其中平均电流法是其改进，为了提高精度。 ②学习资料：PPT说明+复现的文献+simulink模型 两套模型：两套模型，复现思路都是一样的（只不过第一套是加入了平均电流算法改进）

最近在研究永磁同步电机（PMSM）转矩脉动相关问题，发现通过5 - 7次谐波注入能有效降低转矩脉动，今天就来分享下我的学习成果。这次主要是复现廖勇的相关文章，学习资料有PPT说明、复现的文献以及simulink模型，而且有两套模型，复现思路相同，其中一套加入了平均电流算法改进以提高精度。

一、控制思路解析

控制的核心目标是抑制电机电流中较大的5、7次谐波分量。具体怎么做呢？实时提取谐波电流，然后注入谐波电压来补偿抵消电机运行时电流中的谐波，通过抑制5、7、次谐波电流，进而抑制电机电磁转矩脉动和转速波动。

这里以MATLAB代码示例简单说明谐波提取的思路（实际应用会更复杂且结合电机参数）：

% 假设已经采集到电机电流信号i，这里模拟一个简单含谐波的电流信号 t = 0:0.0001:0.1; i = sin(2*pi*50*t) + 0.2*sin(2*pi*250*t) + 0.15*sin(2*pi*350*t); % 50Hz基波，250Hz（5次谐波），350Hz（7次谐波） % 利用傅里叶变换提取谐波 n = length(t); I = fft(i); f = (0:n - 1)*(1/(t(2)-t(1)))/n; % 频率轴 % 提取5次和7次谐波幅值与相位 harmonic_5_index = find(abs(f - 250) < 0.1); harmonic_7_index = find(abs(f - 350) < 0.1); harmonic_5_amp = abs(I(harmonic_5_index))/n*2; harmonic_5_phase = angle(I(harmonic_5_index)); harmonic_7_amp = abs(I(harmonic_7_index))/n*2; harmonic_7_phase = angle(I(harmonic_7_index));

上述代码简单模拟了从采集到的电流信号中，利用傅里叶变换提取5次和7次谐波的幅值与相位。实际在电机控制中，会基于电机的数学模型和特定的传感器数据采集来精准提取。

提取到谐波电流后，就需要注入谐波电压进行补偿。假设我们已经得到需要注入的谐波电压信号v_harmonic，以下是简单模拟将其与原电压信号v叠加的代码：

% 假设原电压信号v v = 220*sin(2*pi*50*t); v_total = v + v_harmonic;

二、平均电流法改进

平均电流法作为改进手段，主要是为了提高控制精度。在实际的电机控制系统中，电流的测量和控制精度对抑制谐波和转矩脉动至关重要。

简单来说，平均电流法会在一个特定的时间周期内对电流进行多次采样，然后计算这些采样值的平均值，以此作为反馈控制的依据。这样可以减少电流测量中的噪声和瞬时波动对控制的影响。

假设在一个采样周期T_s内进行N次采样，代码示例如下：

T_s = 0.001; % 采样周期 N = 10; % 采样次数 i_samples = zeros(1,N); for k = 1:N % 这里假设通过电流传感器采集到电流值i_sample i_sample = get_current_sample(); i_samples(k) = i_sample; end average_current = sum(i_samples)/N;

通过这样得到的平均电流值，在后续的谐波提取和电压补偿控制中，能够更准确地反映电机实际运行状态，从而更有效地抑制5 - 7次谐波，降低转矩脉动。

三、结果呈现

经过谐波注入以及电压补偿后，实际效果显著，能有效降低转矩脉动。从simulink模型仿真结果来看，未进行谐波注入时，转矩脉动较大，波形波动明显；而在注入谐波电压补偿后，转矩脉动明显减小，电机运行更加平稳。这与廖勇文章中的结论相符，成功复现了其研究成果。

总的来说，通过这次对永磁同步电机5 - 7次谐波注入降低转矩脉动的研究与实践，深入了解了谐波抑制的控制思路以及平均电流法改进的重要性，为进一步优化电机控制性能提供了有力的方法。后续还会继续探索更多电机控制相关的优化策略。