基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法及系统

本发明属于永磁伺服电机，具体涉及一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、永磁伺服电机具有效率高、体积小和调速范围广等优势，被广泛的应用在新能源汽车、医疗器械和石油开采等领域。永磁伺服电机在实际的应用中，振动、噪声水平已成为其品质评价体系中关键的因素；因此，永磁伺服电机的振动、噪声的研究与抑制对提高永磁伺服电机运行性能与输出能力具有重要的现实与应用意义。

3、永磁伺服电机通常由电压源型逆变器驱动，采用空间矢量脉宽调制技术。变频器作为一种电机控制设备，可实时控制电机的输出频率和电压，从而使电机的运行更加稳定。然而，空间矢量脉宽调制技术采用固定频率，使得逆变器在运行过程中会产生集中分布在载波频率及其倍数频率附近的高频的边带电压和电流谐波成分；边带电流引起的电枢反应磁场与永磁体产生的磁场相互作用，产生边带电磁力，引发高频振动和噪声，恶化永磁伺服电机的电磁振动和噪声表现。此外，当电机系统产生的边带电磁力波频率与电机定子模态固有频率相近或重合时，将会引发电机共振，大幅度增加电机系统的电磁振动和噪声。

4、目前，已有学者通过应用新型调制技术或对svpwm调制算法进行一定的优化来对pwm电流谐波引起电磁振动和噪声进行抑制，但目前尚没有变频器开关频率、电机结构参数、电磁参数和电磁振动关系的研究，无法预测永磁伺服电机在变频器驱动条件下的共振区间，进而对高频边带振动进行抑制。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提出了一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法及系统，综合考虑电机结构、电机调速范围、电磁参数和变频器开关频率，无需优化变频器的控制逻辑，只需依据永磁伺服电机结构参数和电机调速范围，设定合理的开关频率，合理地改变高频电磁力的频率，实现高频振动的有效抑制。

2、根据一些实施例，本发明的第一方案提供了一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法，采用如下技术方案：

3、一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法，包括：

4、获取永磁伺服电机的固有模态频率；

5、根据永磁伺服电机的转速计算永磁伺服电机的系统基频；

6、根据永磁伺服电机的极对数、系统基频以及变频器开关频率，计算永磁伺服电机的边带电磁力波频率；

7、判断所得到的边带电磁力波频率是否与固有模态频率重合，若不重合，则同步电动机继续运行，否则调整变频器开关频率，重新计算边带电磁力波频率，直到边带电磁力波频率与固有模态频率不重合，完成永磁伺服电机振动噪声的抑制。

8、作为进一步的技术限定，所述高频边带电流谐波产生的电磁力波的阶次和频率为：频率为υf1的电流谐波产生的径向磁密分量的阶次、频率为(p,υf1)，其与阶次、频率为(p,f1)的径向气隙磁密的基波分量相互作用，产生的电磁力波的阶次、频率为(0,(υ-1)f1)、(2p,(υ+1)f1)；其中，p表示永磁伺服电机的极对数；f1表示永磁伺服电机的系统基频，υ为电枢电流谐波气隙磁密的阶次。

9、进一步的，所述永磁伺服电机的边带电磁力波频率与固有模态频率的空间阶次和时间频率有关；所述永磁伺服电机边带电磁力波的频率至少包括第一边带电磁力波频率和第二边带电磁力波频率；其中，所述第一边带电磁力波频率为(0，fc±3f1)、(2p，fc±f1)、(2p，fc±5f1)；所述第二边带电磁力波频率为(0，2fc)、(0，2fc±6f1)、(2p，±2fc+2f1)、(2p，±2fc-4f1)、(2p，±2fc+8f1)；其中，fc表示变频器开关频率。

10、作为进一步的技术限定，搭建永磁伺服电机的三维模型，根据所搭建的三维模型进行永磁伺服电机定子铁芯的模态分析，得到永磁伺服电机的固有模态频率。

11、作为进一步的技术限定，所述永磁伺服电机的系统基频为所述永磁伺服电机的转速与极对数的乘积之后的六十分之一。

12、作为进一步的技术限定，所获取的永磁伺服电机的固有模态频率至少包括0阶固有模态频率和2p阶固有模态频率；其中，p为永磁伺服电机的极对数。

13、根据一些实施例，本发明的第二方案提供了一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制系统，采用如下技术方案：

14、一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制系统，包括：

15、获取模块，其被配置为获取永磁伺服电机的固有模态频率；

16、第一计算模块，其被配置为根据永磁伺服电机的转速计算永磁伺服电机的系统基频；

17、第二计算模块，其被配置为根据永磁伺服电机的极对数、系统基频以及变频器开关频率，计算永磁伺服电机的边带电磁力波频率；

18、噪声抑制模块，其被配置为判断所得到的边带电磁力波频率是否与固有模态频率重合，若不重合，则同步电动机继续运行，否则调整变频器开关频率，重新计算边带电磁力波频率，直到边带电磁力波频率与固有模态频率不重合，完成永磁伺服电机振动噪声的抑制。

19、根据一些实施例，本发明的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：

20、一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方案所述的基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法中的步骤。

21、根据一些实施例，本发明的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：

22、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方案所述的基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法中的步骤。

23、根据一些实施例，本发明的第五方案提供了一种计算机程序产品，采用如下技术方案：

24、一种计算机程序产品，包括软件代码，所述软件代码中的程序执行如本发明第一方案所述的基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法中的步骤。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

26、本发明利用边带电磁力波频率与系统基频和变频器开关频率的关系，通过对载波频率进行调整，改变了边带电磁力波的频率，避免了边带电磁力波的频率与相应阶次的固有频率重合，实现了电磁共振的抑制；不依赖于转子分段等电机的特殊结构设计，仅从变频器的控制方法入手，操作简单，且不增加硬件成本；在规避电磁共振时，综合考虑电机结构参数、变频器开关频率、电磁参数和电磁振动的关系，无需进行变频器的控制逻辑上的优化，只需依据电机结构参数和电机调速范围，设定合理的开关频率，合理地改变高频电磁力的频率，实现高频振动的有效抑制。

技术特征：

1.一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1中所述的一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法，其特征在于，所述高频边带电流谐波产生的电磁力波的阶次和频率为：频率为υf1的电流谐波产生的径向磁密分量的阶次、频率为(p,υf1)，其与阶次、频率为(p,f1)的径向气隙磁密的基波分量相互作用，产生的电磁力波的阶次、频率为(0,(υ-1)f1)、(2p,(υ+1)f1)；其中，p表示永磁伺服电机的极对数；f1表示永磁伺服电机的系统基频，υ为电枢电流谐波气隙磁密的阶次。

3.如权利要求2中所述的一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法，其特征在于，所述永磁伺服电机的边带电磁力波频率与固有模态频率的空间阶次和时间频率有关；所述永磁伺服电机边带电磁力波的频率至少包括第一边带电磁力波频率和第二边带电磁力波频率；其中，所述第一边带电磁力波频率为(0，fc±3f1)、(2p，fc±f1)、(2p，fc±5f1)；所述第二边带电磁力波频率为(0，2fc)、(0，2fc±6f1)、(2p，±2fc+2f1)、(2p，±2fc-4f1)、(2p，±2fc+8f1)；其中，fc表示变频器开关频率。

4.如权利要求1中所述的一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法，其特征在于，搭建永磁伺服电机的三维模型，根据所搭建的三维模型进行永磁伺服电机定子铁芯的模态分析，得到永磁伺服电机的固有模态频率。

5.如权利要求1中所述的一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法，其特征在于，所述永磁伺服电机的系统基频为所述永磁伺服电机的转速与极对数的乘积之后的六十分之一。

6.如权利要求1中所述的一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法，其特征在于，所获取的永磁伺服电机的固有模态频率至少包括0阶固有模态频率和2p阶固有模态频率；其中，p为永磁伺服电机的极对数。

7.一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制系统，其特征在于，包括：

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现了如权利要求1-6任一项所述的基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法的步骤。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现了如权利要求1-6任一项所述的基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法的步骤。

10.一种计算机程序产品，包括软件代码，其特征在于，所述软件代码中的程序执行如权利要求1-6任一项所述的基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法的步骤。

技术总结本发明属于永磁伺服电机技术领域，提供了一种基于变频器驱动的永磁伺服电机振动噪声抑制方法及系统，包括：获取永磁伺服电机的固有模态频率；根据永磁伺服电机的转速计算永磁伺服电机的系统基频；根据永磁伺服电机的极对数、系统基频以及变频器开关频率，计算永磁伺服电机的边带电磁力波频率；判断所得到的边带电磁力波频率是否与固有模态频率重合，若不重合，则同步电动机继续运行，否则调整变频器开关频率，重新计算边带电磁力波频率，直到边带电磁力波频率与固有模态频率不重合，完成永磁伺服电机振动噪声的抑制。技术研发人员：王道涵,燕荣晓,王秀和受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9