Review of High-frequency PWM Acoustic Noise Suppression Methods for PMSMs

Permanent magnet synchronous motors(PMSMs)driven by voltage source inverters(VSIs)with pulse width modulation(PWM)are widely used.Given the impact of acoustic noise on the environment and human ears,the comfort level of the high-frequency vibration noise emitted by PMSMs has become an important factor.This study introduces the current mainstream high-frequency vibration noise suppression strategies for PMSMs by reducing the high-frequency current harmonics of stator windings,including spread spectrum technology,vector position exchange technology,and interleaved parallel technology.Furthermore,this study analyzed and compared the advantages and disadvantages of various suppression strategies.

Control Design for Harmonic Disturbance Rejection for Robot Manipulators with Bounded Inputs

Currently most of control methods are of one degree of freedom（1-DOF） control structure for the robot systems which are affected by unmeasurable harmonic disturbances,at the same time in order to obtain perfect disturbance attenuation level,the controller gain must be increased.In practice,however,for robotic actuators,there are physical constraints that limit the amplitude of the available torques.This paper considers the problem of tracking control under input constraints for robot manipulators which are affected by unmeasurable harmonic disturbances.A new control scheme is proposed for the problem,which is composed of a parameter-dependent nonlinear observer and a tracking controller.The parameter-dependent nonlinear observer,designed based on the internal model principle,can achieve an estimation and compensation of a class of harmonic disturbances with unknown frequencies.The tracking controller,designed via adaptive control techniques,can make the systems asymptotically track the desired trajectories.In the control design,the continuous piecewise differentiable increasing function is used to limit control input amplitude,such that the control input saturation is avoided.The Lyapunov stability of closed loop systems is analyzed.To validate proposed control scheme,simulation results are provided for a two link horizontal robot manipulator.The simulation results show that the proposed control scheme ensures asymptotic tracking in presence of an uncertain external disturbance acting on the system.An important feature of the methodology consists of the fact that the designed controller is of 2-DOF control structure,namely,it has the ability to overcome the conflict between controller gain and robustness against external disturbances in the traditional 1 -DOF control structure framework.

High-gain adaptive regulator for a string equation with uncertain harmonic disturbance under boundary output feedback control

This paper considers the boundary stabilization and parameter estimation of a one-dimensional wave equation in the case when one end is fixed and control and harmonic disturbance with uncertain amplitude are input at another end. A high-gain adaptive regulator is designed in terms of measured collocated end velocity. The existence and uniqueness of the classical solution of the closed-loop system is proven. It is shown that the state of the system approaches the standstill as time goes to infinity and meanwhile , the estimated parameter converges to the unknown parameter.

基于自抗扰的永磁同步电机附加谐波损耗抑制方法

针对永磁同步电机在变频器供电时,由时间电流谐波所引起的附加谐波损耗过大及难以在电机初始设计时被考虑到的问题,采用场路耦合联合仿真模型来计算电机的附加谐波损耗,并以4台现有的表贴式永磁同步电机为例,通过实验验证了场路耦合联合仿真模型的有效性,为电机设计之初附加谐波损耗的选取,以及后续温升的计算提供了前期计算的方法。同时提出一种基于自抗扰技术的附加谐波损耗抑制方法,设计一种适用于永磁同步电机矢量控制的自抗扰控制器,并从理论上验证了自抗扰控制器对于时间电流谐波的抑制作用,以及针对自抗扰控制器参数众多调参困难的问题,给出一种参数整定方案。最后通过引入所设计的自抗扰控制器,对电机的时间电流谐波进行计算和分析,使电机的附加谐波损耗降低了68.1%,为同类型电机的附加谐波损耗抑制提供了一种有效的方法。

基于LADRC和准PR控制的风电并网逆变器控制策略

为了稳定风电并网逆变器直流母线电压的波动,提高其动态响应速度并减少并网电流中的谐波含量,本文提出了LADRC+准PR双环控制策略.首先根据两电平风电并网逆变器的拓扑结构建立其数学模型;然后,根据数学模型设计电压外环二阶LADRC控制器和电流内环准PR控制器代替传统的PI控制器,同时对两种控制器的参数进行了设计并整定;最后,在Matlab软件中构建仿真模型,进行了仿真分析和波形对比.结果表明:相较于传统的双闭环PI控制策略,新型控制策略不仅能够快速地稳定直流母线电压,而且交流侧电流的总谐波失真小;并且在电网电压发生扰动的工况下,仍有较好的控制性能.综上所述,基于LADRC和准PR控制的风电并网逆变器控制策略具有较好的抗扰性和优越的鲁棒性.

基于开关电容的差分无源N通道滤波器

针对传统N通道滤波器不能抑制谐波、谐波混叠且具有一定插入损耗的问题,本文设计一款基于开关电容的差分无源N通道滤波器。该滤波器使用不同容值的电容加权多相信号来消除奇次谐波,利用不同时钟信号叠加的原理抑制谐波混叠,同时,采用电容堆叠技术提供一定的增益减小插入损耗。滤波器采用TSMC 40 nm CMOS工艺,Cadence Spectre RF软件仿真结果表明:该滤波器的中心频率fs可调范围为0.3~1.5 GHz,当fs=500 MHz时,对3次和5次谐波均有48 dB以上的抑制效果,对最强谐波混叠抑制达到60 dB以上,且没有插入损耗,噪声系数(NF)为2.5~2.8 dB,线性度(IIP3)在15 dBm以上。

基于线性自抗扰的无刷双馈电机功率解耦控制策略研究

针对抽水蓄能机组工作环境复杂、温度等扰动较为突出、传统矢量控制对于无刷双馈电机控制精度不足的问题,研究了一种基于线性自抗扰控制的无刷双馈电机功率解耦控制策略,用来降低电机扰动并提高控制精度,提升其运行特性,进而提高其在抽水蓄能系统中的能量转换效率。建立了无刷双馈电机统一坐标系下两相旋转坐标系的数学模型,采用功率绕组定向的方法确定坐标系,推导了功率绕组定向下的电流关系并据此使用控制绕组控制功率绕组的有功和无功,从而实现了功率解耦控制。为提高控制性能,重写转速环和电流环,分析扰动,列写状态方程,设计扩张状态观测器,采用自抗扰技术提升了电机控制性能。进行谐波分析,基于控制绕组电流在同步坐标系下主要谐波为6次谐波的结论,采用重复控制器进行特定频次谐波的抑制。通过Simulink仿真,观察动态响应和d轴绕组电流傅里叶分析,并在电网电压阶跃变化和系统存在白噪声两种状态下与传统PI控制的效果进行对比,验证了所提自抗扰功率解耦控制方法及谐波抑制方法的有效性。

基于比例谐振自抗扰控制的电机谐波抑制与噪声优化

针对驱动电机逆变器非线性、反电动势波形非正弦等因素所引入的大量低频谐波,提出了一种比例谐振自抗扰控制策略,该方法可以更为全面地抑制电流谐波,同时引入谐振调节可以对特定频率谐波进行更好地抑制。首先,建立了电机系统数学模型,基于麦克斯韦张量法,推导了电磁力的解析式,分析得出5、7次谐波会对电机的转矩脉动与电磁噪声性能产生恶化;其次,建立了Simulink&Jmag多物理场协同仿真模型,对谐波抑制前后的转矩脉动与电磁噪声进行仿真分析,验证了理论解析的正确性。最后,搭建实验平台对施加策略前后采集的电流与电磁噪声结果进行分析。结果表明,所构建的控制策略对低频主要阶次的谐波成分有较好的抑制效果,优化了电机的低频噪声特性。

一种用于射频前端的谐波整形低功耗N通道滤波器

针对传统射频前端N通道滤波器功耗高,不能根据应用要求选择通过或抑制信号的高次谐波等问题,设计了一款谐波整形低功耗N通道滤波器。该滤波器通过添加具有适当权重的额外路径,可实现谐波抑制和整形的功能。同时,将本振Local Oscillator(LO)信号的n次谐波信号作为时钟信号,降低LO信号频率,时钟信号发生器的动态功耗降低到原来的1/n。SMIC 180 nm CMOS工艺的后仿真结果表明,10通道带通滤波器的中心频率在0.1~6.0 GHz可调,增益为0~5 dB,噪声系数小于4.6 dB,功耗为3.5~6.0 mW,输入三阶交调点(Input 3rd-order Intermodulation Point,IIP3)大于10 dBm,3次和5次谐波抑制分别大于65、90 dB,表明该滤波器具有谐波抑制和谐波整形的功能,且具有较低的功耗。

Investigation of Eccentric PM on High-frequency Vibration in FSCW PM Machine Considering Force Modulation Effect

This study investigates the negative influence of an eccentric permanent-magnet(PM)design on high-frequency electromagnetic vibration in fractional-slot concentrated-winding(FSCW)PM machines.First,an analytical expression for the sideband current harmonics was derived using the double Fourier series expansion method.Then,the characteristics of the flux-density harmonics are studied from the perspective of the space-time distribution and initial phase relationship.The influence of the eccentric PM design on high-frequency electromagnetic and concentrated forces was studied based on the electromagnetic force modulation effect.Consequently,an eccentric PM design is not conducive to reducing the 2pth-order high-frequency electromagnetic forces.Finally,two FSCW PM machines with conventional and eccentric PM designs are manufactured and tested to verify the theoretical analysis.The results show that the eccentric PM design worsens high-frequency vibrations.

Current Loop Disturbance Suppression for Dual Three Phase Permanent Magnet Synchronous Generators Based on Modified Linear Active Disturbance Rejection Control

A modified four-dimensional linear active disturbance rejection control(LADRC)strategy is proposed for a dual three-phase permanent magnet synchronous generator(DTP-PMSG)system to reduce cross-coupling between the d and q axis currents in the d-q subspace and harmonic currents in the x-y subspace.In the d-q subspace,the proposed strategy uses a model-based LADRC to enhance the decoupling effect between the d and q axes and the disturbance rejection ability against parameter variation.In the x-y subspace,the 5th and 7th harmonic current suppression abilities are improved by using quasi-resonant units parallel to the extended state observer of the traditional LADRC.The proposed modified LADRC strategy improved both the steady-state performance and dynamic response of the DTP-PMSG system.The experimental results demonstrate that the proposed strategy is both feasible and effective.

抽水蓄能电站静止变频起动谐波特性分析及抑制策略

由于静止变频器(SFC)开断过程具有非线性的特征,抽水蓄能电站SFC起动时会产生大量的谐波,影响电站系统内外及大电网的电能质量。提出一种基于线性自抗扰控制(LADRC)的SFC起动控制策略,以抑制SFC网侧电流的非特征谐波,再结合无源滤波器治理SFC网侧电流的特征谐波,使得SFC起动过程网侧电流谐波畸变率符合国标。基于某抽水蓄能电站的实际参数建立了传统SFC起动和基于LADRC的SFC起动的Matlab/Simulink仿真模型,结合现场测试结果,验证了所提控制策略的可行性以及对非特征谐波电流抑制的有效性。

基于LADRC和准PR的三相LCL型光伏并网逆变器谐波谐振抑制策略

针对三相LCL型光伏并网逆变器由自身高频段谐振尖峰引起的谐波谐振现象,设计一种基于三阶线性状态观测器的二阶线性自抗扰控制(LADRC)和准PR控制相结合的电流双闭环控制策略,较好地削弱了高频段的谐振尖峰,抑制了光伏系统的谐波谐振现象。通过设计李雅普诺夫函数证明了闭环系统最终会稳定收敛;利用仿真对不同工况下的控制策略深入对比分析,结果表明此双环控制策略具有优越的鲁棒性和实际应用价值。

EMA摩擦前馈补偿的模糊自抗扰控制方法研究

针对谐波减速器伺服传动系统中摩擦对位置跟踪精度的影响,提出非线性摩擦建模及前馈补偿的方法,并结合模糊自抗扰控制器提高系统的控制精度。首先,给出机电执行器中永磁同步电机的数学模型,构建了谐波减速器的动力学模型,推导了摩擦力矩和转矩电流的关系。通过小波+卡尔曼联合滤波的方式获取了不同转速下对应的转矩电流,采用3次高斯拟合的方式得到了转速与转矩电流的函数关系。然后,根据自抗扰控制与模糊控制原理制定模糊规则,设计了模糊自抗扰控制器;根据拟合的数学函数在模糊自抗扰控制器中加入前馈补偿,抑制谐波减速器中非线性摩擦,提高系统控制精度。最后,通过实验与PI控制方式进行比较,实验结果表明,使用摩擦前馈补偿的模糊自抗扰控制方法较PI控制方法,在空载状态、负载状态下位置跟踪误差的均方根值减少了约180、176。

脉冲负载下PWM整流器自适应线性自抗扰控制

对于复杂多工况切换的脉冲负载问题,传统不控或PID全控整流变换系统均无法解决输出电压响应和交流侧电流谐波间的技术指标矛盾,为此提出一种根据工况变化自适应调节的控制方法。首先分析脉冲负载多工况切换条件下电压稳定速度和三相电流谐波与控制器参数的关系,得到两技术指标间矛盾机理。基于三相PWM整流器的数学模型构建线性自抗扰控制器,确定其基本参数。根据LADRC等效截止频率和交流侧电流谐波与控制器参数的关系,设计等效带宽参数的4自由度更新算法,根据工况变化实现自适应参数调节。仿真和实验结果表明,提出的自适应线性自抗扰控制器能够提高脉冲负载整流器在负载工况切换时的电压动态响应速度,同时降低稳定工况下的交流侧三相电流谐波,实现两指标间的自适应协调。

基于改进重复自抗扰控制的永磁同步电机谐波抑制

针对传统永磁同步电机电流环自抗扰控制器(ADRC)无法有效地抑制由逆变器非线性等因素引起的谐波扰动的问题,提出了一种改进的重复自抗扰控制器(RC-ADRC),增强了传统自抗扰控制器的谐波扰动抑制能力。该方法利用重复控制器(RC)在谐振频率处的高增益特性对传统自抗扰控制器的控制律进行改进,从而抑制谐波扰动。通过搭建电机对拖实验平台,对所提方法进行了实验验证。实验结果表明,RC-ADRC可以有效抑制由逆变器非线性引起的d-q轴6次电流谐波,同时保留了传统自抗扰控制器的参数鲁棒性和动态性能。

永磁同步电机准谐振自抗扰电流谐波抑制

为了抑制永磁同步电机电流谐波并提高系统鲁棒性,提出一种新型准谐振自抗扰控制(quasi-resonant active disturbance rejection control,QRADRC)方法。该方法改进传统扩张状态观测器(extended state observer,ESO)结构,在其扰动估计回路中增加并联准谐振环节,由此构建的新型准谐振扩张状态观测器(quasi-resonant extended state observer,QRESO)作用于线性自抗扰电流环。新型QRESO中的基本ESO用以估计直流扰动,引入的准谐振环节用以估计交流扰动,从而使新型QRADRC既可有效抑制电机参数摄动带来的直流扰动,又能够极大提高电流谐波交流扰动的抑制能力。该文对该型QRADRC的谐波抑制能力和抗干扰能力进行理论分析、仿真和实验验证。结果表明,与传统的比例积分(proportional integration,PI)、比例积分谐振(proportional integration resonance,PIR)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)3种方法相比,新型QRADRC方法显著降低了相电流5、7次谐波和转矩电流6次谐波,并且具有面向时变电机参数更强的鲁棒性。

独立运行双馈直流发电系统的转矩脉动和电流谐波抑制

本文针对独立运行的双馈直流发电系统,提出一种改进的自抗扰控制方法。针对超螺旋观测器无法跟踪高频信号的不足,设计了改进超螺旋观测器来观测转子电流导数中的基频和6倍频交流分量,设计基于改进超螺旋观测器的自抗扰转子电流控制器,抑制由不可控整流器引起的6倍频转矩脉动,同时降低了定子电流中的-5次和7次谐波分量。将基于超螺旋观测器的自抗扰控制器用于直流电压控制环,改善了直流电压调节过程的动态性能,提高了在负载变化条件下直流电压环的鲁棒性。以功率为6 kW的双馈直流发电系统为对象进行了仿真和实验,验证了该方法对转矩脉动与电流谐波的抑制能力,以及直流电压控制的有效性。

基于全数字仿真的车网高频谐振分析与抑制技术研究

文章基于Matlab-Simulink仿真平台,结合交流牵引供电网链式模型和高速动车组牵引系统模型,搭建全数字车网综合仿真模型。通过模型中预留的可调节牵引供电网、动车组控制参数接口和可变运行工况等功能,复现实车运行中出现的高频车网谐振现象,并研究牵引供电网参数、牵引控制器参数和动车组数量对车网高频谐振的影响。在此基础上,提出改变牵引系统四象限整流器控制参数以抑制车网高频谐振的优化方案,并通过全数字仿真和正线运行测试,验证该方案的可行性和有效性。

基于自适应遗传算法的无源电力滤波器综合优化方法

无源电力滤波器经济而高效,是电网谐波治理的重要设备。现有设计方法普遍针对部分经济技术指标,依据工程经验或简化模型近似求解,故优化程度较低。该文综合考虑谐波抑制、无功补偿和初期投资等设计目标,提出一种基于改进遗传算法和PSpice仿真的优化设计新方法。实验结果表明,凭借高效实用的元件标称值编解码方案,权值动态调整多目标评估方法,以及兼顾种群多样性和遗传进程的遗传参数调整策略,该方法可获得综合优化的实用性设计结果。