永磁同步電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因具有高功率密度、高效率、高可靠性等特點(diǎn)，在電力傳動(dòng)、電動(dòng)汽車、數(shù)控機(jī)床以及航空航天等各種功率場(chǎng)合得到了廣泛的研究與應(yīng)用。但由于逆變器開關(guān)斬波和非線性及電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)波形非正弦等因素會(huì)產(chǎn)生諧波電流，從而導(dǎo)致電機(jī)損耗增加和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使系統(tǒng)的控制性能變差。

PMSM電流諧波分為5、7、11、13次等低次諧波和開關(guān)頻率及其倍數(shù)次的高次諧波。對(duì)于PWM斬波導(dǎo)致的高次電流諧波，通常采用改變逆變器拓?fù)?、?yōu)化PWM策略、增加輸出濾波器等方式來降低逆變器輸出的高次電壓諧波。對(duì)于低次電流諧波，其產(chǎn)生原因復(fù)雜且抑制策略多樣。

低次電流諧波的來源主要有兩個(gè)方面：一是電機(jī)本體方面，如齒槽效應(yīng)、繞組分布形式、磁路磁飽和效應(yīng)、轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)等引起的電機(jī)氣隙磁場(chǎng)畸變；二是驅(qū)動(dòng)方面，如逆變器死區(qū)時(shí)間和器件管壓降等非線性特性導(dǎo)致的逆變器輸出電壓畸變、A-D電流的采樣偏差、數(shù)字控制器分辨率的限制以及控制器參數(shù)偏差等。

針對(duì)影響電流低次諧波的兩方面因素，國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開了電流諧波抑制的研究工作，以期改善電流波形的正弦度。

• 一是改進(jìn)和優(yōu)化電機(jī)的本體結(jié)構(gòu)，主要有斜槽或斜極、永磁體形狀優(yōu)化、定子繞組類型和磁路優(yōu)化等，目的是削弱反電動(dòng)勢(shì)的畸變，降低反電動(dòng)勢(shì)中的諧波含量。
• 二是從系統(tǒng)控制策略角度，利用諧波補(bǔ)償算法來抑制電流諧波，主要電流諧波抑制策略有諧波電壓補(bǔ)償、多旋轉(zhuǎn)PI控制、比例諧振（Proportional Resonant, PR）控制、復(fù)矢量PI（Complex Vector PI, CVPI）控制、重復(fù)控制（Repetitive Control, RC）、自抗擾控制（Active Disturbance Rejection Control, ADRC）等。

本文分別介紹了抑制電流低次諧波的控制策略，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比。

圖10 基于二階自抗擾控制器的PMSM控制系統(tǒng)

總結(jié)

永磁同步電機(jī)電流諧波導(dǎo)致電機(jī)損耗增加，引起轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使得系統(tǒng)的控制效果變差。本文闡述了電流諧波的主要來源，給出了永磁同步電機(jī)的諧波數(shù)學(xué)模型，介紹了電流諧波抑制算法的原理，并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

對(duì)于電流諧波的抑制，一方面需要從本體上優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)，采用先進(jìn)的加工工藝，盡可能提高氣隙磁場(chǎng)的正弦度，減小反電動(dòng)勢(shì)諧波；另一方面，在控制策略上，利用諧波補(bǔ)償算法來抑制電流諧波，改善電機(jī)電流波形。

多旋轉(zhuǎn)PI控制具有較好的諧波抑制效果，但需要多個(gè)PI控制器，參數(shù)整定較為困難。復(fù)矢量PI控制是對(duì)傳統(tǒng)PI控制器的一種推廣，可減少PI控制器的數(shù)量，簡(jiǎn)化多旋轉(zhuǎn)PI控制系統(tǒng)，應(yīng)用時(shí)需要增加控制器帶寬以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，但也使得增益衰減。PR是以正弦信號(hào)為內(nèi)模的一種控制器，可對(duì)交流量進(jìn)行無靜差控制，具有良好的諧波抑制效果，但其參數(shù)整定是一個(gè)難題。

重復(fù)控制是以周期信號(hào)作為內(nèi)模的一種控制器，只對(duì)周期性擾動(dòng)有作用，對(duì)非周期性擾動(dòng)無法抑制，其問題在于動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。自抗擾控制器將所有擾動(dòng)通過擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器觀測(cè)出來，經(jīng)過非線性PID抑制擾動(dòng)，但是控制器參數(shù)較多，整定困難，較難達(dá)到理想效果。

從目前的研究現(xiàn)狀看，針對(duì)永磁同步電機(jī)電流諧波的抑制算法已取得一些突破，但仍然有些問題需要解決。隨著數(shù)字處理器運(yùn)算速度的提高，控制理論的完善，未來可在實(shí)際應(yīng)用中采取多種方法結(jié)合的控制策略，同時(shí)可在現(xiàn)有理論方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善，提高永磁同步電機(jī)的控制性能。