永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因具有高功率密度、高效率、高可靠性等特點，在電力傳動、電動汽車、數(shù)控機床以及航空航天等各種功率場合得到了廣泛的研究與應用。但由于逆變器開關(guān)斬波和非線性及電機反電動勢波形非正弦等因素會產(chǎn)生諧波電流，從而導致電機損耗增加和轉(zhuǎn)矩波動，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。對于PWM斬波導致的高次電流諧波，通常采用改變逆變器拓撲、優(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。對于低次電流諧波，其產(chǎn)生原因復雜且抑制策略多樣。

低次電流諧波的來源主要有兩個方面：一是電機本體方面，如齒槽效應、繞組分布形式、磁路磁飽和效應、轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)等引起的電機氣隙磁場畸變；二是驅(qū)動方面，如逆變器死區(qū)時間和器件管壓降等非線性特性導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。

針對影響電流低次諧波的兩方面因素，國內(nèi)外學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。

• 一是改進和優(yōu)化電機的本體結(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，目的是削弱反電動勢的畸變，降低反電動勢中的諧波含量。
• 二是從系統(tǒng)控制策略角度，利用諧波補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償、多旋轉(zhuǎn)PI控制、比例諧振（Proportional Resonant, PR）控制、復矢量PI（Complex Vector PI, CVPI）控制、重復控制（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，并進行實驗對比。

圖10 基于二階自抗擾控制器的PMSM控制系統(tǒng)

總結(jié)

永磁同步電機電流諧波導致電機損耗增加，引起轉(zhuǎn)矩波動，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的諧波數(shù)學模型，介紹了電流諧波抑制算法的原理，并給出了實驗結(jié)果。

對于電流諧波的抑制，一方面需要從本體上優(yōu)化電機結(jié)構(gòu)，采用先進的加工工藝，盡可能提高氣隙磁場的正弦度，減小反電動勢諧波；另一方面，在控制策略上，利用諧波補償算法來抑制電流諧波，改善電機電流波形。

多旋轉(zhuǎn)PI控制具有較好的諧波抑制效果，但需要多個PI控制器，參數(shù)整定較為困難。復矢量PI控制是對傳統(tǒng)PI控制器的一種推廣，可減少PI控制器的數(shù)量，簡化多旋轉(zhuǎn)PI控制系統(tǒng)，應用時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是以正弦信號為內(nèi)模的一種控制器，可對交流量進行無靜差控制，具有良好的諧波抑制效果，但其參數(shù)整定是一個難題。

重復控制是以周期信號作為內(nèi)模的一種控制器，只對周期性擾動有作用，對非周期性擾動無法抑制，其問題在于動態(tài)響應較慢。自抗擾控制器將所有擾動通過擴張狀態(tài)觀測器觀測出來，經(jīng)過非線性PID抑制擾動，但是控制器參數(shù)較多，整定困難，較難達到理想效果。

從目前的研究現(xiàn)狀看，針對永磁同步電機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)字處理器運算速度的提高，控制理論的完善，未來可在實際應用中采取多種方法結(jié)合的控制策略，同時可在現(xiàn)有理論方法的基礎(chǔ)上進一步完善，提高永磁同步電機的控制性能。