CES TEMS 论文分享｜哈尔滨工业大学王骞等：双三相永磁同步电机多同步参考系无LPF谐波电流控制|哈尔滨工业大学|永磁|滤波器|王骞|电机|谐波电流

LPF-Free Harmonic Current Control in Multi-Synchronous Reference Frames for Dual Three-Phase PMSMs

Yulei Yang; Qian Wang*; Fangrui Wei; Yichen Yu

Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang, China

Y. Yang, Q. Wang, F. Wei and Y. Yu, "LPF-Free Harmonic Current Control in Multi-Synchronous Reference Frames for Dual Three-Phase PMSMs," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, vol. 10, no. 2, pp. 216-227, June 2026, doi: 10.30941/CESTEMS.2026.00013.

摘要

由于非正弦反电动势（EMF）和逆变器非线性会引入主要的低阶谐波，多相电机驱动器中的谐波电流调节在动态运行条件下仍然具有挑战性。基于多同步参考系（MSRF）的方法被广泛用于多频电流调节；然而，传统的实现通常依赖于低通滤波器（LPF）进行谐波解耦，这会引入检测延迟和相位失真，限制瞬态性能。本文提出了一种基于无LPF的MSRF谐波电流控制方法，用于双三相永磁同步电机（DTP-PMSM）驱动。通过引入谐波变换矩阵系数（HTMC），该方法在MSRF框架内保留了多个谐波分量的独立调节，同时省去了谐波解耦路径中的滤波步骤，不需要谐波平面重建或额外的坐标变换。为了支持自适应变化，采用基于Goertzel的谐波幅度提取方案来周期性更新HTMC。实验结果表明，所提出的方法显著提高了动态性能，与其他方法相比，速度过渡稳定时间缩短了19.3%。该无低通滤波器（LPF）的方案为工业电机驱动中对快速动态响应要求较高的MSRF谐波电流控制提供了实用解决方案。

Abstract

Harmonic current regulation in multi-phase motor drives remains challenging under dynamic operating conditions due to non-sinusoidal back electromotive force (EMF) and inverter nonlinearities, which introduce dominant low-order harmonics. Multi-synchronous reference frame (MSRF) based methods are widely adopted for multi-frequency current regulation; however, conventional implementations typically rely on low-pass filters (LPFs) for harmonic decoupling, introducing detection delay and phase distortion that limit transient performance. This paper proposes an LPF-free MSRF-based harmonic current control method for dual three-phase permanent magnet synchronous motor (DTP-PMSM) drives. By introducing harmonic transformation matrix coefficients (HTMCs), the proposed method retains the independent regulation of multiple harmonic components within the MSRF framework, while eliminating the filtering step in the harmonic decoupling path, without the need for harmonic plane reconstruction or additional coordinate transformations. To support adaptive changes, a Goertzel-based harmonic amplitude extraction scheme is employed to periodically update the HTMC. Experimental results demonstrate that the proposed method significantly enhances dynamic performance, achieving a 19.3% reduction in speed transition stabilization time compared to other methods. The proposed LPF-free formulation provides a practical solution for MSRF-based harmonic current control in industrial motor drive applications where fast dynamic response is required.

DTP永磁同步电机系统

作者信息

杨玉磊，分别于2019年和2021年获得哈尔滨工业大学电气工程学士和硕士学位，目前正在同一所大学攻读电气工程博士学位。他的研究兴趣集中在电机驱动和谐波电流抑制上。

王骞（Member，IEEE），1982年出生于河南。2010年，他获得了哈尔滨工业大学电气工程博士学位。目前，他是哈尔滨工业学院电气工程系的教授。他的研究兴趣包括新型永磁电机、直线电机和永磁柔性传动。

魏方睿，分别于2016年和2018年获得哈尔滨工业大学电气工程学士和硕士学位，并于英国谢菲尔德大学获得博士学位。他目前在哈尔滨工业学院任教。他目前的研究兴趣包括永磁电机的设计和分析以及电机的热管理。

于易辰，2022年，他获得了哈尔滨工业大学电气工程学士学位，目前正在攻读电气工程博士学位。他的研究兴趣包括磁性螺杆和线性执行器。

《中国电工技术学会电机与系统学报（英文）》(CES TEMS)是中国电工技术学会和中国科学院电工研究所共同主办、IEEE PELS学会技术支持的英文学术期刊。期刊发表国内外有关高性能电机系统、电机驱动、电力电子、可再生能源系统、电气化交通等研发及应用领域中原创、前沿学术论文。中国工程院院士马伟明担任主编，IEEE 副主席 Don Tan 博士为国际主编。目前已被ESCI、EI、Scopus、 Inspec、Google scholar、IEEE Xplore、中国科学引文数据库(CSCD) 核心版、DOAJ、CSTPCD、知网、万方、维普等数据库收录。