CN101047358B - 一拖二空调的正弦直流变频控制方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种一拖二空调的正弦直流变频控制方法及设备，包括整流部分、平波部分、控制部分和逆变部分，控制部分进一步包括检测电阻和智能控制模块。本发明采用矢量弱磁控制技术和180度正弦波直流变频方式，通过调节d轴电流i_d和q轴电流i_q，用较低的母线电压实现压缩机的高频驱动。本发明采用的180度正弦波直流变频方式，能够实时检测压缩机转子的位置，并通过对驱动压缩机的电动机中施加的驱动电压进行实时控制，从而实时调节压缩机的输出转矩，使压缩机在运转过程中能时刻保持力矩平衡，降低压缩机的振动，改善直流变频空调的低频特性，解决现有技术中由于压缩机在运转过程中不能时刻保持力矩平衡而产生振动的缺陷。

Description

一拖二空调的正弦直流变频控制方法及设备

技术领域

本发明涉及空调变频控制技术领域、更具体地说涉及一拖二空调压缩机的正弦直流变频驱动控制技术。 

背景技术

随着世界范围内能源危机的到来，各国政府都在为经济可持续发展的目的积极地推广节能降耗技术。作为家庭用电的主要设备，传统空调器由于其运行效率低下正在逐渐退出市场。直流变频的节能效果远优于传统的定频空调和交流变频空调。众所周知，定频空调耗电很大，而交流变频的变频范围窄，压缩机效率低，而直流变频是从根本上改变压缩机的运行状况，实现空调无级调速，节电效果提高40％。直流变频空调器因为良好的节能性、精确控温、超低温启动、快速制热等特点而越来越受到广大用户的喜爱。直流变频迅速成为当前中国消费者选择空调的首要因素。 

一拖二空调具有节约空间，降低成本等优势，在市场上一直受到用户关注。不过原来的气拖二空调大都是定频一拖二、交流变频一拖二或者120度直流变频一拖二空调，他门均有各自的缺点。比如定频一拖二的频率不能变化，这样，无论开一个内机或两个内机压缩机的频率都一样，所消耗的电力也差不多，甚至有可能开一个内机比两个内机更耗电(由于系统压力原因)，这就失去了节能的效果；交流变频一拖二可以根据内机的需要而调节压缩机的运行频率，克服了定频一拖二的缺点，不过由于交流变频的压缩机的本质是交流异步电动机，就决定了它在节能方面不会有大的突破？直流变频技术的出现使得更加节能的空调技术成为可能，由于直流变频压缩机的电机是直流无刷电动机，在效率方面大大优于交流异步电动机，而空调的能耗主要是 在压缩机上，所以直流变频空调要在效率上大大优于交流变频空调和定频空调，所以直流变频一拖二空调要大大优于定频一拖二空调和交流变频一拖二空调。 

在直流变频空调技术领域，按压缩机控制方案来分有两种，一种是用120度控制的方案，又叫梯形波控制方案。该方案在检测转子位置时采用过零检测法，即检测不导通相反电势的过零点来判断转子的位置，根据过零点信息及换相逻辑来选择最佳的换流顺序。目前的直流变频空调大都采用这个方法来检测压缩机转子的位置。但由于过零检测法只能检测一些特定的点，而且随着电机转速在大范围内变化，反电势的变频率也会变化，检测电路中的滤波器件会带来一定的相移，这会大大影响检测过零点的准确性；同时由于功率器件上续流二极管的反向电流作用，在大电流情况下也会对过零点的检测带来一定的影响，而且这种检测方式需要被检测相不导通，只能用于120度变频模式，而无法用于180度正弦波变频模式，这就大大降低了压缩机的利用效率，而且120度控制模式的低频特性不好，振动大，这就使得这种控制模式不能很好的发挥直流变频压缩机的特性，也使得一拖二的空调系统的优点不能很好的发挥。 

另一种控制方式是180度控制方案。180度控制方案又叫正弦直流变频控制方案。该方案采用母线电流预测算法来估算无刷直流电动机转子的瞬时位置与速度信息，为无刷直流电动机无传感器控制提供了一种较好的解决方法；而且正弦控制方案在检测转子位置时不需要不导通相，变频驱动模式用180度正弦波直流变频模式，大大提高了压缩机的使用效率，大大改善了系统的高频特性和低频特性，因此，把180度直流变频技术应用在一拖二空调上是目前空调技术发展的主要趋势。 

发明内容

本发明的目的在于通过实现对一拖二空调直流压缩机的180度正弦控制，在整个变频控制要求的前提下，确定了变频驱动方式，实现了变频空调系统的匹配，提高一拖二空调的效率，改善了系统的高频特性和低频特性。 

为实现本发明的目的，本发明提出一种一拖二空调的正弦直流变频控制装置以及控制方法，其中，一拖二空调的正弦直流变频控制装置包括： 

一电流采样部分，包括检测电阻，其串联在压缩机直流电源的母线回路中，对母线电流进行采样并输出母线电流信息； 

一控制部分，由变频模块和智能控制模块组成，其根据电流采样部采集的母线电流信息，计算压缩机转子的位置和力矩，对驱动压缩机的电动机中施加的驱动电压进行实时控制，以及计算压缩机的d轴电流和q轴电流，向逆变部分输出控制信号。 

所述智能控制模块组成包括：电流演算器，输入为检测电阻采集的母线电流，输出为驱动压缩机的三相电流； 

矢量控制分析和变频控制部，输入为电流演算器计算的三相电流，输出为逆变部分控制信号； 

3/2转换模块，输入为电流演算器计算的三相电流和目标角度，输出为d轴实际电流和q轴实际电流； 

PI控制模块1，输入为目标角速度和实际角速度，输出为目标力矩； 

dq电流指令演算器，输入为目标力矩，输出为d轴目标电流和q轴目标电流； 

PI控制模块2，输入为d轴实际电流和d轴目标电流，输出为d轴电压； 

PI控制模块3，输入为q轴实际电流和q轴目标电流，输出为q轴电压； 

2/3转换模块，输入为d轴目标电压、q轴目标电压和目标角度， 输出为三相电压； 

位置、速度推定器，输入为d轴目标电压、q轴目标电压、d轴实际电流和q轴实际电流，输出为目标角度和实际角速度； 

非干涉化演算器，输入为d轴实际电流和q轴实际电流，输出为d轴调整电压和q轴调整电压。 

所述智能控制模块包括：位置、力矩计算和变频控制部，根据电流检测部计算的三相电流和压缩机的参数，计算压缩机转子的位置和力矩，并对驱动压缩机的电动机中施加的驱动电压进行实时控制。 

3/2转换模块，输入为电流检测部计算的三相电流和目标角度，输出为γδ坐标系电流； 

速度计算模块，输入为目标角速度和实际角速度，输出为目标力矩； 

力矩计算调整模块，输入为目标力矩和实际角速度，输出为dq坐标系电流； 

电流计算模块，输入为dq坐标系电流、γδ坐标系电流和实际角速度，输出为dq坐标系电压； 

2/3转换模块，输入为dq坐标系电压和目标角度，输出为三相电压； 

无传感器速度误差计算模块，输入为dq坐标系电压、γδ坐标系电流和实际角速度，输出为磁通量误差； 

角度误差计算模块，输入为磁通量误差、γδ坐标系电流和实际角速度，输出为角度误差； 

速度位置计算模块，输入为角度误差，输出为目标角度和实际角速度。 

本发明的一拖二空调直流变频控制方法，包括步骤： 

(1)电流采样，对所述压缩机直流电源的母线电流进行采样； 

(2)智能控制，根据检测电阻采集的母线电流，计算压缩机的d轴电流和q轴电流，并对压缩机的d轴电流和q轴电流进行独立调节， 以及计算压缩机转子的位置和力矩，对驱动压缩机的电动机中施加的驱动电压进行实时控制。 

所述计算压缩机的d轴电流和q轴电流，并对压缩机的d轴电流和q轴电流进行独立调节进一步包括： 

电流计算步骤，根据检测电阻采集的母线电流计算驱动所述压缩机的三相电流； 

矢量控制分析和变频控制步骤，根据电流演算器计算的三相电流，计算压缩机的d轴电流和q轴电流，并对压缩机的d轴电流和q轴电流进行独立调节； 

根据电流演算器计算的三相电流和目标角度，利用3/2转换模块计算d轴实际电流和q轴实际电流； 

根据目标角速度和实际角速度，利用PI控制模块1计算目标力矩； 

根据目标力矩，利用dq电流指令演算器计算d轴目标电流和q轴目标电流； 

根据d轴实际电流和d轴目标电流，利用PI控制模块2计算d轴电压； 

根据q轴实际电流和q轴目标电流，利用PI控制模块3计算q轴电压； 

根据d轴目标电压、q轴目标电压和目标角度，利用2/3转换模块计算三相电压； 

根据d轴目标电压、q轴目标电压、d轴实际电流和q轴实际电流，利用位置、速度推定器计算目标角度和实际角速度； 

根据d轴实际电流和q轴实际电流，利用非干涉化演算器计算d轴调整电压和q轴调整电压。 

所述步骤采用180度正弦波直流变频方式。 

计算压缩机转子的位置和力矩，对驱动压缩机的电动机中施加的驱动电压进行实时控制包括：

电流计算步骤，根据检测电阻采集的母线电流计算驱动所述压缩机的三相电流； 

位置、力矩计算和变频控制步骤，根据检测电阻计算的三相电流和压缩机参数，计算压缩机转子的位置和力矩，并对驱动压缩机的电动机中施加的驱动电压进行实时控制。 

所述位置、力矩计算和变频控制步骤进一步包括： 

根据电流检测部计算的三相电流和目标角度，利用3/2转换模块计算γ_δ坐标系电流； 

根据目标角速度和实际角速度，利用速度计算模块计算目标力矩； 

根据目标力矩和实际角速度，利用力矩计算调整模块计算dq坐标系电流； 

根据dq坐标电流、γ_δ坐标系电流和实际角速度，利用电流计算模块计算dq坐标系电压； 

根据dq坐标电压和目标角度，利用2/3转换模块计算三相电压； 

根据dq坐标电压、γ_δ坐标系电流和实际角速度，利用无传感器速度误差计算模块计算磁通量误差； 

根据磁通量误差、γ_δ坐标系电流和实际角速度，利用角度误差计算模块计算角度误差； 

根据角度误差，利用速度位置计算模块计算目标角度和实际角速度。 

所述步骤采用180度正弦波直流变频方式，检测转子位置时不需要不导通相。 

本发明的技术方案克服了以往一拖二空调的很多缺点，使得一拖二空调的特性有了大幅的提高。根据整个系统要求，电脑检测系统、 系统控制、变频控制整个控制器，并在此过程中用到了一些先进的控制理论和方法，解决了一系列技术难题，采用高速32位单片机，，通过软件实现对直流压缩机的180度正弦控制，在整个变频控制要求的前提下，确定了变频驱动方式，建立了数学模型并实现压缩机控制，确定系统组件间的通讯方式，实现一拖二系统的频率控制、流量分配、保护功能等系统控制，完成控制器的硬件、软件设计，并且实现了变频空调系统的匹配。 

附图说明

图1是本发明的压缩机的驱动电路图。 

图2是本发明矢量分析和变频控制的系统结构图。 

图3是图2中矢量控制分析和变频控制模块的结构图。 

图4是本发明的位置和力矩计算和变频控制系统结构图。 

图5是图4中位置和力矩计算和变频控制模块的结构图。 

具体实施方式

本发明的技术方案采用以下主要技术： 

单电阻转子位置检测技术一—通过直流母线电流及独特的控制算法，通过建立精确的数学模型，推算出UVW三相的电流及电机转子位置，从而实现电机精确的位置控制。实现了对涡漩.双转子.单转子压机的控制，能广泛用于直流变频空调的控制。 

180度正弦控制的软件实现技术一—把电机的三相座标通过旋转空间矢量变换为d q轴坐标进行控制，采用高速32位单片机，通过软件算法来实现对压缩机的180度正弦控制，使压机运转更为平稳，压缩机的工作效率更高，节能效果更加明显，而且使压缩机工作更加可靠，延长压缩机的使用寿命。 

退磁电流的自动控制技术一—由直流变频压缩机的转子是由永磁材料构成的，一旦出现退磁，压缩机的性能就会大大降低，甚至空调不能工作，所以如何防止退磁一直是直流变频压缩机控制的一个技术 重点和难点。直流变频压缩机返磁的机理是由于压缩机转子受到过大的逆磁场而引起转子永磁体产生退磁。在以往的120度方波控制方案里由于不能独立的控制逆磁场的大小，所以防止压缩机退磁问题一直是一个棘手的问题。由于本方案是建立在空间矢量数学模型上的，所以可以很方便的区分出Id和Iq，其中Id是压缩机的D轴电流，也是可能引起压缩机退磁的电流：Iq是压缩机的Q轴电流，是压缩机的驱动电流，不会引起压缩机退磁。这样就可以控制Id的大小，避免因为Id太大而引起压缩机返磁。 

弱磁控制技术-—流变频压缩机从电机的角度来说就是永磁同步电动机，但是又不同于一般的永磁同步电动机，因为它没有位置检测传感器，也就是说直流变频压缩机是一种无传感器的永磁同步电动机。直流变频压缩机的弱磁控制技术就是无传感器永磁同步电动机的弱磁控制技术。永磁同步电动机的弱磁控制思想来源于他励直流电动机的调速控制。根据电机学的知识，他励直流电动机的电磁方程如下： 

E＝Ce×φ×n； 

$N=\frac{E}{\mathrm{Ce}\×\mathrm{\φ}}=\frac{U-\mathrm{Ia}\×\mathrm{Ra}}{\mathrm{Ce}\×\mathrm{\φ}};$

φ∝I_f

式中，E为直流电动机反电动势，Ce为直流电动机电势系数，φ为直流电动机每相磁通，n为直流电动机定子的线圈扎数，U为直流电动机定子电压，Ia为直流电动机电枢电流，Ra直流电动机电枢电阻，I_f为直流电动机励磁电流。 

从上式可以看出，当他励直流电动机的端电压达到极限电压值时，要使电动机能够恒功率运行到更高的速度，应设法降低电动机的励磁电流，以保证电压的平衡，换句话说，他励直流电动机可以通过降低励磁电流而弱磁扩速。 

与电励磁的同步电动机不同，永磁同步电动机的励磁磁动势因由永磁体产生而无法调节，只有通过调节定子电流，来维持高速运行时 的电压平衡，达到弱磁扩速的目的。永磁同步电动机的电压方程如下： 

$u=\mathrm{\ω}\sqrt{{\left(\mathrm{\ρ}{L}_d{i}_q\right)}^2+{(L_d{i}_d+{\mathrm{\Ψ}}_f)}^2}$

式中，u为电动机的端电压，ω为电动机转子电角速度，ρ为电动机的突极率(常数)，Ψ_f为电动机转子磁链，L_d为电动机d轴电感(常数)，i_d为电动机d轴电流，i_q为电动机q轴电流。 

由上式可以看出，当永磁同步电动机的端电压达到逆变器所能提供的最高电压极限时，要想继续升高转速只有调节D轴电流Id和Q轴电流Iq。这就是永磁同步电动机的弱磁控制方式。本发明方案就是在弱磁控制阶段使D轴电流Id>0，并起去磁作用，以削弱永磁场，且随着速度的升高，起去磁作用的Id要不断增加，使电磁平衡继续维持，从而可以用较低的母线电压来实现压缩机的高频驱动。通过运用弱磁控制理论，在本控制方案里，当母线电压不足以驱动压缩机运转到设定频率时，就启动弱磁控制功能，、当的给压缩机提供一定的去磁电流以满足压缩机的设定频率要求。不过D轴电流也不能无限制的增加，因为压缩机的转子是永磁体，当其受到较大的逆磁(去磁电流会产生相对永磁体磁场的逆磁场)时，会出现退磁现象，这就是压缩机的退磁现象，压缩机一旦退磁，其工作特性就会变坏，甚至不能正常工作。因此在本发明方案里，根据压缩机的退磁特性对压缩机的去磁电流Id的大小做了限制，保证压缩机不因为弱磁控制而出现退磁现象。本方案是在对压缩机控制实行矢量控制的基础上才得以实施的，因为只有在矢量控制的基础上才能把压缩机的电流分解成D轴电流Id和Q轴电流Iq，以往的压缩机控制技术是120度控制技术，不是矢量控制技术，所以不能对压缩机实施弱磁控制技术；而本发明方案里对压缩机的控制是180度正弦直流变频技术，是矢量控制技术。 

在一拖二系统里，由于双机运行的时候系统负荷很大，压缩机需要运行到高频。本方案可以利用弱磁控制技术来实现压缩机的高频运行。而在120度控制方案里只有采用PFC升压的方式来实现高频运行， 这样不但增加成本，而且会使空调系统的EMC(电磁兼容)特性变坏。和PFC方式相比，弱磁控制方式具有成本低，电磁兼容性能好的特点。 

自动力矩控制技术-—在一拖二空调系统里，由于系统负荷变化大，所以需要压缩机的可运行频率范围尽量宽。本控制方案是一种瞬时的力矩控制，在压机转动一周的时间里对压机的阻力矩进行上千次的检测，从而可以时时的根据压机阻力矩的大小来相应的调节动力矩的大小，从而大大减小了空调的振动，可以很平稳的控制压机的运转从而使压缩机可以在更低的频率运行，可以更好的发挥一拖二空调的系统优势。根据测试，本控制方案可以使压缩机长期运行在10赫兹而无明显振动，这在120度控制方案里是不可能的，120度控制方案在有电流的120度的周期内给压缩机施加的是恒定的力矩，而不能根据压机阻力矩的大小来相应的调节动力矩的大小，从而使得压缩机在运行过程中时刻处于力矩不平衡状态，压缩机振动比较大，特别是在低频区段。所以120度控制方案一般把最低运行频率限制在20赫兹以上，不然振动很大，影响空调的使用寿命，不过这样一来就会影响一拖二空调的系统优势，因为一拖二系统的优势在于根据内机的不同负载运行不同的频率，要求有尽量大的频率范围，可见120度在这方面是有缺陷的，180度控制就很好的解决了这个问题。 

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述： 

本发明压缩机的驱动电路如图1所示。该系统包括整流部分、平波部分、控制部分、逆变部分、交流电源和压缩机。其中整流部分由一个整流桥构成，平波部分由一个电容构成，控制部分包括一个检测电阻和一个智能控制模块，逆变部分由一个智能变频模块构成。交流电源通过整流部分和平波部分转换为直流电源；逆变部分将该直流电源变频后，驱动压缩机的运转；控制部分对逆变部分的智能变频模块进行控制。 

图2是本发明矢量分析和变频控制的系统结构图。如图2所示。 该系统包括一个检测电阻，一个智能控制模块，一个直流电源V，一个智能变频模块和一个压缩机。直流电源V通过智能变频模块变频后，驱动压缩机的运转；检测电阻对智能变频模块的母线电流进行采样，然后将采样电流Idc送到智能控制模块进行检测；智能控制模块向智能变频模块发出控制信号，对压缩机的d轴电流和q轴电流进行控制。智能控制模块还包括电流演算器与矢量控制分析和变频控制部。电流演算器对采样电流Idc进行检测，计算出三相电流Iu、Iv、1w，并将三相电流送到矢量控制分析和变频控制部。智能变频模块还包括一个过流保护装置和6个IGBT晶体管UP、VP、WP、UN、VN和WN。 

图3是图2中矢量控制分析和变频控制模块的结构图。如图3所示，该模块又包括电流演算器与矢量控制分析和变频控制部。 

电流演算器根据母线电流Idc计算驱动压缩机的三相电流Iu、Iv、Iw。电流演算器运行的一种时序如图6所示。上部为与U、V、W三相相关的IGBT的开关状态，中部为母线电流Idc，下部为驱动压缩机的三相电流Iu、Iv、Iw，该时序中还包括A和B两个区间。各个IGBT的状态分别对应于O，Iu，Iv，Iw，-Iu，-Iv，-Iw的值。根据图4可以得出： 

在A区间，UP、VP、WN导通，UN、VN、WP截止，所以A区间的母线电流Idc1＝-Iw； 

在B区间，UP、VN、WN导通，VP、WP、UN截止，所以B区间的母线电流Idc2＝Iu； 

又由于Iu、Iv、Iw的矢量和为零，即：Iu+Iv+Iw＝O， 

所以Iu、Iv、Iw的值可以由下面的关系式求出： 

Iu＝Idc2，Iv＝Idc1-Idc2，Iw＝-Idc1。 

矢量控制分析和变频控制部进一步包括： 

3/2转换模块，该模块根据电流演算器计算的三相电流Iu、Iv、Iw和目标角度θ，计算d轴实际电流Id1和q轴实际电流Iq1。 

PI控制模块1，该模块根据目标角速度ω2和实际角速度ω1，计算目标力矩T。

dq电流指令演算器，该模块根据目标力矩T，计算d轴目标电流Id2和q轴目标电流Iq2。 

PI控制模块2，该模块根据d轴实际电流Id1和d轴目标电流Id2，计算d轴电压Vd1。 

PI控制模块3，该模块根据q轴实际电流Iq1和q轴目标电流Iq2，计算q轴电压Vq1。 

2/3转换模块，该模块根据d轴目标电压Vd、q轴目标电压Vq和目标角度θ，计算三相电压Vu、Vv、Vw。 

位置、速度推定器，该模块根据d轴目标电压Vd、q轴目标电压Vq、d轴实际电流Id1和q轴实际电流Iq1，计算目标角度θ和实际角速度ω1。 

非干涉化演算器，该模块根据d轴实际电流Id1和q轴实际电流Iq1，计算d轴调整电压Vd2和q轴调整电压Vq2。 

图4是本发明的位置和力矩计算和变频控制系统结构图。该系统包括一个电流采样部，一个控制部，一个直流电源V，一个智能变频模块和一个压缩机。直流电源V通过智能变频模块变频后，驱动压缩机的运转；电流采样部对智能变频模块的母线电流进行采样，然后将采样电流Idc送到控制部进行检测；控制部向智能变频模块发出控制信号，对压缩机的驱动电压进行控制。控制部还包括电流检测部与位置、力矩计算和变频控制部。电流检测部对采样电流Idc进行检测，计算出三相电流Iu、Iv、Iw，并将三相电流送到位置、力矩计算和变频控制部。智能变频模块还包括一个过流保护装置和6个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)UP、VP、WP、UN、VN和WN。 

电流采样部由与智能变频模块母线串连的采样电阻构成，该电阻对母线电流Idc进行实时采样，并将Idc信息传送至电流检测部。 

图5是图4中位置和力矩计算和变频控制模块的结构图。该部又包括电流检测部与位置、力矩计算和变频控制部。 

电流检测部根据母线电流Idc计算驱动压缩机的三相电流Iu、 Iv、Iw。电流检测部的一种时序如图5所示。上部为与U、V、W三相相关的IGBT的开关状态，中部为母线电流Idc，下部为驱动压缩机的三相电流Iu、Iv、Iw，该时序中还包括A和B两个区间。各个IGBT的状态分别对应于0，Iu，Iv，Iw，-Iu，-Iv，-Iw的值。根据图3可以得出： 

在A区间，UP、VP、WN导通，UN、VN、WP截止，所以A区间的母线电流Idc1＝-Iw； 

在B区间，UP、VN、WN导通，VP、WP、UN截止，所以B区间的母线电流Idc2＝Iu； 

又由于Iu、Iv、Iw的矢量和为零，即：Iu+Iv+Iw＝O， 

所以Iu、Iv、Iw的值可以由下面的关系式求出： 

Iu＝Idc2，Iv＝Idc1-Idc2，Iw＝-Idc1。 

位置、力矩计算和变频控制部进一步包括： 

3/2转换模块，该模块根据电流检测部计算的三相电流Iu、Iv、Iw和目标角度θ2，计算γδ坐标系电流Iγδ： 

速度计算模块，该模块根据目标角速度ω1和实际角速度ω2，计算目标力矩T； 

力矩计算调整模块，该模块根据目标力矩T和实际角速度ω2，计算dq坐标系电流Idq； 

电流计算模块，该模块根据dq坐标系电流Idq、γδ坐标系电流Iγδ和实际角速度ω2，计算dq坐标系电压Vdq； 

2/3转换模块，该模块根据dq坐标系电压Vdq和目标角度θ2，计算三相电压Vu、Vv、Vw； 

无传感器速度误差计算模块，该模块根据dq坐标系电压Vdq、γδ坐标系电流Iγδ和实际角速度ω2，计算磁通量误差Δλ； 

角度误差计算模块，该模块根据磁通量误差Δλ、γδ坐标系电流Iγδ和实际角速度ω2，计算角度误差θ1； 

速度位置计算模块，该模块根据角度误差θ1，计算目标角度θ2和实际角速度ω2。

在压缩机运转周期内，电流波形呈正弦特征，因此压缩机的输出转矩也呈正弦特征。本发明实时检测压缩机转子的位置，在压缩机运转过程的不同阶段实时地调整输出转矩，使压缩机在运转过程中能时刻保持力矩平衡，降低直流变频空调系统的低频振动，增大直流变频空调系统的变频范围，提高直流变频空调的性能。经过测试，单转子直流变频压缩机可以长期在10赫兹的低频阶段运行而无较大振动。 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种一拖二空调的正弦直流变频控制设备包括，电流采样部分，其中包括检测电阻，当其串联在压缩机直流电源母线回路中时，确定母线采样电流，输出母线电流信息，控制部分：其中包括变频模块和智能控制模块，其根据电流采样部采集的母线电流信息，计算压缩机转子的位置和力矩，对驱动压缩机的电动机中施加的驱动电压进行实时控制，以及计算压缩机d轴电流和q轴电流，向逆变部分输出控制信号，其特征在于，所述智能控制模块包括：

电流演算器，输入为检测电阻采集的母线电流，输出为驱动压缩机的三相电流；

矢量控制分析和变频控制部，输入为电流演算器计算的三相电流，输出为逆变部分控制信号；

3/2转换模块，当输入为电流演算器输出的三相电流和目标角度时，输出为d轴实际电流和q轴实际电流；

PI控制模块1，当输入为目标角速度和实际角速度时，输出为目标力矩；

dp电流指令演算器，当输入为目标力矩时，输出为d轴目标电流和q轴目标电流；

PI控制模块2，当输入为d轴实际电流和d轴目标电流时，输出为d轴电压；

PI控制模块3，当输入为q轴实际电流和q轴目标电流时，输出为q轴电压；

2/3转换模块，当输入d轴目标电压、q轴目标电压及目标角度时，输出为三相电压；

位置、速度推定器，当输入为d轴目标电压、q轴目标电压、d轴实际电流和q轴实际电流时，输出为目标角度和实际角速度；

非干涉化演算器，当输入为d轴实际电流和q轴实际电流时，输出为d轴调整电压和q轴调整电压；

所述d轴调整电压与所述d轴电压合成为d轴目标电压；

所述q轴调整电压与所述q轴电压合成为d轴目标电压。

2.一种一拖二空调的正弦直流变频控制设备包括，电流采样部分，其中包括检测电阻，当其串联在压缩机直流电源母线回路中时，确定母线采样电流，输出母线电流信息，控制部分：其中包括变频模块和智能控制模块，其根据电流采样部采集的母线电流信息，计算压缩机转子的位置和力矩，对驱动压缩机的电动机中施加的驱动电压进行实时控制，以及计算压缩机d轴电流和q轴电流，向逆变部分输出控制信号，其特征在于，所述智能控制模块包括：

电流检测部，输入为检测电阻采集的母线电流，输出为驱动压缩机的三相电流；

位置、力矩计算和变频控制部，根据电流检测部计算的三相电流和压缩机的参数，计算压缩机转子的位置和力矩，并对驱动压缩机的电动机中施加的驱动电压进行实时控制；

3/2转换模块，输入为电流检测部计算的三相电流和目标角度，输出为γ_δ坐标系电流：

速度计算模块，输入为目标角速度和实际角速度，输出为目标力矩；

力矩计算调整模块，输入为目标力矩和实际角速度，输出为dq坐标系电流；

电流计算模块，输入为dq坐标系电流、γ_δ坐标系电流和实际角速度，输出为dq坐标系电压；

2/3转换模块：输入为dq坐标系电压和目标角度，输出为三相电压；

无传感速度误差计算模块：输入为dq坐标系电压、γ_δ坐标系电流和实际角速度，输出为磁通量误差；

角度误差计算模块：输入为磁通量误差、γ_δ坐标系电流和实际角速度，输出为角度误差；

速度位置计算模块：输入为角度误差，输出为目标角度和实际角速度。

3.一种一拖二空调的正弦直流变频控制方法，包括步骤：

(1)电流采样，对压缩机直流电源的母线电流进行采样；

(2)智能控制：根据检测电阻采集的母线电流，计算压缩机的d轴电流和q轴电流，并对压缩机的d轴电流和q轴电流进行独立调节，以及计算压缩机转子的位置和力矩，对驱动压缩机的电动机中施加的驱动电压进行实时控制，其特征在于，所述计算压缩机的d轴电流和q轴电流，并对压缩机的d轴电流和q轴电流进行独立调节进一步包括：

电流计算步骤，电流演算器根据检测电阻采集的母线电流计算驱动所述压缩机的三相电流；

矢量控制分析和变频控制步骤，根据电流演算器计算的三相电流，计算压缩机的d轴电流和q轴电流，并对压缩机的d轴电流和q轴电流进行独立调节；

根据电流演算器计算的三相电流和目标角度，利用3/2转换模块计算d轴实际电流和q轴实际电流；

根据目标角速度和实际角速度，利用PI控制模块1计算目标力矩；

根据目标力矩，利用dq电流指令演算器计算d轴目标电流和q轴目标电流；

根据d轴实际电流和d轴目标电流，利用PI控制模块2计算d轴电压；

根据q轴实际电流和q轴目标电流，利用PI控制模块3计算q轴电压；

所述d轴调整电压与所述d轴电压合成为d轴目标电压；

所述q轴调整电压与所述q轴电压合成为d轴目标电压；

根据d轴目标电压、q轴目标电压，d轴实际电流和q轴实际电流，利用位置、速度推定器计算目标角度和实际角速度；

根据d轴实际电流、q轴实际电流，利用非干涉化演算器计算d轴调整电压和q轴调整电压。

4.一种一拖二空调的正弦直流变频控制方法，包括步骤：

(1)电流采样，对压缩机直流电源的母线电流进行采样；

(2)智能控制：根据检测电阻采集的母线电流，计算压缩机的γδ坐标系电流以及计算压缩机转子的位置和力矩，对驱动压缩机的电动机中施加的驱动电压进行实时控制，其特征在于，所述计算压缩机的γδ坐标系电流以及计算压缩机转子的位置和力矩，对驱动压缩机的电动机中施加的驱动电压进行实时控制包括：

电流计算步骤，电流检测部根据检测电阻采集的母线电流计算驱动所述压缩机的三相电流；

位置、力矩计算和变频控制步骤，根据电流检测部算的三相电流和压缩机参数，计算压缩机转子的位置和力矩，并对驱动压缩机的电动机中施加的驱动电压进行实时控制，

其特征在于所述位置、力矩计算和变频控制步骤进一步包括：

根据电流检测部计算的三相电流和目标角度，利用3/2转换模块计算γδ坐标系电流；

根据目标角速度和实际角速度，利用速度计算模块计算目标力矩；

根据目标力矩和实际角速度，利用力矩计算调整模块计算dq坐标系电流；

根据dq坐标电流、γδ坐标系电流和实际角速度，利用电流计算模块计算dq坐标系电压；

根据dq坐标电压和目标角度，利用2/3转换模块计算三相电压；

根据dq坐标电压、γδ坐标系电流和实际角速度，利用无传感器速度误差计算模块计算磁通量误差；

根据磁通量误差、γδ坐标系电流和实际角速度，利用角度误差计算模块计算角度误差；

根据角度误差，利用速度位置计算模块计算目标角度和实际角速度。

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