CN101509694B - 一种直流变频空调压缩机智能控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

提供一种直流变频空调压缩机智能控制器及其控制方法的技术方案，其硬件方案包括依次电连接的整流滤波电路与功率模块，所述整流滤波电路(220)另经开关电源(240)与作为核心处理单元的单个DSP控制器电连接，所述单个DSP控制器还分别与所述功率模块、用于与空调室内机通讯的通讯隔离电路、风机驱动电路(280)、温度采样电路(270)电连接；其控制方法：在所述DSP控制器中植入控制软件，采用双闭环FOC无传感器磁场向量控制方式，内环电流环实现对压缩机永磁同步电机驱动电流的解耦控制，间接控制电机的输出扭矩；外环速度环用来控制压缩机的工作频率，使其既能满足定频时的稳态要求又能满足变频时的动态响应；该控制软件包括一个主循环函数和一个主中断函数。

Description

一种直流变频空调压缩机智能控制器及其控制方法

技术领域

本发明属于电子智能控制技术领域，涉及一种直流变频空调压缩机智能控制器及其控制方法，同时还涉及其所控制的空调机。

背景技术

传统定频空调机(定频空调机)采用“开--关”固定调节模式，能耗大，噪音和温度波动大，舒适性差，开关时对空调压缩机也有较大的损害。与其相比，变频空调器是通过内装的由微电脑控制的变频器改变频率，从而控制空调器压缩机的转速。使压缩机转速能够连续变化，实现压缩机能量的无级调节。与一般的定频空调相比，变频空调有着高性能运转、舒适静音、节能环保、能耗低的显著特点；与普通传统空调相比，可节约电能达30％至40％。

何为定频空调与变频空调：定频和变频的区别就在于压缩机的转速的控制方式。定频空调压缩机的转速固定，不可变；其制冷(热)时输出的冷(热)量也是固定，不可调节；所以温度的调节只能由压缩机的开或停来进行调节。变频空调——压缩机的转速不是固定，可改变；其制冷(热)时输出的冷(热)量也是可以调节的；所以温度的调节可以通过改变压缩机的转速，从而改变空调输出冷量。

定频机、交流变频、直流变频和全直流变频的区别：从省电方面看，以定频机为参照，一般来说交流变频省电30％，直流变频省电40％以上。从舒适性来分析，直流变频的噪音更低、温度波动更低，舒适性更高。三者按其节能性、舒适性及价格的排序：直流变频＞交流变频＞定速机。

变频空调与普通空调器或称定转速空调器的主要区别是前者增加了变频器。变频空调的微电脑随时收集室内环境的有关信息与内部的设定值比较，经运算处理输出控制信号。交流变频空调的工作原理是把工频交流电转换为直流电源，并把它送到功率模块(大功率晶体管开关组合)；同时模块受微电脑送来的控制信号控制，输出频率可调的交变电源(合成波形近似正弦波)，使压缩机电机的转速随电源频率的变化作相应的变化，从而控制压缩机的排量，调节制冷量或制热量。直流变频空调同样把工频交流电转换为直流电源，并送至功率模块，模块同样受微电脑送来的控制信号控制；所不同的是交流变频空调模块输出的正弦波电流是由硬件合成的，而直流变频空调中模块输出的正弦波电流是由软件算法产生的，且调速性能与直流电机相同，因此直流变频空调更省电，噪声更小。

直流变频技术是真正的节能技术，也是目前世界上公认的最先进的节能技术，它比普通空调节能40％以上。与普通直流变频技术相比，正弦波直流变频技术具有效率更高、运行更平稳、噪音更低等诸多优点。

120度方波和180度正弦波的区别：120度方波控制先出现几年，180度正弦波是其升级后的产物。现在180度正弦波控制方式也成熟了，其比120度方波控制在节能、制冷效率、稳定性、控制精度等方面都有更好的表现，代表着目前变频技术的最高水平。

目前市场上的变频空调主要采用直流120度变频(方波驱动)和直流180度变频(正玄波驱动)两种方案。前者成本低、控制算法简单，但节能效果和噪音控制并不理想，在国外已经基本淘汰。与前者相比，直流180度变频空调有着优越的节能效果，运转更为平稳安静，配合新型冷媒可以做到零污染，非常符合当前节能减排的发展方向。但目前180度直流变频空调的控制器核心技术都掌握在几家跨国公司的手里，这些跨国公司总是封锁其核心技术，国内的空调厂家虽然已在生产180度直流变频空调，但其在控制器核心技术方面仍然是空白。所以，国内的空调厂家基本上都是高价成套采购这些跨国公司生产的控制器，导致180度直流变频空调的生产成本高居不下。

近年，国内的几家主要空调厂家海尔、美的、格力等也研发出180度直流变频空调控制器，但由于未能成功突破变频逆变控制关键核心技术，变频逆变控制模块还得依赖进口，其方案构成至少需要二个可编入软件的微控制器，即一个依赖进口的已编入他人软件的用于变频逆变控制的模块，和另一个可编入自主研发软件的用于其他智能控制的模块。中国发明专利申请200610144999.2(申请日：2006-11-29，公开日：2008-06-04)的公开文献CN101192807A，所描述的就是典型的上述方案。该类方案自然还存在变频逆变控制关键核心技术需依赖他人，成本仍高居不下等缺陷。

申请人检索了大量本申请有关的现有技术文献，认为中国专利文献(以公开时间为序)CN1083170C、CN1266428C、CN101192807A、CN101191651A、CN201072207Y均为本发明相关现有技术文献；并认为其中公开文献CN101192807A是本发明最接近的现有技术文献。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种通过嵌入式软件，采用双闭环控制的简称为FOC的无传感器磁场向量控制方式的直流变频空调压缩机智能控制器及其控制方法的技术方案。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

本发明控制器硬件配置的基本方案：一种直流变频空调压缩机智能控制器，包括依次实行电连接的整流滤波电路(220)与用于驱动直流变频压缩机(140)的功率模块(210)，所述整流滤波电路(220)具有用于连接交流市电(150)的电接口，所述的功率模块(210)具有用于连接直流变频压缩机(140)的电接口；其特征在于，所述整流滤波电路(220)另经用于提供低压电源的开关电源(240)与作为核心处理单元的单个DSP控制器(200)电连接，所述单个DSP控制器(200)还分别与所述功率模块(210)、用于与空调室内机(100)通讯的通讯隔离电路(250)、用于驱动空调室外机风机的风机驱动电路(280)、用于将温度信号转化为能被所述DSP控制器(200)接收的电信号的温度采样电路(270)电连接，所述温度采样电路(270)具有用于连接温度传感器(120)的电接口；在所述DSP控制器(200)中植入控制软件，采用简称为FOC的无传感器磁场向量控制方式，所述FOC采用双闭环控制，内环为电流环，外环为速度环；电流环实现对压缩机永磁同步电机驱动电流的解耦控制，间接控制电机的输出扭矩；速度环用来控制压缩机的工作频率，使其既能满足定频时的稳态要求又能满足变频时的动态响应。

为实现所控制的空调机制冷、制热方式切换，所述DSP控制器(200)还连接用于控制空调室外机四通阀(110)的继电器(260)。

为提高功率因数，所述整流滤波电路(220)先经过功率因数校正电路(230)，再分别与所述功率模块(210)及开关电源(240)电连接。

为实现所控制的空调机制冷、制热方式切换，同时提高功率因数，所述整流滤波电路(220)先经过功率因数校正电路(230)，再分别与所述功率模块(210)及开关电源(240)电连接；所述DSP控制器(200)还连接用于控制空调室外机四通阀(110)的继电器(260)。

作为上述方案的进一步方案，所述功率模块(210)包括一组单电阻电流采样电路，所述单电阻电流采样电路通过采集在母线负端串接的电阻R上的直流信号，通过电机相电流重构技术，还原出电机的3相电流信息。

作为优选，所述采样电阻即为IPM功率模块(210)的过流保护电阻。本优选方案采样电阻正是利用了IPM功率模块的过流保护电阻，所以不会增加任何硬件成本。

作为上述进一步方案并列方案，所述功率模块(210)包括一组三电阻电流采样电路，所述三电阻电流采样电路通过采集分别串接在所述功率模块(210)三相下桥臂负端上的三个电阻R1、R2、R3上的直流信号，直接获得电机的三相电流信息。

作为优选，所述三个采样电阻R1、R2、R3即为IPM功率模块(210)的过流保护电阻。

作为进一步具体方案，所述功率因数校正电路(230)主功率电路包括自输入侧开始依次电连接的下列元器件：二极管全波整流电路、储能电感L、功率管S、升压二极管D、输出电容C，以及相关负载；连续模式功率因数校正算法结构分为电压外环、给定算法及电流内环三部分；电压外环实现输出直流电压跟随给定电压；电流给定算法产生与输入电压一致的正弦波形，并加入恒功率电压前馈；电流内环实现输入交流电流跟随输入交流电压波形，完成PFC功能。

本发明控制器智能控制方法的基本方案：一种直流变频空调压缩机的智能控制方法，用如权利要求1或2所述的直流变频空调压缩机智能控制器进行控制实施。

作为上述控制方法的基本方案的进一步优选方案，所述内环电流环的控制流程为：

a1、首先对压缩机相电流进行采样，然后进行电流解耦的坐标变换。通过Clake变换将三相电流变换为两相静止正交坐标系，通过Park变换将其变换为两相旋转坐标系。在两相旋转坐标系中，通过控制交轴电流就能够达到控制电机输出扭矩的作用。

a2、对变换后的旋转坐标系的两相电流进行电流环PID闭环控制。其中直轴(D轴)分量为电机的励磁电流，使其始终为零；而交轴(Q轴)分量为电机的转矩电流，使其自动跟随速度环输出的给定值。

a3、对电流环的输出量进行反Park变换，并通过空间矢量算法(SVPWM)将其转化为PWM波的占空比。

a4、根据空间矢量算法计算出的PWM波的占空比，通过DSP的3组PWM输出端口，输出6路互补的PWM波形，用来控制功率逆变桥直接驱动直流变频压机。

所述外环速度环的控制流程为：

b1、根据空间矢量算法计算出的三相PWM波的占空比和实际的压机电流采样值，通过滑模观测器估算压机转子的实际位置。其估计出的角度值将用以下一中断周期的坐标变换，和电机转速的计算。

b2、根据电机转子位置的估算值计算压机的实际运行频率，并通过速度环的PID闭环调节，使得压机的实际运行频率有效跟随目标频率，达到压机频率的自动控制。

作为上述控制方法的基本方案的进一步优选方案，该控制软件包括一个主循环函数和一个主中断函数，优先执行主中断函数，所述主循环函数时间间隔周期设定为以ms计的瞬间T，用于执行压缩机转速检测、速度环PID调节、压缩机位置反馈补偿、与室内机通讯、空调运行状态控制；所述主中断函数时间间隔周期设定为远小于T的以0.1ms计的瞬间t，用于执行压缩机相电流、直流母线电压、交流输入电压AD采样、坐标变换、电流环PID调节、反Park变换、空间矢量计算SVPWM即压缩机的矢量变频控制、电机转子位置估算。

作为上述控制方法的基本方案的进一步优选方案，所述主循环函数用来执行的控制步骤包括：

c1、上电复位后，首先对系统进行初始化，包括：对各个硬件模块寄存器的初始化、软件变量初值的初始化以及各个系统中断的设置与开启，系统初始化完成后程序便进入主循环函数；

c2、判断程序运行是否达到设定的时间间隔T1，如果达到T1则执行包括但不限于下述控制流程：压机转速检测、速度环PID调节、压机位置反馈补偿；其中，压机转速检测子函数主要负责根据压缩机的外置反馈信息实时计算压机的转速；速度环PID调节子函数则比较压缩机实际频率与目标频率的差值，并进行PID闭环控制，使压缩机实际频率自动跟踪目标频率，达到有效控制压机频率的目的，速度环的输出量将作为电流环的给定量；

c3、判断程序运行是否达到设定的大于T1的设定时间间隔T2，如果达到T2则执行与室内机通讯的流程；与室内机的通讯主要包括空调系统室内机和室外机运行参数的交换、系统错误信息和保护命令的交换；

c5、系统在空闲时，则执行空调运行状态控制流程和系统保护流程等；其中，空调运行状态控制流程主要执行空调制冷、制热等不同条件下对压缩频率的实时控制，保证空调总是工作在能效比最佳的状态下；系统保护流程则主要负责保护空调室外机各个硬件单元都工作在安全范围内，包括但不限于控制器的电压、电流保护，压缩机的各种温度保护和频率限制。

所述主中断函数用来执行以下步骤：

d1、每当程序运行达到设定的时间间隔t后，则进入此中断函数；首先对压缩机的相电流、控制器的直流母线电压模拟量进行数字化采样，这些模拟量做为系统控制的外部反馈和控制基础；

d2、对压缩机相电流采样值进行坐标变换；通过Clake变换将三相电流变换为两相静止正交坐标系，通过Park变换将其变换为两相旋转坐标系；

d3、对变换后的旋转坐标系的两相电流进行电流环PID闭环控制；使得压缩机电流的直轴分量总是保持为零，而交轴分量自动跟随速度环输出的给定值；

d4、对电流环的输出量进行反Park变换，将其转换到两相静止坐标系；变换后的输出量将用于计算SVPWM的占空比；

d5、根据上面的输出量，通过空间矢量脉宽调制算法(SVPWM)，将其换算为三相PWM波的占空比；通过DSP的3组PWM输出端口，控制功率模块直接驱动直流变频压机；

d6、根据上一步输出的三相PWM波的占空比和实际的压机电流采样值，通过滑模观测器估算压机转子的实际位置；其估计出的角度值将用以下一中断周期的坐标变换；

作为上述控制方法的基本方案的进一步优选方案，用如权利要求3或4所述的直流变频空调压缩机智能控制器进行控制实施，所述主循环函数还执行PFC(功率因数校正)电压环控制，相应的，在步骤c3与c5间插入步骤：

c4、判断程序运行是否达到设定的大于T2的时间间隔T3，如果达到T3，则执行PFC电压环控制流程；PFC(功率因数校正)电压环控制主要为了实现对系统母线电压的有效控制，使母线电压能够长期稳定在要求范围内，实现升压和稳压的功能；

所述主中断函数还执行数字PFC电流环控制，在步骤d1中还进行PFC电感的电流和交流输入电压等模拟量进行数字化采样，在步骤d6后还有步骤：

d7、根据第一步中采样得到的PFC电感的电流和交流输入电压，以及t5循环周期中PFC电压闭环控制的输出量，进行数字PFC电流环的PID闭环控制。

作为优选，所述步骤c2还包括执行压机位置反馈补偿子函数，用于消除对压缩机位置估算可能产生的滞后误差。

作为优选，所述空间矢量算法(SVPWM)是将定子电流产生的磁场分为6个相限和6个基本矢量、2个零矢量，任意方向的定子磁场都是由两个相邻的基本矢量合成得到的；每个基本矢量都对应一种开状态，通过改变6个开关管的导通状态可以随意切换6个基本矢量；任意方向的空间矢量被分为6个相限，每个相限的矢量都是由两个相邻的基本矢量和两个零矢量构成，通过改变两个基本矢量的占空比来改变合成矢量的大小和方向。

所述电机转子位置估算方法利用一种被称为滑模观测器数学模型进行估算，根据电机在两相静止坐标系(α-β坐标系)下的模型来建立状态方程，通过不断获取电流估计值和测量值之间的偏差来修正模型，使两者之间的偏差逐渐消失，以实现对转子转角和速度的估计；将估计电流和定子实测电流之差，带入饱和函数，然后用自适应数字低通滤波器进行相移补偿，由输出结果即可得到转子位置角的正余弦函数。

所述利用一种被称为滑模观测器数学模型进行估算的电机转子位置估算方法包括以下运算流程：

e1、根据插入式永磁同步电机在两相静止坐标系(α-β坐标系)下的模型来建立状态方程：

计算出估计电流

e2、比较估计电流与实际电流i_S的差值，然后通过一组饱和函数的计算，得到包含反电动势信息的变量z_S；

e3、由于信号z_S中除了包含反电动势信息外，还包含许多高频分量和噪声，所以在对其进行低通滤波后，就得到了有用的反电动势信息

e4、由于反电动势

中包含位置角的正余弦函数，所以通过反正切函数的磁链角度估算，就得到的角度信息

e5、由于采用低通滤波器来获取反电动势，引入了相位延迟。因此，需要根据低通滤波器的相位响应，做一个相位延迟表，来获取运行时相应指令速度ω_r的相移角Δθ，对

进行补偿，最后得到转子转角估算值

即：

所述PFC(功率因数校正)为采用数字控制单相Boost功率因数校正(PFC)技术，用于如权利要求7所述的直流变频空调压缩机智能控制器，该数字PFC技术是采用电感电流连续模式(ContinuouS。onductionmode，CCM)的有源功率因数校正技术；CCM的PFC的控制为乘法器原理，开关频率固定，开关管导通比随着电感电流而变化，最终使得平均电感电流跟踪正弦给定，实现功率因数校正。

所述PFC(功率因数校正)的工作流程包括：

f1、采样母线电压U_o，并与给定值U_r进行比较，然后对其误差进行PID调节；完成电压环控制后，输出的U_m用作计算电流环的给定；

f2、对交流侧输入电压进行AD采样，得到整流后的交流输入电压u_l，将其与电压环的输出U_m相乘得到电流环的给定i_mo；经过乘法器后的电流环的给定i_mo是基本上和交流输入电压成正比的波形；再经过后面的电流环控制，确保输入电流对输入电压的跟踪，实现的功率因数校正；

f3、通过对输入端串联的采样电阻R_s进行采样，得到输入端电流信号I_s；通过对I_s和i_mo的误差进行PID控制，得到开关管S的占空比，然后通过DSP的PWM输出管脚和IGBT驱动电路控制开关管S，确保实际电流I_s跟踪给定电流i_mo，实现电流闭环控制；

f4、经过以上电压闭环控制和电流闭环控制，实现有源功率因数校正，并使得母线电压稳定在系统需要的电压值上，减小的母线滤波电容的纹波电流。

一种直流变频空调压缩机智能控制器的压缩机电机相电流重构方法，利用所述电阻R采样逆变器直流母线电流，根据逆变器所处开关状态和三相电流关系，计算出各相电流，实现交流电动机的相电流重构。

一种直流变频空调机，其配置有上述压缩机智能控制器。

一种直流变频空调机，其特征在于，其配置有上述压缩机智能控制器，并使用上述用于控制直流变频空调压缩机的智能控制方法。

本发明完全实现了直流180度变频空调的无传感器矢量变频技术及其核心算法的自有化，并在此基础上，加入了一些独特的创新设计和特有技术。填补了国内在180度直流变频空调控制领域的技术空白。本发明180度直流变频空调电控器采用当今世界上主流的无传感器空间矢量变频技术，配合独特的单电阻母线电流采样技术，实现了低成本、高能效的变频压缩机驱动。并且整合了数字有源功率因数校正(PFC)，使得整机的功率因数可以达到99.5％以上，完全满足目前欧洲市场对家电功率因数和谐波的要求。接下来针对我们控制方案的技术特点和主要创新进行简要的阐述。

本发明的核心技术：

1、空间矢量变频技术(SVPWM)。与目前多数180度直流变频空调采用的正玄脉宽调制(SPWM)技术相比，空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)能够使母线电压的利用率提高13.4％。从而使母线电压得到最大利用，并使压缩机的驱动效率(如最高转速、最大输出扭矩等)得到明显提高。但与SPWM相比SVPWM的软件算法相对复杂。目前该技术已全部自有化，并针对180度直流变频空调的整体控制方案进行了独特的改进。具体改进在技术创新中进一步介绍。

2、磁场向量控制(FOC)驱动技术。通过将三相固定坐标系转化为两相旋转坐标系，实现对三相永磁同步压缩机的解耦控制。使得压缩机的转速更加平稳，电流更加平滑，减少压缩机换相脉动，使其运转更加安静平稳，有效的降低了空调的运转噪音。

无传感器位置反馈技术。采用滑模观测法，根据母线电压和电机定子的相电流估算电机转子的实际位置。该技术有效的实现了三相永磁同步电机转子的实时位置反馈，并且对电机的参数的适应性强，只需要简单调整几项参数，便可实现对各种压缩机的高效控制。且该技术无需增加额外的反电动势采样电路，有效的降低的控制器的整机成本。

3、双闭环自控技术。采用电流内环和速度外环的双闭环控制技术对压缩机进行高效精准的自动控制。使得压缩机的速度和电流能够独立调节，即压缩机在频率一定的情况下可随负载变化自动调整输出转矩。有效的提高了压缩机对负载变化的适应能力和速度响应能力，使得压缩机运转更平稳、频率响应更迅速，也就使得空调的制冷制热更迅速，温度控制更精确。

4、数字有源功率因数校正(PFC)技术。该系统整合了数字有源功率因数校正，能够使整机的功率因数达到99.5％以上。我们采用连续电流控制模式(CCM)，通过电流环和电压环的双闭环控制，使得母线电压能够稳定在400V左右，输入电压可以适应160VAC～275VAC。完全满足世界各国对家电的功率因数和谐波的要求。该方案取消了传统硬件PFC所需的专用控制芯片，有效的节省了整机的硬件成本。

本发明的突破创新：

一、单电阻母线电流采样技术。该项技术在母线负端以采样电阻的形式，对母线电流进行采样。配合我们独有的母线电流还原法，通过对特殊时刻的母线电流进行采样，那后解析出电机的三相定子电流。该算法为我们独有的创新技术，与目前其它同类产品(采用相电流采样方案)相比，这种单电阻母线电流采样技术可以有效的节省电路硬件成本，简化PCB布板设计，并且对IPM功率模块的适应性强，使得产品对电子器件的选择面更广，更有利于产品的更新换代和压缩成本。

二、SVPWM脉宽补偿技术。配合单电阻母线电流采样技术，为了使其在极限情况下(如输出功率极小和极大时)采样更加准确，必须对逆变桥的脉冲调制宽度进行补偿。我公司对现有的SVPWM算法进行创新改进，使其能够在极限情况下更加准确的采集到母线中的有效电流。

三、无传感器压缩机启动技术。在传统的无位置传感器变频压缩机驱动方案中，启动一直是个难题。由于在压缩机静止的情况下，无法检测到电机的反电动势，所以就无法得知电机转子初始的准确位置，使其存在启动难、启动转矩小等问题。我们独创的无传感器压缩机启动技术，将启动过程分为几个独立的流程，使压缩机分阶段的逐渐启动，从开环控制逐步进入到闭环控制。实践证明该技术简单有效的实现了无位置传感器压缩机的启动，且单次启动成功率在95％以上，对启动负载的适应性也比较强，有很好实用价值。

四、数字PFC脉宽调制技术。当今数字功率因数校正技术为开关电源技术的前沿领域，各种控制模式和方案也都各有千秋。我们自主研发的以连续电流模式(CCM)为基础的数字PFC脉宽调制技术，有效的对输入电功率因数进行了校正，并使输出母线电压稳定在一个合理的目标设定值上。实践证明该项技术能够与专用的PFC控制芯片媲美，使其整机功率因数稳定在99.5％以上。有效的降低了整机的成本，提高了产品的品质。

附图说明

图1为本发明控制器的硬件原理框图。

图2为本发明控制器软件的主循环函数流程图。

图3为本发明控制器软件的主中断函数流程图。

图4为本发明控制器无无传感器FOC(磁场向量控制)系统的结构框图。

图5为本发明控制器的空间矢量示意图。

图6为本发明控制器的逆变桥开关状态示意图。

图7为本发明控制器的PWM占空比示意图。

图8为本发明控制器功率模块母线单电阻电流采样电路的硬件原理图。

图9为本发明控制器功率模块采用母线单电阻电流采样电路方案逆变器开关处于(Sa，Sb，Sc)＝(1，0，0)状态时的电流走向示意图。

图10为本发明控制器滑模观测器估计电机位置的结构流程图。

图11为本发明控制器的采用电感电流连续模式的数字PFC系统框图。

图12为本发明控制器功率模块三电阻电流采样电路的硬件原理图。

图13为本发明控制器功率模块采用三电阻电流采样电路方案逆变器开关处于(Sa，Sb，Sc)＝(1，0，0)状态时的电流走向示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。在此直流变频空调压缩机智能控制器又称作直流变频空调室外控制器。

实施例一：

实施例一汇集本发明所有主要技术特征，是本发明一种直流变频空调压缩机智能控制器及其控制方法的最佳实施例。

实施例一的控制器的硬件原理框图如图1所示，虚线以内代表直流变频空调室外控制器的内部硬件结构，虚线以外代表控制器连接和控制的外部功能单元。

如图1所示，实施例一的直流变频空调压缩机智能控制器，包括依次实行电连接的整流滤波电路(220)与用于驱动直流变频压缩机(140)的功率模块(210)，所述整流滤波电路(220)具有用于连接交流市电(150)的电接口，所述的功率模块(210)具有用于连接直流变频压缩机(140)的电接口；所述整流滤波电路(220)另经用于提供低压电源的开关电源(240)与作为核心处理单元的单个DSP控制器(200)电连接，所述单个DSP控制器(200)还分别与所述功率模块(210)、用于与空调室内机(100)通讯的通讯隔离电路(250)、用于驱动空调室外机风机的风机驱动电路(280)、用于将温度信号转化为能被所述DSP控制器(200)接收的电信号的温度采样电路(270)电连接，所述温度采样电路(270)具有用于连接温度传感器(120)的电接口。作为本发明的最佳实施例，在本实施例中，所述整流滤波电路(220)先经过功率因数校正电路(230)，再分别与所述功率模块(210)及开关电源(240)电连接；所述DSP控制器(200)还连接用于控制空调室外机四通阀(110)的继电器(260)。

功率模块(210)包括一组电阻电流采样电路，在本实施例中提供二种电阻电流采样电路的优选方案：

所述电流采样电路的优选方案一：功率模块(210)包括一组单电阻电流采样电路，如图8所示，单电阻电流采样电路通过采集在母线负端串接的电阻R上的直流信号，通过电机相电流重构技术，还原出电机的3相电流信息。在本实施例中，该采样电阻正是利用了IPM功率模块(210)的过流保护电阻，所以不会增加任何硬件成本。而传统的电流检测方法是应用电流传感器检测电流，但较贵的传感器使得系统成本增加。另一种方法是利用多个廉价的线性电阻获取电流信息，但在硬件受限的条件下，有时也难以实现。从降低系统成本、减小体积出发，用单电流检测技术获取电机与驱动系统电流信息的方法成为一种有效方式。

所述电流采样电路的优选方案二：所述功率模块(210)包括一组三电阻电流采样电路，如图12所示，所述三电阻电流采样电路通过采集分别串接在所述功率模块(210)三相下桥臂负端上的三个电阻R1、R2、R3上的直流信号，直接获得电机的三相电流信息。所述三个采样电阻R1、R2、R3即为IPM功率模块(210)的过流保护电阻。与优选方案一相比，本优选方案二的优点是软件算法相对简单，易于编程及控制实施；但硬件成本稍高。

如图11所示，功率因数校正电路(230)主功率电路包括自输入侧开始依次电连接的下列元器件：二极管全波整流电路、储能电感L、功率管S、升压二极管D、输出电容C，以及相关负载；连续模式功率因数校正算法结构分为电压外环、给定算法及电流内环三部分；电压外环实现输出直流电压跟随给定电压；电流给定算法产生与输入电压一致的正弦波形，并加入恒功率电压前馈；电流内环实现输入交流电流跟随输入交流电压波形，完成PFC功能。

以下为控制器的各硬件组成部分功能描述：

1、直流变频空调室外控制器的电源由交流市电220VAC(150)提供，经过整流滤波电路(220)和功率因数校正电路(230)后转为直流3I0VDC左右。功率因数校正电路(230)用来提高功率因数。如未经功率因数校正电路(230)，功率因数约为95％左右；经功率因数校正电路(230)校正后，相应的功率因数能稳定在99.5％以上。

2、经整流后的直流电源给功率模块(210)供电，并经开关电源(240)后，为控制器整机提供低压电源。

3、直流变频空调室外控制器与室内机控制器(100)连接，通过隔离通讯电路(250)与室内机进行通讯，交换空调控制系统的相关数据和控制指令。

4、室外控制器由DSP(200)作为核心处理单元，采用单CPU方案的非隔离系统，有效降低了硬件成本。

5、由DSP(200)控制，通过功率模块(210)驱动直流变频压机(140)。执行空调的制冷、制热功能。并通过改变压缩机的频率调节空调的制冷、制热功率。

6、通过温度采样电路(270)采集空调室外机的各项温度参数(120)，进行空调工作状态的有效控制，保证空调制冷、制热达到最高效率和最佳效果。

7、通过相关的驱动电路(280)控制室外的风机(130)，通过改变其转速调节室外机的热交换量。

8、通过相关继电器(260)控制室外机的四通阀(110)，可以改变空调的制冷和制热状态。

以下详细说明本实施例的控制方法：

在所述DSP控制器(200)中植入控制软件，该控制软件包括一个主循环函数和一个主中断函数，系统优先执行主中断函数，所述主循环函数时间间隔周期设定为以ms计的瞬间T，如选用T＝1ms，用于执行压缩机转速检测、速度环PID调节、压缩机位置反馈补偿、与室内机通讯、空调运行状态控制；所述主中断函数时间间隔周期设定为远小于T的以0.1ms计的瞬间t，如选用t＝0.1ms，用于执行压缩机相电流、直流母线电压、交流输入电压AD采样、坐标变换、电流环PID调节、反Park变换、空间矢量计算SVPWM即压缩机的矢量变频控制、电机转子位置估算。

以下结合附图说明实施例一控制器的控制方法：

主循环函数的软件流程图如图2所示，以下对主循环函数的软件流程图进行说明：

1、上电复位后，首先对系统进行初始化。包括：对各个硬件模块寄存器的初始化、软件变量初值的初始化以及各个系统中断的设置与开启。系统初始化完成后程序便进入主循环函数。

2、判断程序运行是否达到1ms时间间隔，如果达到1ms则执行压机转速检测、速度环PID调节、压机位置反馈补偿等流程。其中，压机转速检测子函数主要负责根据压缩机的外置反馈信息实时计算压机的转速；速度环PID调节子函数则比较压缩机实际频率与目标频率的差值，并进行PID闭环控制，使压缩机实际频率自动跟踪目标频率，达到有效控制压机频率的目的，速度环的输出量将作为电流环的给定量；压机位置反馈补偿子函数主要是为了消除滑模观测器对压缩机位置估计是产生的滞后误差。

3、判断程序运行是否达到4ms时间间隔，如果达到4ms则执行与室内机通讯的流程。与室内机的通讯主要包括空调系统室内机和室外机运行参数的交换、系统错误信息和保护命令的交换等。

4、判断程序运行是否达到50ms时间间隔，如果达到50ms则执行PFC电压环控制流程。PFC(功率因数校正)电压环控制主要为了实现对系统母线电压的有效控制，使母线电压能购长期稳定在要求范围内，实现升压和稳压的功能。

5、系统在空闲时，则执行空调运行状态控制流程和系统保护流程等。其中，空调运行状态控制流程主要执行空调制冷、制热等不同条件下对压缩频率的实时控制，保证空调总是工作在能效比最佳的状态下；系统保护流程则主要负责保护空调室外机各个硬件单元都工作在安全范围内，如控制器的电压、电流保护，压缩机的各种温度保护和频率限制等。

系统的主中断函数流程如图3所示，该中断的时间间隔为100us，压缩机的矢量变频控制和数字功率因数校正等一些核心控制算法均在此中断函数中实现。以下对主中断函数流程的软件流程图进行说明：

1、每当程序运行达到100us的时间间隔后，则进入此中断函数。首先对压缩机的相电流、控制器的直流母线电压、PFC电感的电流和交流输入电压等模拟量进行数字化采样。这些模拟量做为系统控制的外部反馈和控制基础。

2、对压缩机相电流采样值进行坐标变换。通过Clake变换将三相电流变换为两相静止正交坐标系，通过Park变换将其变换为两相旋转坐标系。

3、对变换后的旋转坐标系的两相电流进行电流环PID闭环控制。使得压缩机电流的直轴分量总是保持为零，而交轴分量自动跟随速度环输出的给定值。电流环的PID调节有效的控制了电机的驱动电流，确保其工作的效率最高。

4、对电流环的输出量进行反Park变换，将其转换到两相静止坐标系。变换后的输出量将用于计算SVPWM的占空比。

5、根据上面的输出量，通过空间矢量脉宽调制算法(SVPWM)，将其换算为三相PWM波的占空比。通过DSP的3组PWM输出端口，控制功率模块直接驱动直流变频压机。

6、根据上一步输出的三相PWM波的占空比和实际的压机电流采样值，通过滑模观测器估算压机转子的实际位置。其估计出的角度值将用以下一中断周期的坐标变换。

7、根据第一步中采样得到的PFC电感的电流和交流输入电压，以及50ms循环周期中PFC电压闭环控制的输出量，进行数字PFC电流环的PID闭环控制。该流程使得交流输入的功率因数达到99.8％。

图4为FOC(磁场向量控制)的结构框图。如图4所示，FOC采用双闭环控制，其中，内环为电流环，外环为速度环。

电流环实现了对永磁同步电机驱动电流的解耦控制，由于永磁同步电机的输出扭矩基本正比与电机的交轴电流，所以可以利用电流环来间接控制电机的输出扭矩。速度环用来控制压缩机的工作频率，使其既能满足定频时的稳态要求又能满足变频时的动态响应。根据电机的运动方程：

式中，J为转子的转动惯量，ω_m为转子机械角速度。(ω_e＝P_mω_m)，T_e为输出扭矩，T_l为负载转矩。因此可以通过速度和扭矩的双闭环控制达到对变化负载的自适应控制。如在稳态时，档压缩机的负载变大时，可以增加驱动电流，使电机的输出扭矩变大，达到平衡负载、稳定速度的目的。

如图4，内环电流环的控制流程为：

1、首先对压缩机相电流进行采样，然后进行电流解耦的坐标变换。通过Clake变换将三相电流变换为两相静止正交坐标系，通过Park变换将其变换为两相旋转坐标系。

在两相旋转坐标系中，通过控制交轴电流就能够达到控制电机输出扭矩的作用。

2、对变换后的旋转坐标系的两相电流进行电流环PID闭环控制。其中直轴(D轴)分量为电机的励磁电流，使其始终为零；而交轴(Q轴)分量为电机的转矩电流，使其自动跟随速度环输出的给定值。

3、对电流环的输出量进行反Park变换，并通过空间矢量算法(SVPWM)将其转化为PWM波的占空比。

4、根据空间矢量算法计算出的PWM波的占空比，通过DSP的3组PWM输出端口，输出6路互补的PWM波形，用来控制功率逆变桥直接驱动直流变频压机。

如图4，外环速度环的控制流程为：

1、根据空间矢量算法计算出的三相PWM波的占空比和实际的压机电流采样值，通过滑模观测器估算压机转子的实际位置。其估计出的角度值将用以下一中断周期的坐标变换，和电机转速的计算。

2、根据电机转子位置的估算值计算压机的实际运行频率，并通过速度环的PID闭环调节，使得压机的实际运行频率有效跟随目标频率，达到压机频率的自动控制。

图5为本发明控制器的空间矢量示意图；图6为本发明控制器的逆变桥开关状态示意图；图7为本发明控制器的PWM占空比示意图。

空间矢量算法(SVPWM)是将定子电流产生的磁场分为6个相限和6个基本矢量、2个零矢量，如图5所示。任意方向的定子磁场都是由两个相邻的基本矢量合成得到的。

如图6所示，每个基本矢量都对应一种开状态，通过改变6个开关管的导通状态可以随意切换6个基本矢量。图6的表格中，1代表上管导通、下管关断，0代表下管导通、上管关断。例如，矢量V1对应A上、B下、C下导通，相当于A相电流为正，B、C相电流为负。其中，000和111分别代表两个零矢量，因为当3个上管同时导通或者3个下管同时导通时，电机中没有电流流入或者流出。

任意方向的空间矢量被分为6个相限，每个相限的矢量都是由两个相邻的基本矢量和两个零矢量构成，通过改变两个基本矢量的占空比来改变合成矢量的大小和方向。图7为第一相限内矢量的占空比示意图，图中PWM波的占空比采用7段法表示，T1代表基本矢量V1的占空比，T2代表基本矢量V2的占空比，T0代表零矢量的占空比。这种PWM的调制方式就是空间矢量脉宽调制(SVPWM)。

图8为母线单电阻采样电机相电流重构技术的硬件原理框图。图中通过采集在母线负端串接的电阻R上的直流信号，通过电机相电流重构技术，还原出电机的3相电流信息。该采样电阻正是利用了IPM功率模块的过流保护电阻，所以不会增加任何硬件成本。而经典的电流检测方法是应用电流传感器检测电流，但较贵的传感器使得系统成本增加。另一种方法是利用多个廉价的线性电阻获取电流信息，但在硬件受限的条件下，有时也难以实现。从降低系统成本、减小体积出发，用单电流检测技术获取电机与驱动系统电流信息的方法成为一种有效方式。

本发明采用电机相电流重构技术：在分析了互补PWM模式下逆变器换流基础上，现提出空间矢量PWM(SVPWM)控制方式下交流电动机相电流重构技术。该技术用一个线性电阻采样逆变器直流母线电流，根据逆变器所处开关状态和三相电流关系，计算出各相电流，实现交流电动机的相电流重构。所谓互补输出即以图8所示的逆变系统中，同一桥臂的上、下两个功率开关器件，在上桥臂器件导通时，下桥臂器件处于关断状态，反之亦然。

如前面所述，定义开关变量取0或1两种状态，其中1表示上桥臂功率开关器件导通；0表示下桥臂功率开关器件导通。则有图6中表格所示的8种逆变器开关状态。其中，(Sa，Sb，Sc)＝(0，0，0)和(Sa，Sb，Sc)＝(1，1，1)时，逆变器输出电压为零，于是将逆变器的这两种开关状态定义为零状态，而将其余6种状态定义为有效状态。当逆变器开关处于有效状态时，例如处于(Sa，Sb，Sc)＝(1，0，0)，其电流流通路径如图9所示。由图9可见，该状态下，直流母线电流Idc即为交流电动机的A相电流。同理基于开关状态的定子电流可表示如下：

Idc＝Ia when(Sa，Sb，Sc)＝(1，0，0)

Idc＝-Ia when(Sa，Sb，Sc)＝(0，1，1)

Idc＝Ib when(Sa，Sb，Sc)＝(0，1，0)

Idc＝-Ib when(Sa，Sb，Sc)＝(1，0，1)

Idc＝Ic when(Sa，Sb，Sc)＝(0，0，1)

Idc＝-Ic when(Sa，Sb，Sc)＝(1，1，0)

Idc＝0when(Sa，Sb，Sc)＝(1，1，1)

Idc＝0when(Sa，Sb，Sc)＝(0，0，0)

图9为本发明控制器功率模块采用母线单电阻电流采样电路方案逆变器开关处于(Sa，Sb，Sc)＝(1，0，0)状态时的电流走向示意图。因此，根据以上关系在有效状态的适当时机对直流母线电阻进行采样，就能重构电机的三相电流。

图13为本发明控制器功率模块采用三电阻电流采样电路方案逆变器开关处于(Sa，Sb，Sc)＝(1，0，0)状态时的电流走向示意图。如前所述，采用三电阻电流采样电路方案，即能直接获得电机的三相电流信息；使得软件算法相对简单，易于编程及控制实施。

本发明采用一种被称为滑模观测器的计算模型来估计电机位置。

滑模观测器计算模型是根据电机在两相静止坐标系(α-β坐标系)下的模型来建立状态方程，它通过不断获取电流估计值和测量值之间的偏差来修正模型，使两者之间的偏差逐渐消失，以实现对转子转角和速度的估计。将估计电流和定子实测电流之差，带入饱和函数，然后用自适应数字低通滤波器进行相移补偿，由输出结果即可得到转子位置角的正余弦函数。

图10为滑模观测器估计电机位置的结构流程图。具体运算流程如下：

1、根据插入式永磁同步电机在两相静止坐标系(α-β坐标系)下的模型来建立状态方程

计算出估计电流

2、比较估计电流与实际电流i_S的差值，然后通过一组饱和函数的计算，得到包含反电动势信息的变量z_S。

3、由于信号z_S中除了包含反电动势信息外，还包含许多高频分量和噪声，所以在对其进行低通滤波后，就得到了有用的反电动势信息

4、由于反电动势

中包含位置角的正余弦函数，所以通过反正切函数的磁链角度估算，就得到的角度信息

5、由于采用低通滤波器来获取反电动势，引入了相位延迟。因此，需要根据低通滤波器的相位响应，做一个相位延迟表，来获取运行时相应指令速度ω_r的相移角Δθ，对

进行补偿，最后得到转子转角估算值

即：

本控制器采用数字控制单相Boost功率因数校正(PFC)技术，该数字PFC技术是采用电感电流连续模式(ContinuouS。onductionmode，CCM)的有源功率因数校正技术。CCM的PFC的控制为乘法器原理，开关频率固定，开关管导通比随着电感电流而变化，最终使得平均电感电流跟踪正弦给定，实现功率因数校正。

图11为采用电感电流连续模式的数字功率因数校正(PFC)系统框图，主功率电路由功率管Q、升压二极管D、储能电感L以及输出电容C组成，输入侧还包括二极管全波整流电路。连续模式功率因数校正算法结构分为电压外环、给定算法及电流内环三部分。电压外环实现输出直流电压跟随给定电压；电流给定算法产生与输入电压一致的正弦波形，并加入恒功率电压前馈；电流内环实现输入交流电流跟随输入交流电压波形，完成PFC功能。

数字PFC的工作流程如下：

1、采样母线电压U_o，并与给定值U_r进行比较，然后对其误差进行PID调节。完成电压环控制后，输出的U_m用作计算电流环的给定。

2、对交流侧输入电压进行AD采样，得到整流后的交流输入电压u_l。将其与电压环的输出U_m相乘得到电流环的给定i_mo，由于母线电压基本保持恒定，使得电压环的输出也基本保持恒定，所以经过乘法器后的电流环的给定i_mo是基本上和交流输入电压成正比的波形。再经过后面的电流环控制，就确保了输入电流对输入电压的跟踪，实现的功率因数校正。

3、通过对输入端串联的采样电阻R_s进行采样，可以得到输入端电流信号I_s。通过对I_s和i_mo的误差进行PID控制，可以得到开关管S的占空比，然后通过DSP的PWM输出管脚和IGBT驱动电路控制开关管S，确保实际电流I_s跟踪给定电流i_mo，实现电流闭环控制。

4、经过以上电压闭环控制和电流闭环控制，实现了有源功率因数校正，并使得母线电压稳定在系统需要的电压值上，减小的母线滤波电容的纹波电流。可以降低滤波电容的大小和体积，降低了系统的硬件成本。

应用上述压缩机智能控制器即可获得一种高性能的直流变频空调机，其配置有上述实施例一所述的压缩机智能控制器，即将所述控制器的各外接电接口与直流变频空调机相关部件电连接，如图1所示，主要包括：功率模块(210)与直流变频压缩机(140)相连接，通讯隔离电路(250)与空调室内机(100)相连接，温度采样电路(270)与温度传感器(120)相连接，继电器(260)与空调室外机四通阀(110)相连接。当整流滤波电路(220)经空调室内机(100)接通交流市电(150)后，作为核心处理单元的单个DSP控制器(200)就可以通过运行其所植入的控制软件，实行所述压缩机智能控制器对直流变频空调机的智能控制。

实施例二：

实施例二仅在实施例一的控制器的硬件配置中省去了用于控制空调室外机四通阀(110)的继电器(260)。用于单一制冷功能或单一制热功能空调机。其相关控制方法也与实施例一完全相同。因控制器的硬件配置中省去了用于控制空调室外机四通阀(110)的继电器(260)，其所适配的直流变频空调机也不需要外机四通阀(110)，因此，以此获得的直流变频空调机不能进行制冷、制热方式切换，仅具有单一制冷功能或单一制热功能；适用于单一制冷功能或单一制热功能需求的用户。

实施例三：

实施例三仅在实施例一的控制器的硬件配置中省去了功率因数校正电路(230)。其整流滤波电路(220)直接与用于驱动直流变频压缩机(140)的功率模块(210)电连接，整流滤波电路(220)同样另经用于提供低压电源的开关电源(240)与作为核心处理单元的单个DSP控制器(200)电连接；其他硬件配置与连接关系与实施例一相同。相应的，其相关控制方法也省去了与功率因数校正有关的部分流程，其他与实施例一完全相同，在此不再详细说明。以此获得的直流变频空调机功率因数指标稍为逊色，约为95％左右；但具有成本相对较低的优势。

实施例四：

实施例四仅在实施例一的控制器的硬件配置中省去了用于控制空调室外机四通阀(110)的继电器(260)与功率因数校正电路(230)。其整流滤波电路(220)直接与用于驱动直流变频压缩机(140)的功率模块(210)电连接，整流滤波电路(220)同样另经用于提供低压电源的开关电源(240)与作为核心处理单元的单个DSP控制器(200)电连接；其他硬件配置与连接关系与实施例一相同。相应的，其相关控制方法也省去了功率因数校正部分，其他与实施例一完全相同，在此也不再详细说明。以此获得的直流变频空调机不能进行制冷、制热方式切换，仅具有单一制冷功能或单一制热功能；功率因数指标稍为逊色，约为95％左右；但具有成本相对较低的优势，适用于单一制冷功能或单一制热功能需求的用户。

以上各实施例所述直流变频空调机均具有高性能运转、舒适静音、节能环保、能耗低的显著特点；与普通传统定频空调相比，可节约电能达40％以上。

Claims (23)

1.一种直流变频空调压缩机智能控制器，包括依次实行电连接的整流滤波电路(220)与用于驱动直流变频压缩机(140)的功率模块(210)，所述整流滤波电路(220)具有用于连接交流市电(150)的电接口，所述的功率模块(210)具有用于连接直流变频压缩机(140)的电接口；其特征在于，所述整流滤波电路(220)另经用于提供低压电源的开关电源(240)与作为核心处理单元的单个DSP控制器(200)电连接，所述单个DSP控制器(200)还分别与所述功率模块(210)、用于与空调室内机(100)通讯的通讯隔离电路(250)、用于驱动空调室外机风机的风机驱动电路(280)、用于将温度信号转化为能被所述DSP控制器(200)接收的电信号的温度采样电路(270)电连接，所述温度采样电路(270)具有用于连接温度传感器(120)的电接口；在所述DSP控制器(200)中植入控制软件，采用简称为FOC的无传感器磁场向量控制方式，所述FOC采用双闭环控制，内环为电流环，外环为速度环；电流环实现对压缩机永磁同步电机驱动电流的解耦控制，间接控制电机的输出扭矩；速度环用来控制压缩机的工作频率，使其既能满足定频时的稳态要求又能满足变频时的动态响应。

2.如权利要求1所述的直流变频空调压缩机智能控制器，其特征在于，所述DSP控制器(200)还连接用于控制空调室外机四通阀(110)的继电器(260)。

3.如权利要求1所述的直流变频空调压缩机智能控制器，其特征在于，所述整流滤波电路(220)先经过功率因数校正电路(230)，再分别与所述功率模块(210)及开关电源(240)电连接。

4.如权利要求1所述的直流变频空调压缩机智能控制器，其特征在于，所述整流滤波电路(220)先经过功率因数校正电路(230)，再分别与所述功率模块(210)及开关电源(240)电连接；所述DSP控制器(200)还连接用于控制空调室外机四通阀(110)的继电器(260)。

5.如权利要求1至4任一项所述的直流变频空调压缩机智能控制器，其特征在于，所述功率模块(210)包括一组单电阻电流采样电路，所述单电阻电流采样电路通过采集在所述功率模块(210)母线负端串接的电阻R上的直流信号，通过电机相电流重构技术，还原出电机的三相电流信息。

6.如权利要求5所述的直流变频空调压缩机智能控制器，其特征在于，所述电阻R即为IPM功率模块(210)的过流保护电阻。

7.如权利要求1至4任一项所述的直流变频空调压缩机智能控制器，其特征在于，所述功率模块(210)包括一组三电阻电流采样电路，所述三电阻电流采样电路通过采集分别串接在所述功率模块(210)三相下桥臂负端上的三个电阻R1、R2、R3上的直流信号，直接获得电机的三相电流信息。

8.如权利要求7所述的直流变频空调压缩机智能控制器，其特征在于，所述三个电阻R1、R2、R3即为IPM功率模块(210)的过流保护电阻。

9.如权利要求3或4所述的直流变频空调压缩机智能控制器，其特征在于，所述功率因数校正电路(230)主功率电路包括自输入侧开始依次电连接的下列元器件：二极管全波整流电路、储能电感L、功率管S、升压二极管D、输出电容C，以及相关负载；连续模式功率因数校正算法结构分为电压外环、给定算法及电流内环三部分；电压外环实现输出直流电压跟随给定电压；电流给定算法产生与输入电压一致的正弦波形，并加入恒功率电压前馈；电流内环实现输入交流电流跟随输入交流电压波形，完成PFC功能。

10.一种直流变频空调压缩机的智能控制方法，其特征在于，用如权利要求1或2所述的直流变频空调压缩机智能控制器进行控制实施。

11.如权利要求10所述的直流变频空调压缩机的智能控制方法，其特征在于，所述内环电流环的控制流程为：

a1、首先对压缩机相电流进行采样，然后进行电流解耦的坐标变换。通过Clake变换将三相电流变换为两相静止正交坐标系，通过Park变换将其变换为两相旋转坐标系；在两相旋转坐标系中，通过控制交轴电流就能够达到控制电机输出扭矩的作用；

a2、对变换后的旋转坐标系的两相电流进行电流环PID闭环控制；其中直轴即D轴分量为电机的励磁电流，使其始终为零；而交轴即Q轴分量为电机的转矩电流，使其自动跟随速度环输出的给定值；

a3、对电流环的输出量进行反Park变换，并通过空间矢量算法SVPWM将其转化为PWM波的占空比；

a4、根据空间矢量算法计算出的PWM波的占空比，通过DSP的3组PWM输出端口，输出6路互补的PWM波形，用来控制功率逆变桥直接驱动直流变频压机；

所述外环速度环的控制流程为：

b1、根据空间矢量算法计算出的三相PWM波的占空比和实际的压机电流采样值，通过滑模观测器估算压机转子的实际位置；其估计出的角度值将用以下一中断周期的坐标变换，和电机转速的计算；

b2、根据电机转子位置的估算值计算压机的实际运行频率，并通过速度环的PID闭环调节，使得压机的实际运行频率有效跟随目标频率，达到压机频率的自动控制。

12.如权利要求11所述的直流变频空调压缩机的智能控制方法，其特征在于，所述控制软件包括一个主循环函数和一个主中断函数，分别执行所述的外环速度环的控制流程与内环电流环的控制流程，优先执行主中断函数；所述主循环函数时间间隔周期设定为以ms计的瞬间T，用于执行压缩机转速检测、速度环PID调节、压缩机位置反馈补偿、与室内机通讯、空调运行状态控制；所述主中断函数时间间隔周期设定为远小于T的以0.1ms计的瞬间t，用于执行压缩机相电流、直流母线电压、交流输入电压AD采样、坐标变换、电流环PID调节、反Park变换、空间矢量计算SVPWM即压缩机的矢量变频控制、电机转子位置估算。

13.如权利要求12所述的直流变频空调压缩机的智能控制方法，其特征在于，所述主循环函数用来执行的控制步骤包括：

c1、上电复位后，首先对系统进行初始化，包括：对各个硬件模块寄存器的初始化、软件变量初值的初始化以及各个系统中断的设置与开启，系统初始化完成后程序便进入主循环函数；

c2、判断程序运行是否达到设定的时间间隔T1，如果达到T1则执行包括但不限于下述控制流程：压机转速检测、速度环PID调节；其中，压机转速检测子函数根据压缩机的外置反馈信息实时计算压机的转速；速度环PID调节子函数则比较压缩机实际频率与目标频率的差值，并进行PID闭环控制，使压缩机实际频率自动跟踪目标频率，达到有效控制压机频率的目的，速度环的输出量将作为电流环的给定量；

c3、判断程序运行是否达到设定的大于T1的设定时间间隔T2，如果达到T2则执行与室内机通讯的流程；与室内机的通讯包括空调系统室内机和室外机运行参数的交换、系统错误信息和保护命令的交换；

c5、系统在空闲时，则执行空调运行状态控制流程和系统保护流程；其中，空调运行状态控制流程执行空调制冷、制热不同条件下对压缩频率的实时控制，保证空调总是工作在能效比最佳的状态下；系统保护流程则负责保护空调室外机各个硬件单元都工作在安全范围内，包括控制器的电压、电流保护，压缩机的各种温度保护和频率限制；

所述主中断函数用来执行以下步骤：

d1、每当程序运行达到设定的时间间隔t后，则进入此中断函数；首先对压缩机的相电流、控制器的直流母线电压模拟量进行数字化采样，这些模拟量做为系统控制的外部反馈和控制基础；

d2、对压缩机相电流采样值进行坐标变换；通过Clake变换将三相电流变换为两相静止正交坐标系，通过Park变换将其变换为两相旋转坐标系；

d3、对变换后的旋转坐标系的两相电流进行电流环PID闭环控制；使得压缩机电流的直轴分量总是保持为零，而交轴分量自动跟随速度环输出的给定值；

d4、对电流环的输出量进行反Park变换，将其转换到两相静止坐标系；变换后的输出量将用于计算SVPWM的占空比；

d5、根据上面的输出量，通过空间矢量算法SVPWM，将其换算为三相PWM波的占空比；通过DSP的3组PWM输出端口，控制功率模块直接驱动直流变频压机；

d6、根据上一步输出的三相PWM波的占空比和实际的压机电流采样值，通过滑模观测器估算压机转子的实际位置；其估计出的角度值将用以下一中断周期的坐标变换。

14.如权利要求13所述的直流变频空调压缩机的智能控制方法，其特征在于，用于如权利要求3或4所述的直流变频空调压缩机智能控制器进行控制实施，所述主循环函数还执行PFC功率因数校正电压环控制，相应的，在步骤c3与c5间插入步骤：

c4、判断程序运行是否达到设定的远大于T2的时间间隔T3，如果达到T3，则执行PFC电压环控制流程；PFC功率因数校正电压环控制为了实现对系统母线电压的有效控制，使母线电压能够长期稳定在要求范围内，实现升压和稳压的功能；

所述主中断函数还执行数字PFC电流环控制，在步骤d1中还进行PFC电感的电流和交流输入电压模拟量进行数字化采样，在步骤d6后还有步骤：

d7、根据第一步中采样得到的PFC电感的电流和交流输入电压，以及T3循环周期中PFC电压闭环控制的输出量，进行数字PFC电流环的PID闭环控制。

15.如权利要求13所述的直流变频空调压缩机的智能控制方法，其特征在于，所述步骤c2还包括执行压机位置反馈补偿子函数，用于消除对压缩机位置估算可能产生的滞后误差。

16.如权利要求11或12或13所述的直流变频空调压缩机的智能控制方法，其特征在于，所述空间矢量算法SVPWM是将定子电流产生的磁场分为6个相限和6个基本矢量、2个零矢量，任意方向的定子磁场都是由两个相邻的基本矢量合成得到的；每个基本矢量都对应一种开状态，通过改变6个开关管的导通状态可以随意切换6个基本矢量；任意方向的空间矢量被分为6个相限，每个相限的矢量都是由两个相邻的基本矢量和两个零矢量构成，通过改变两个基本矢量的占空比来改变合成矢量的大小和方向。

17.如权利要求11或12或13所述的直流变频空调压缩机的智能控制方法，其特征在于，所述电机转子位置估算方法利用一种被称为滑模观测器数学模型进行估算，根据电机在两相静止坐标系即α-β坐标系下的模型来建立状态方程，通过不断获取电流估计值和测量值之间的偏差来修正模型，使两者之间的偏差逐渐消失，以实现对转子转角和速度的估计；将估计电流和定子实测电流之差，带入饱和函数，然后用自适应数字低通滤波器进行相移补偿，由输出结果即可得到转子位置角的正余弦函数。

18.如权利要求17所述的直流变频空调压缩机的智能控制方法，其特征在于，所述利用一种被称为滑模观测器数学模型进行估算的电机转子位置估算方法包括以下运算流程：

e1、根据插入式永磁同步电机在两相静止坐标系即α-β坐标系下的模型来建立状态方程： $\frac{d\stackrel{\·}{i_S}}{\mathrm{dt}}=(-\frac{R_S}{L_d}+\frac{{\mathrm{j\ω}}_r(L_d-L_q)}{L_d})\stackrel{\·}{i_S}+\frac{1}{L_d}\left(\stackrel{\·}{u_S}-\stackrel{\·}{e_S}\right),$ 计算出估计电流

e2、比较估计电流

与实际电流i_S的差值，然后通过一组饱和函数的计算，得到包含反电动势信息的变量z_S；

e3、由于信号z_S中除了包含反电动势信息外，还包含许多高频分量和噪声，所以在对其进行低通滤波后，就得到了有用的反电动势信息

e4、由于反电动势中包含位置角的正余弦函数，所以通过反正切函数的磁链角度估算，就得到的角度信息

e5、由于采用低通滤波器来获取反电动势，引入了相位延迟；因此，需要根据低通滤波器的相位响应，做一个相位延迟表，来获取运行时相应指令速度ω_r的相移角Δθ，对

进行补偿，最后得到转子转角估算值

即：

19.如权利要求14所述的直流变频空调压缩机的智能控制方法，其特征在于，所述PFC功率因数校正为采用数字控制单相Boost功率因数校正PFC技术，用于如权利要求9所述的直流变频空调压缩机智能控制器，该数字PFC技术是采用电感电流连续模式CCM的有源功率因数校正技术；CCM的PFC的控制为乘法器原理，开关频率固定，开关管导通比随着电感电流而变化，最终使得平均电感电流跟踪正弦给定，实现功率因数校正。

20.如权利要求19所述的直流变频空调压缩机的智能控制方法，其特征在于，所述PFC功率因数校正的工作流程包括：

f1、采样母线电压U_o，并与给定值U_r进行比较，然后对其误差进行PID调节；完成电压环控制后，输出的U_m用作计算电流环的给定；

f2、对交流侧输入电压进行AD采样，得到整流后的交流输入电压u_l，将其与电压环的输出U_m相乘得到电流环的给定i_mo；经过乘法器后的电流环的给定i_mo是基本上和交流输入电压成正比的波形；再经过后面的电流环控制，确保输入电流对输入电压的跟踪，实现的功率因数校正；

f3、通过对输入端串联的采样电阻R_s进行采样，得到输入端电流信号I_s；通过对I_s和i_mo的误差进行PID控制，得到开关管S的占空比，然后通过DSP的PWM输出管脚和IGBT驱动电路控制开关管S，确保实际电流I_s跟踪给定电流i_mo，实现电流闭环控制；

f4、经过以上电压闭环控制和电流闭环控制，实现有源功率因数校正，并使得母线电压稳定在系统需要的电压值上，减小的母线滤波电容的纹波电流。

21.一种直流变频空调机，其特征在于，其配置有如权利要求1至4任一项所述的压缩机智能控制器。

22.一种直流变频空调机，其特征在于，其配置有如权利要求1或2所述的压缩机智能控制器，并使用如权利要求11至13任一项所述的用于控制直流变频空调压缩机的智能控制方法。

23.一种直流变频空调机，其特征在于，其配置有如权利要求3或4所述的压缩机智能控制器，并使用如权利要求14所述的用于控制直流变频空调压缩机的智能控制方法。

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