CN102857161B - 空调设备及其永磁同步电机控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调设备及其永磁同步电机控制方法和装置，所述设备包括：参数存储模块，存储初始电机参数；主控模块，用于发送电机运转指令以及从参数存储模块获取的初始电机参数；永磁同步电机控制装置，用于接收到电机运转指令后，根据初始电机参数控制电机开始运转；之后，根据采集的电机的电流和转速信息，估算转子位置角度误差；根据估算的转子位置角度误差，估算当前电机参数；根据估算的当前电机参数控制电机的运转。由于根据反馈的电机的电流和转速信息，来估算转子位置角度误差进而估算电机参数；使用估算的电机参数来控制电机运转，以达到缩小转子位置角度误差的目的，也就达到提高电机能效，减小噪音的目的。

Description

空调设备及其永磁同步电机控制方法和装置

技术领域

本发明涉及空调技术，尤其涉及一种空调设备及其永磁同步电机控制方法和装置。

背景技术

目前，直流变频空调设备得到广泛的应用。直流变频空调压缩机大多采用永磁同步电机，目前业界通常采用无位置传感器的矢量控制技术对该电机进行驱动控制。

在无位置传感器矢量控制方法中，通常采用压缩机电机参数（如电机定子电阻值、永磁磁通量等）来控制当前永磁同步电机的运转。

然而，本发明的发明人发现，由于目前的无位置传感器矢量控制方法中所采用的电机参数一般是在离线状态下测试得到的；当永磁同步电机在实际运行过程中，由于电流、或环境温度等条件的影响，可能会使永磁同步电机运行时的实际电机参数值发生变化，尤其是在极端温度变化和低频运转情况下，两者差异更大。在两者差异较大的情况下，如果仍然使用离线状态下测试得到的电机参数来控制永磁同步电机的运转，则会导致永磁同步电机转子位置估算偏差过大，造成空调设备的电机运转能效降低、噪音变大、恶劣工况下甚至可能导致空调设备的电机异常停机。

发明内容

本发明实施例提供了一种空调设备及其永磁同步电机控制方法和装置，用以提高空调设备的电机运转能效，减小电机运转噪音。

根据本发明的一个方面，提供了一种空调设备，包括：

参数存储模块，存储预先写入的初始电机参数；

主控模块，用于从所述参数存储模块获取所述初始电机参数；并在控制所述空调设备的运行过程中发送电机运转指令以及所述初始电机参数；

永磁同步电机控制装置，用于接收到所述主控模块发送的电机运转指令后，根据所述主控模块发送的初始电机参数控制永磁同步电机开始运转；并在所述永磁同步电机运转后：根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数；根据估算的当前电机参数控制所述永磁同步电机的继续运转。

其中，所述永磁同步电机控制装置包括：

电机信息采集模块，用于在所述永磁同步电机运转后，采集永磁同步电机的电流和转速信息；

电机控制模块，用于接收到所述电机运转指令后，根据所述初始电机参数控制永磁同步电机开始运转；在所述永磁同步电机运转后：根据所述电机信息采集模块采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数；根据估算的当前电机参数控制所述永磁同步电机的继续运转。

所述电机控制模块具体包括：

电机控制单元，用于根据所述永磁同步电机的初始电机参数控制所述永磁同步电机开始运转；

转子位置角度误差估算单元，用于根据所述电机信息采集模块采集的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；并将估算的转子位置角度误差进行发送；

当前电机参数估算单元，用于接收所述转子位置角度误差估算单元估算的转子位置角度误差，根据所述转子位置角度误差估算单元估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数；并将估算出的当前电机参数发送给所述电机控制单元；

所述电机控制单元在接收到所述当前电机参数估算单元估算出的当前电机参数后，根据估算的当前电机参数控制所述永磁同步电机的运转。

较佳地，所述转子位置角度误差估算单元具体用于在每次设定周期到达时，根据所述电机信息采集模块采集的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；并将估算的转子位置角度误差进行发送。

所述初始电机参数具体包括：初始电机定子电阻值R₀、初始电机磁通量值以及

所述估算的当前电机参数具体包括：当前电机定子电阻估算值当前电机磁通量估算值

所述转子位置角度误差估算单元根据所述电机信息采集模块采集的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差具体为：

所述转子位置角度误差估算单元根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，确定出永磁同步电机的矢量电流i_γδ和永磁同步电机的转动角速度ω；并根据i_γδ和ω估算出永磁同步电机的转子位置角度误差

所述当前电机参数估算单元根据所述转子位置角度误差估算单元估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数具体为：所述当前电机参数估算单元判断所述的值：

若小于设定的下限值，则R_i+1=R_i+ΔR，

若小于等于设定的上限值、且大于等于设定的下限值，则R_i+1=R_i， ${\mathrm{\φ}}_m^{i+1}={\mathrm{\φ}}_m^i;$

所述当前电机参数估算单元将R_i+1作为所述当前电机定子电阻估算值 作为所述当前电机磁通量估算值

其中，R_i+1为第i+1次估算的电机定子电阻值，为第i+1次估算的电机磁通量值，R_i为第i次估算的电机定子电阻值，为第i次估算的电机磁通量值，ΔR为预先设定的电阻调节值，Δφ_m为预先设定的磁通量调节值。

根据本发明的另一个方面，提供了一种永磁同步电机控制方法，包括：

在所述永磁同步电机运转后，根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；

根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数；

根据估算的当前电机参数控制所述永磁同步电机运转。

进一步，在所述永磁同步电机运转之前，还包括：

获取所述永磁同步电机的初始电机参数，并利用所述初始电机参数控制所述永磁同步电机开始运转。

较佳地，所述初始电机参数具体包括：初始电机定子电阻值R₀、初始电机磁通量值以及

所述估算的当前电机参数具体包括：当前电机定子电阻估算值当前电机磁通量估算值

所述根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差具体包括：

根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，确定出永磁同步电机的矢量电流i_γδ和永磁同步电机的转动角速度ω；

根据i_γδ和ω估算出永磁同步电机的转子位置角度误差

所述根据i_γδ和ω估算出永磁同步电机的转子位置角度误差具体为：

根据如下公式1确定

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_e\≈-p\left\{\frac{(R_i-R_0)i_{\mathrm{\γ}}-({\mathrm{\φ}}_m^i-{\mathrm{\φ}}_m^0)+\mathrm{\ω}{\mathrm{\φ}}_m^0}{{\mathrm{\φ}}_m^0}\right\}/(K_{\mathrm{p\θ}}+\frac{K_{\mathrm{I\θ}}}{p})$ （公式1）

所述公式1中，i为估算次数；R_i为第i次估算的电机定子电阻值，当i＝0时，R_i为初始电机定子电阻值R₀；为第i次估算的电机磁通量值，当i＝0时，为初始电机定子电阻值i_γ为i_γδ的实部电流分量；p为微分因子；K_pθ、K_Iθ为设置的参数；以及

所述根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数具体为：

若大于设定的上限值，则第i+1次估算的电机定子电阻值R_i+1=R_i-ΔR，第i+1次估算的电机磁通量值其中，ΔR为预先设定的电阻调节值，Δφ_m为预先设定的磁通量调节值；

若小于设定的下限值，则R_i+1=R_i+ΔR，

若小于等于设定的上限值、且大于等于设定的下限值，则R_i+1=R_i， ${\mathrm{\φ}}_m^{i+1}={\mathrm{\φ}}_m^i;$

将R_i+1作为所述当前电机定子电阻估算值 作为所述当前电机磁通量估算值

所述ΔR根据如下公式2设定：

ΔR=dR×T_s               （公式2）

所述Δφ_m根据如下公式3设定：

Δφ_m=dφ_m×T_s           （公式3）

其中，T_s为所述设定周期，dR、dφ_m为设置的参数。

较佳地，所述根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数，具体为：

在每次设定周期到达时，根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数。

根据本发明的另一个方面，提供了一种永磁同步电机控制装置，包括：

电机控制模块，用于根据初始电机参数控制永磁同步电机开始运转；

电机信息采集模块，用于在所述永磁同步电机运转后，采集永磁同步电机的电流和转速信息；

所述电机控制模块在所述永磁同步电机运转后：根据所述电机信息采集模块采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数；根据估算的当前电机参数控制所述永磁同步电机的继续运转。

较佳地，所述电机控制模块具体包括：

电机控制单元，用于根据所述永磁同步电机的初始电机参数控制所述永磁同步电机开始运转；

转子位置角度误差估算单元，用于根据所述电机信息采集模块采集的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；并将估算的转子位置角度误差进行发送；

当前电机参数估算单元，用于接收所述转子位置角度误差估算单元估算的转子位置角度误差，根据所述转子位置角度误差估算单元估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数；并将估算出的当前电机参数发送给所述电机控制单元；

所述电机控制单元在接收到所述当前电机参数估算单元估算出的当前电机参数后，根据估算的当前电机参数控制所述永磁同步电机的运转。

所述转子位置角度误差估算单元具体用于在每次设定周期到达时，根据所述电机信息采集模块采集的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；并将估算的转子位置角度误差进行发送。

所述初始电机参数具体包括：初始电机定子电阻值R₀、初始电机磁通量值以及

所述估算的当前电机参数具体包括：当前电机定子电阻估算值当前电机磁通量估算值

所述转子位置角度误差估算单元根据所述电机信息采集模块采集的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差具体为：

所述转子位置角度误差估算单元根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，确定出永磁同步电机的矢量电流i_γδ和永磁同步电机的转动角速度ω；并根据i_γδ和ω估算出永磁同步电机的转子位置角度误差

所述当前电机参数估算单元根据所述转子位置角度误差估算单元估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数具体为：

所述当前电机参数估算单元判断所述的值：

若小于设定的下限值，则R_i+1=R_i+ΔR，

若小于等于设定的上限值、且大于等于设定的下限值，则R_i+1=R_i， ${\mathrm{\φ}}_m^{i+1}={\mathrm{\φ}}_m^i;$

所述当前电机参数估算单元将R_i+1作为所述当前电机定子电阻估算值 作为所述当前电机磁通量估算值

其中，R_i+1为第i+1次估算的电机定子电阻值，为第i+1次估算的电机磁通量值，R_i为第i次估算的电机定子电阻值，为第i次估算的电机磁通量值，ΔR为预先设定的电阻调节值，Δφ_m为预先设定的磁通量调节值。

本发明实施例的技术方案中，由于空调设备在控制作为压缩机的永磁同步电机运转过程中，根据反馈的永磁同步电机的电流和转速信息，来估算转子位置角度误差；而一般来说，转子位置角度误差越小电机，永磁同步电机的能效就越高，电机的噪音就越小；因此，根据估算出的转子位置角度误差就可以了解到当前用来控制永磁同步电机运转的电机参数是否合适；若不合适，则适当调整电机参数，即使用估算的当前电机参数来控制永磁同步电机运转，以达到缩小转子位置角度误差的目的，从而也就达到提高空调设备的电机运转能效，减小电机运转噪音的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的空调设备内部结构框图；

图2为本发明实施例的永磁同步电机控制方法流程图；

图3为本发明实施例的估算电机参数，根据估算电机参数控制永磁同步电机运转的方法流程图；

图4为本发明实施例的观测器模型示意图；

图5为本发明实施例的永磁同步电机控制装置的内部结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本申请使用的“模块”、“系统”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。举例来说，计算设备上运行的应用程序和此计算设备都可以是模块。一个或多个模块可以位于执行中的一个进程和/或线程内。

本发明的发明人基于上述的空调设备中电机能效降低、噪音变大的原因的分析，考虑到在空调设备的永磁同步电机运转过程中，可以估算其转子位置误差；根据估算的转子误差的大小估算永磁同步电机在实际运转过程中的电机参数；根据估算的、更符合实际运转状况的电机参数来控制永磁同步电机的运转，从而提高空调设备的电机运转能效，减小电机运转噪音。

下面结合附图详细说明本发明实施例的具体技术方案。本发明实施例提供的空调设备，其内部结构如图1所示，包括：主控模块101、参数存储模块102、永磁同步电机控制装置103。

其中，主控模块101具体可以采用CPU（Central Processing Unit，中央处理器）、DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）、FPGA（FieldProgrammable Gata Array，现场可编程门阵列）、单片机、微控器等来实现，例如，主控模块101可以采用NEC（Nippon Electric Company，日本电气公司）芯片upd0524A。

主控模块101用于接收用户指令，并根据用户指令控制空调设备中各部件的运行，实现空调设备的各种功能，如制冷、制热等功能。

参数存储模块102用于存储预先写入的初始电机参数。参数存储模块102具体可以采用EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，电可擦只读存储器）、FLASH等非易失性存储器件。初始电机参数作为固定的参数值被预先写入到参数存储模块102中。

主控模块101在实现空调设备的各种功能过程中可以通过永磁同步电机控制装置103控制作为压缩机的永磁同步电机的运转，或停止：主控模块101从参数存储模块102获取初始电机参数后，在控制所述空调设备的运行过程中向永磁同步电机控制装置103发送电机运转指令以及初始电机参数，永磁同步电机控制装置103在接收到主控模块101发送的电机运转指令后，控制作为压缩机的永磁同步电机进行运转。主控模块101若向永磁同步电机控制装置103发送电机停止指令，则永磁同步电机控制装置103在接收到主控模块101发送的电机停止指令后，控制作为压缩机的永磁同步电机停止运行。

主控模块101与参数存储模块102之间可采用并行或串行总线通信，例如采用IIC（Inter-Integrated Circuit，交互集成电路）总线通信，主控模块101与永磁同步电机控制装置103之间可采用并行或串行总线通信，例如采用SCI（Serial Communication Interface，串行通信接口）通信方式。

永磁同步电机控制装置103进行电机控制的方法流程图，如图2所示，包括如下步骤：

S201：根据初始电机参数控制永磁同步电机的运转。

永磁同步电机控制装置103在接收到主控模块101发送的电机运转指令后，根据主控模块101发送的初始电机参数控制永磁同步电机开始进行运转。

S202：在永磁同步电机运转后，根据采集的永磁同步电机的电流和转速信息，估算永磁同步电机的转子位置角度误差。

具体地，在永磁同步电机控制装置103控制永磁同步电机运转起来后，采集永磁同步电机的电流和转速信息，根据采集的永磁同步电机的电流和转速信息，估算永磁同步电机的转子位置角度误差。

S203：根据估算的转子位置角度误差，估算永磁同步电机的当前电机参数。

由于电机参数中的电机定子电阻的偏差，以及电机参数中的电机磁通量的偏差会对控制永磁同步电机的运转产生较大影响，因此，对当前电机参数的估算主要是估算当前电机定子电阻值、当前电机磁通量值；即估算的当前电机参数具体包括：当前电机定子电阻估算值当前电机磁通量估算值

永磁同步电机控制装置103估算出永磁同步电机的转子位置角度误差后，根据估算的转子位置角度误差，估算的永磁同步电机的当前电机参数包括：当前电机定子电阻估算值当前电机磁通量估算值

S204：根据估算的当前电机参数控制永磁同步电机的运转。

具体地，永磁同步电机控制装置103将估算的当前电机参数替换掉初始电机参数，即使用替换掉初始电机定子电阻值R₀，使用替换掉初始电机磁通量值从而可以利用估算的当前电机参数控制永磁同步电机的运转：根据估算的当前电机参数计算出矢量电压，将矢量电压换算成三相电压后，将计算的三相电压分别加到永磁同步电机的三相电机上控制永磁同步电机的运转。利用估算的当前电机参数控制永磁同步电机的运转方法，可以与现有技术中利用固定的电机参数控制永磁同步电机运转的方法相同，此处不再赘述。

在实际应用中，永磁同步电机运转后，永磁同步电机控制装置103对当前电机参数的估算可以是周期性的。也就是说，在每次调整周期Ts到达时，就根据上述的步骤S202-S203的方法进行电机参数估算，之后，利用估算后的电机参数控制永磁同步电机的运转，具体的流程，如图3所示，包括如下步骤：

S301：根据初始电机参数控制永磁同步电机的运转，估算次数i=0。

具体地，永磁同步电机控制装置103从主控模块101获取的初始电机参数中可以包括：初始电机定子电阻值R₀、初始电机磁通量值

永磁同步电机控制装置103根据初始电机参数和期望的电机转速计算出电机的矢量电压v_γδ控制永磁同步电机的运转。一般而言，根据计算的矢量电压v_γδ换算出三相电压后，将计算的三相电压分别加到压缩机的三相电机上控制永磁同步电机的运转。根据初始电机参数和期望的电机转速计算出矢量电压v_γδ，根据矢量电压控制永磁同步电机的运转的方法与现有技术的方法相同，为本领域技术人员所熟知，此处不赘述。

S302：在设定周期T_s到达时，根据采集的永磁同步电机的电流和转速信息，估算永磁同步电机的转子位置角度误差。

具体地，在每次定时器设置的设定周期T_s到达时，永磁同步电机控制装置103根据采集的永磁同步电机的电流和转速信息，估算永磁同步电机的转子位置角度误差。

采集永磁同步电机的电流和转速信息的方法，为本领域技术人员所熟知的技术，此处不再详细介绍。根据采集的永磁同步电机的电流和转速信息，可以估算出永磁同步电机的转子位置角度误差。具体地，通过采集的永磁同步电机的电流和转速信息，可以确定出永磁同步电机的矢量电流i_γδ和永磁同步电机的转动角速度ω。由于通过采集的永磁同步电机的电流和转速信息，确定i_γδ和ω的方法为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。

其中，矢量电流i_γδ包括γ轴的电流分量i_γ和δ轴的电流分量i_δ，即i_γδ=i_γ+ji_δ。根据i_γδ和ω可以估算出永磁同步电机的转子位置角度误差例如，可以根据公式1估算出

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_e\≈-p\left\{\frac{(R_i-R_0)i_{\mathrm{\γ}}-({\mathrm{\φ}}_m^i-{\mathrm{\φ}}_m^0)+\mathrm{\ω}{\mathrm{\φ}}_m^0}{{\mathrm{\φ}}_m^0}\right\}/(K_{\mathrm{p\θ}}+\frac{K_{\mathrm{I\θ}}}{p})$ （公式1）

公式1中，R_i为第i次估算的电机定子电阻值，即前次估算的电机定子电阻值；当i=0时，R_i为初始电机定子电阻值R₀；为第i次估算的电机磁通量值，即前次估算的电机磁通量值；当i=0时，为初始电机定子电阻值i_γ为i_γδ的实部电流分量；p为微分因子，即p=d/dt；K_pθ、K_Iθ为设置的参数。例如，K_pθ可以设为0.15，K_Iθ可以设为0.009。

事实上，上述的估算公式公式1是在忽略了i_γδ的虚部电流分量i_δ对的影响的基础上，为便于计算而提供的一种估算的方法；而本领域技术人员可以根据本发明公开的内容，以其它公式来估算那么，在不脱离本发明的根据永磁同步电机的电流和转速信息，估算永磁同步电机的转子位置角度误差的基本原理的前提下，其它估算方法也都应视为本发明的保护范围。

S303：根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数。

永磁同步电机控制装置103根据估算的转子位置角度误差估算所述永磁同步电机的当前电机参数具体为：

若大于设定的上限值，则第i+1次估算的电机定子电阻值R_i+1=R_i-ΔR，第i+1次估算的电机磁通量值其中，ΔR为预先设定的电阻调节值，Δφ_m为预先设定的磁通量调节值；

若小于设定的下限值，则R_i+1=R_i+ΔR，

若小于等于设定的上限值、且大于等于设定的下限值，则R_i+1=R_i， ${\mathrm{\φ}}_m^{i+1}={\mathrm{\φ}}_m^i;$

将R_i+1作为所述当前电机定子电阻估算值 作为所述当前电机磁通量估算值

本领域技术人员可以根据实际情况设置上述的上限值和下限值，例如，可以设定上限值为0.02，下限值为-0.02。

上述的ΔR和Δφ_m可以根据如下公式2、3来设定：

ΔR＝dR×T_s       （公式2）

Δφ_m=dφ_m×T_s    （公式3）

其中，dR和dφ_m为设置的参数，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置；例如，可以设置dR=0.01Ω/sec，dφ_m=0.001Wb/sec。

S304：根据估算的当前电机参数控制永磁同步电机运转，估算次数加1：i＝i+1，跳转到步骤S302。

具体地，永磁同步电机控制装置103根据当前电机定子电阻估算值和当前电机磁通量估算值控制永磁同步电机的继续运转：根据估算的当前电机参数和期望的电机转速计算出电机的矢量电压，根据计算的矢量电压控制永磁同步电机的运转。根据估算的当前电机参数和期望的电机转速计算电机的矢量电压所采用的方法，可与现有技术中根据初始电机参数和期望的电机转速计算电机的矢量电压的方法相同，即将估算的当前电机参数替代初始电机参数进行矢量电压的计算，此处不再赘述。

上述的估算公式公式1可以参考如图4所示的观测器模型推导出来。从图4所示的观测器模型可以看出永磁同步电机的矢量电压v_γδ的推导方式： $v_{\mathrm{\γ\δ}}={\widehat{\mathrm{Ri}}}_{\mathrm{\γ\δ}}+(p+j\widehat{\mathrm{\ω}}){\widehat{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{\γ\δ}}+j\widehat{\mathrm{\ω}}{\widehat{\mathrm{\φ}}}_m+(\mathrm{\α}-j\widehat{\mathrm{\ω}}){\mathrm{\Δ\λ}}_{\mathrm{\γ\δ}}$ （公式4）

其中，

${\mathrm{\Δ\λ}}_{\mathrm{\γ\δ}}={\widehat{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{\γ\δ}}-(L_d{i}_{\mathrm{\γ}}+j{L}_q{i}_{\mathrm{\δ}})$ （公式5）

${\widehat{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{\γ\δ}}={\hat{L}}_d{\hat{i}}_{\mathrm{\γ}}+j{\hat{L}}_q{\hat{i}}_{\mathrm{\δ}}$ （公式6）

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{\γ\σ}}=(L_d{i}_{\mathrm{\γ}}+j{L}_q{i}_{\mathrm{\δ}})+\frac{L_q-L_d}{2}(i_{\mathrm{\γ}}-{\mathrm{ji}}_{\mathrm{\δ}})(1-e^{-{j2\mathrm{\θ}}_e})$ （公式7）

根据以上公式4-7可以推导出：

${\mathrm{\Δ\λ}}_{\mathrm{\γ\δ}}=\frac{p+j\widehat{\mathrm{\ω}}}{p+\mathrm{\α}}\{{\mathrm{\φ}}_m(1-e^{-{\mathrm{j\θ}}_e})-\frac{L_q-L_d}{2}(i_{\mathrm{\γ}}-{\mathrm{ji}}_{\mathrm{\δ}})(1-e^{-{j2\mathrm{\θ}}_e})\}-\frac{j\widehat{\mathrm{\ω}}({\widehat{\mathrm{\φ}}}_m-{\mathrm{\φ}}_m)+(\hat{R}-R)i_{\mathrm{\γ\δ}}}{(p+\mathrm{\α})}$ （公式8）

根据图4所示的观测器模型还可推导出：

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_e=-\frac{1}{{\widehat{\mathrm{\φ}}}_m}\frac{p+\mathrm{\α}}{p+\widehat{\mathrm{\ω}}}\{\mathrm{Im}\left({\mathrm{\Δ\λ}}_{\mathrm{\γ\δ}}\right)-\widehat{\mathrm{\ω}}\mathrm{Re}\left({\mathrm{\Δ\λ}}_{\mathrm{\γ\δ}}\right)\}$ （公式9）

由于相比小很多，可以忽略不计，将其忽略不计后，可以推导出（具体推导过程此处省略）：

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_e=-\frac{1}{{\widehat{\mathrm{\φ}}}_m}\frac{p+\mathrm{\α}}{p+\widehat{\mathrm{\ω}}}\{\mathrm{Im}\left({\mathrm{\Δ\λ}}_{\mathrm{\γ\δ}}\right)-\widehat{\mathrm{\ω}}\mathrm{Re}\left({\mathrm{\Δ\λ}}_{\mathrm{\γ\δ}}\right)\}$

                                   （公式10）

$\≈\frac{{\mathrm{\φ}}_m}{{\widehat{\mathrm{\φ}}}_m}{\mathrm{\θ}}_e-\frac{\widehat{\mathrm{\ω}}(\hat{R}-R)i_{\mathrm{\γ}}-(\hat{R}-R)i_{\mathrm{\δ}}-\widehat{\mathrm{\ω}}({\widehat{\mathrm{\φ}}}_m-{\mathrm{\φ}}_m)}{{\widehat{\mathrm{\φ}}}_m(p+\widehat{\mathrm{\ω}})}$

从公式10可以看出，为了让永磁同步电机的转子位置角度误差θ_e，以及趋近于0，以提高电机能效，减小电机运转噪音，需要调整定子电阻估算值和电机磁通量估算值基于此原理，从而可以得到上述公式1的估算公式。

上述公式4-10的各参数或符号含义如下：

α：观测器的截止角频率；

L_d、L_q：永磁同步电机的d轴和q轴电感；

φ_m：永磁同步电机的电机磁通量；

p：微分因子，p＝d/dt；

：永磁同步电机的γδ轴下同步角速度频率；

^：估算值符号。

本发明实施例提供的永磁同步电机控制装置103的结构框图，如图5所示，包括：电机控制模块501、电机信息采集模块502。

电机控制模块501接收到主控模块101发送的电机运转指令后，根据主控模块101发送的初始电机参数控制永磁同步电机开始进行运转。

电机信息采集模块502用于在永磁同步电机运转后，采集永磁同步电机的电流和转速信息。

电机控制模块501在永磁同步电机运转后，根据电机信息采集模块502采集的永磁同步电机的电流和转速信息，估算永磁同步电机的转子位置角度误差；根据估算的转子位置角度误差，估算永磁同步电机的当前电机参数；根据估算的当前电机参数控制永磁同步电机的继续运转。

电机控制模块501具体可以采用CPU、DSP、FPGA、单片机、微控器等来实现其内部算法或逻辑功能。例如，电机控制模块501可采用NEC芯片upd78f16F41。

电机控制模块501中具体包括：电机控制单元511、转子位置角度误差估算单元512、当前电机参数估算单元513。

电机控制单元511用于接收到主控模块101发送的电机运转指令后，根据主控模块101发送的初始电机参数控制永磁同步电机开始进行运转；初始电机参数具体包括：初始电机定子电阻值R₀、初始电机磁通量值具体地，电机控制单元511根据初始电机参数和期望的电机转速计算出电机的矢量电压，根据计算的矢量电压控制永磁同步电机的运转。

转子位置角度误差估算单元512用于根据电机信息采集模块502采集的电流和转速信息，估算永磁同步电机的转子位置角度误差；并将估算的转子位置角度误差发送给当前电机参数估算单元513；

具体地，对于定时器的设定周期T_s，转子位置角度误差估算单元512在每次定时器的设定周期T_s到达时，从电机信息采集模块502获取采集的电流和转速信息，并根据获取的电流和转速信息，估算永磁同步电机的转子位置角度误差；将估算的转子位置角度误差发送给当前电机参数估算单元513。

转子位置角度误差估算单元512根据永磁同步电机的电流和转速信息，估算永磁同步电机的转子位置角度误差的方法与上述步骤S302中的方法相同：根据采集的永磁同步电机的电流和转速信息，可以确定出永磁同步电机的矢量电流i_γδ和永磁同步电机的转动角速度ω；根据i_γδ和ω可以估算出永磁同步电机的转子位置角度误差具体地，可以根据上述公式1估算出永磁同步电机的转子位置角度误差

当前电机参数估算单元513用于接收转子位置角度误差估算单元512估算的转子位置角度误差，根据转子位置角度误差估算单元512估算的转子位置角度误差，估算永磁同步电机的当前电机参数；并将估算出的当前电机参数发送给电机控制单元511；

当前电机参数估算单元513根据估算的转子位置角度误差估算永磁同步电机的当前电机参数的方法可以与上述步骤S303中的方法相同：

估算的永磁同步电机的当前电机参数包括：当前电机定子电阻估算值和当前电机磁通量估算值

当前电机参数估算单元513判断的值：

若小于设定的下限值，则R_i+1=R_i+ΔR，

若小于等于设定的上限值、且大于等于设定的下限值，则R_i+1=R_i， ${\mathrm{\φ}}_m^{i+1}={\mathrm{\φ}}_m^i;$

当前电机参数估算单元513将R_i+1作为所述当前电机定子电阻估算值 作为所述当前电机磁通量估算值

上述的R_i+1为第i+1次估算的电机定子电阻值，为第i+1次估算的电机磁通量值，R_i为第i次估算的电机定子电阻值，为第i次估算的电机磁通量值，ΔR为预先设定的电阻调节值，Δφ_m为预先设定的磁通量调节值。

电机控制单元511在接收到当前电机参数估算单元513估算出的当前电机参数后，根据估算的当前电机参数控制永磁同步电机的继续运转。具体地，电机控制单元511根据当前电机参数估算单元513估算的当前电机参数和期望的电机转速计算出电机的矢量电压，根据计算的矢量电压控制永磁同步电机的运转。

本发明实施例的技术方案中，由于空调设备在控制作为压缩机的永磁同步电机运转过程中，根据反馈的永磁同步电机的电流和转速信息，来估算转子位置角度误差；而一般来说，转子位置角度误差越小电机，永磁同步电机的能效就越高，电机的噪音就越小；因此，根据估算出的转子位置角度误差就可以了解到当前用来控制永磁同步电机运转的电机参数是否合适；若不合适，则适当调整电机参数，即使用估算的当前电机参数来控制永磁同步电机运转，以达到缩小转子位置角度误差的目的，从而也就达到提高空调设备的电机运转能效，减小电机运转噪音的目的。比如，在转子位置角度误差过大时，调整当前电机参数中的定子电阻变小，调整当前电机参数中的电机磁通量变小；在转子位置角度误差偏小时，调整当前电机参数中的定子电阻变大，调整当前电机参数中的电机磁通量变大。

此外，本发明实施例的空调设备更便于维修，产品售出后的维护：系列的空调设备产品，可能会采用不同规格的压缩机，也就是说可能会采用不同规格的永磁同步电机。

这样，对于现有技术中控制永磁同步电机的方法，需要针对不同规格的永磁同步电机，分别在空调设备的参数存储模块中写入对应该规格电机的初始电机参数；如果某个空调设备中的参数存储模块中写入的初始电机参数，不对应该空调设备中安装的电机，则可能造成电机运转的低效，甚至损坏；并且，在空调设备中的参数存储模块损坏后，维修人员需要先查明该空调设备安装的电机的规格型号，然后找到对应该规格型号电机的参数存储模块进行更换；从而使得维修、维护工作更加繁琐、不方便。下表1则显示了四款压缩机电机参数的差异。

表1

序号	项目	压缩机A	压缩机B	压缩机C	压缩机D
						1	定子电阻R	4500	6500	3700	7270
2	D轴电感定常值Ld	77	164	96	45
						3	Q轴电感定常值Lq	110	200	196	83
4	永磁磁通量φm	113	153	108	104

而采用本发明实施例的技术方案，由于在电机运转后，会根据采集的电机信息自动调整、估算电机参数，而估算后的电机参数更为符合实际电机参数；这样，即使初始电机参数偏差较大，在若干次调整周期后，估算的电机参数将逐渐靠近实际电机参数，初始电机参数将不再对电机的运行产生影响。因此，即使写入到参数存储模块中的初始电机参数偏差较大，也不会造成电机运转的低效，甚至损坏，电机仍然可以保持较高的能效，较低的噪音。也就是说，对于不同规格的电机，写入到空调设备的初始参数值可以相同。例如，上述表中所示的四种不同款的压缩机可以采用相同的初始电机参数，比如选取定子电阻及永磁磁通量介于最大和最小之间的一种电机参数，即压缩机A的参数作为初始电机参数写入到参数存储模块；安装了这四种不同款的压缩机的空调设备都可使用该参数存储模块，而不必在空调设备中采用写入不同初始电机参数的参数存储模块。这样，大大方便了空调设备的管理，以及对空调设备的维修。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种空调设备，包括：

参数存储模块，存储预先写入的初始电机参数；

主控模块，用于从所述参数存储模块获取所述初始电机参数；并在控制所述空调设备的运行过程中发送电机运转指令以及所述初始电机参数；

永磁同步电机控制装置，用于接收到所述主控模块发送的电机运转指令后，根据所述主控模块发送的初始电机参数控制永磁同步电机开始运转；并在所述永磁同步电机运转后：根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数，其中，所述当前电机参数包括当前电机定子电阻估算值和当前电机磁通量估算值；根据估算的当前电机参数控制所述永磁同步电机的继续运转。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述永磁同步电机控制装置包括：

电机信息采集模块，用于在所述永磁同步电机运转后，采集永磁同步电机的电流和转速信息；

电机控制模块，用于接收到所述电机运转指令后，根据所述初始电机参数控制永磁同步电机开始运转；在所述永磁同步电机运转后：根据所述电机信息采集模块采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数；根据估算的当前电机参数控制所述永磁同步电机的继续运转。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述电机控制模块具体包括：

电机控制单元，用于根据所述永磁同步电机的初始电机参数控制所述永磁同步电机开始运转；

转子位置角度误差估算单元，用于根据所述电机信息采集模块采集的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；并将估算的转子位置角度误差进行发送；

当前电机参数估算单元，用于接收所述转子位置角度误差估算单元估算的转子位置角度误差，根据所述转子位置角度误差估算单元估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数；并将估算出的当前电机参数发送给所述电机控制单元；

所述电机控制单元在接收到所述当前电机参数估算单元估算出的当前电机参数后，根据估算的当前电机参数控制所述永磁同步电机的运转。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，

所述转子位置角度误差估算单元具体用于在每次设定周期到达时，根据所述电机信息采集模块采集的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；并将估算的转子位置角度误差进行发送。

5.如权利要求3或4所述的设备，其特征在于，所述初始电机参数具体包括：初始电机定子电阻值R₀、初始电机磁通量值

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述转子位置角度误差估算单元根据所述电机信息采集模块采集的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差具体为：

所述转子位置角度误差估算单元根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，确定出永磁同步电机的矢量电流i_γδ和永磁同步电机的转动角速度ω；并根据i_γδ和ω估算出永磁同步电机的转子位置角度误差

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述当前电机参数估算单元根据所述转子位置角度误差估算单元估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数具体为：

所述当前电机参数估算单元判断所述的值：

若小于设定的下限值，则R_i+1＝R_i+ΔR，

若小于等于设定的上限值、且大于等于设定的下限值，则R_i+1＝R_i， ${\mathrm{\φ}}_m^{i+1}={\mathrm{\φ}}_m^i;$

所述当前电机参数估算单元将R_i+1作为所述当前电机定子电阻估算值 作为所述当前电机磁通量估算值

其中，R_i+1为第i+1次估算的电机定子电阻值，为第i+1次估算的电机磁通量值，R_i为第i次估算的电机定子电阻值，为第i次估算的电机磁通量值，ΔR为预先设定的电阻调节值，Δφ_m为预先设定的磁通量调节值。

8.一种永磁同步电机控制方法，包括：

在所述永磁同步电机运转后，根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；

根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数，其中，所述当前电机参数包括当前电机定子电阻估算值和当前电机磁通量估算值；

根据估算的当前电机参数控制所述永磁同步电机运转。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述永磁同步电机运转之前，还包括：

获取所述永磁同步电机的初始电机参数，并利用所述初始电机参数控制所述永磁同步电机开始运转。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述初始电机参数具体包括：初始电机定子电阻值R₀、初始电机磁通量值

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差具体包括：

根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，确定出永磁同步电机的矢量电流i_γδ和永磁同步电机的转动角速度ω；

根据i_γδ和ω估算出永磁同步电机的转子位置角度误差

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据i_γδ和ω估算出永磁同步电机的转子位置角度误差具体为：

根据如下公式1确定

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_e\≈-p\left\{\frac{(R_i-R_0)i_{\mathrm{\γ}}-({\mathrm{\φ}}_m^i-{\mathrm{\φ}}_m^0)+\mathrm{\ω}{\mathrm{\φ}}_m^0}{{\mathrm{\φ}}_m^0}\right\}/(K_{\mathrm{p\θ}}+\frac{K_{\mathrm{I\θ}}}{p})$    (公式1)

所述公式1中，i为估算次数；R_i为第i次估算的电机定子电阻值，当i＝0时，R_i为初始电机定子电阻值R₀；为第i次估算的电机磁通量值，当i＝0时，为初始电机磁通量值i_δ为i_γδ的实部电流分量；p为微分因子；K_pθ、K_Iθ为设置的参数，其中，K_pθ＝0.15、K_Iθ＝0.009；以及

所述根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数具体为：

若大于设定的上限值，则第i+1次估算的电机定子电阻值R_i+1＝R_i-ΔR，第i+1次估算的电机磁通量值其中，ΔR为预先设定的电阻调节值，Δφ_m为预先设定的磁通量调节值；

若小于设定的下限值，则R_i+1＝R_i+ΔR，

若小于等于设定的上限值、且大于等于设定的下限值，则R_i+1＝R_i， ${\mathrm{\φ}}_m^{i+1}={\mathrm{\φ}}_m^i;$

将R_i+1作为所述当前电机定子电阻估算值作为所述当前电机磁通量估算值

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述ΔR根据如下公式2设定：

ΔR＝dR×T_s      (公式2)

所述Δφ_m根据如下公式3设定：

Δφ_m＝dφ_m×T_s      (公式3)

其中，T_s为设定周期，dR、dφ_m为设置的参数，其中dR＝0.01Ω/sec，dφ_m＝0.001Wb/sec。

14.如权利要求8-13任一所述的方法，其特征在于，所述根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数，具体为：

在每次设定周期到达时，根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数。

15.一种永磁同步电机控制装置，包括：

电机控制模块，用于根据初始电机参数控制永磁同步电机开始运转；

电机信息采集模块，用于在所述永磁同步电机运转后，采集永磁同步电机的电流和转速信息；

所述电机控制模块在所述永磁同步电机运转后：根据所述电机信息采集模块采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；根据估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数，其中，所述当前电机参数包括当前电机定子电阻估算值和当前电机磁通量估算值；根据估算的当前电机参数控制所述永磁同步电机的继续运转。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述电机控制模块具体包括：

电机控制单元，用于根据所述永磁同步电机的初始电机参数控制所述永磁同步电机开始运转；

转子位置角度误差估算单元，用于根据所述电机信息采集模块采集的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；并将估算的转子位置角度误差进行发送；

当前电机参数估算单元，用于接收所述转子位置角度误差估算单元估算的转子位置角度误差，根据所述转子位置角度误差估算单元估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数；并将估算出的当前电机参数发送给所述电机控制单元；

所述电机控制单元在接收到所述当前电机参数估算单元估算出的当前电机参数后，根据估算的当前电机参数控制所述永磁同步电机的运转。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，

所述转子位置角度误差估算单元具体用于在每次设定周期到达时，根据所述电机信息采集模块采集的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差；并将估算的转子位置角度误差进行发送。

18.如权利要求16或17所述的装置，其特征在于，所述初始电机参数具体包括：初始电机定子电阻值R₀、初始电机磁通量值

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述转子位置角度误差估算单元根据所述电机信息采集模块采集的电流和转速信息，估算所述永磁同步电机的转子位置角度误差具体为：

所述转子位置角度误差估算单元根据采集的所述永磁同步电机的电流和转速信息，确定出永磁同步电机的矢量电流i_γδ和永磁同步电机的转动角速度ω；并根据i_γδ和ω估算出永磁同步电机的转子位置角度误差

20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述当前电机参数估算单元根据所述转子位置角度误差估算单元估算的转子位置角度误差，估算所述永磁同步电机的当前电机参数具体为：

所述当前电机参数估算单元判断所述的值：

若小于设定的下限值，则R_i+1＝R_i+ΔR，

若小于等于设定的上限值、且大于等于设定的下限值，则R_i+1＝R_i， ${\mathrm{\φ}}_m^{i+1}={\mathrm{\φ}}_m^i;$

所述当前电机参数估算单元将R_i+1作为所述当前电机定子电阻估算值 作为所述当前电机磁通量估算值

其中，R_i+1为第i+1次估算的电机定子电阻值，为第i+1次估算的电机磁通量值，R_i为第i次估算的电机定子电阻值，为第i次估算的电机磁通量值，ΔR为预先设定的电阻调节值，Δφ_m为预先设定的磁通量调节值。