CN104811095B - 电动机的启动控制方法、装置和空调器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电动机的启动控制方法、装置和空调器，其中，所述电动机的启动控制方法，包括：在根据接收到的启动指令启动电动机后，判断所述电动机的转速是否达到第一预定转速；若判定所述电动机的转速未达到所述第一预定转速，则采用开环控制方式对所述电动机的转速进行控制；以及若判定所述电动机的转速达到所述第一预定转速，则采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制。本发明的技术方案增强了电动机在不同工况下的适应性和鲁棒性，实现了对电动机启动过程的精确控制，有利于提高电动机启动成功的可能性。
Description
技术领域
本发明涉及电动机技术领域，具体而言，涉及一种电动机的启动控制方法、一种电动机的启动控制装置和一种空调器。
背景技术
随着节能环保的理念深入人心，近些年来，具有显著节能效果的多联机空调器和空气能热泵等高效能的产品越来越受到大家的关注。基于能效和控制性能及振动和噪音等方面的要求，多联机空调器和空气能热泵的室外机上所安装的外风机也越来越普及为无传感器矢量控制方式的永磁直流电机。由于用户的各种需求，外风机有顶出风、侧出风方式，甚至还有加静压启动的情况，同时，在风机启动之前，现实中各种各样的自然环境会导致风机被自然风带动运转。此外，安装在外风机轴上的风叶半径很大，导致转动惯量很大。这一系列的问题，都对外风机的启动提出了苛刻的要求，如果控制方式不当，就会导致风机启动失败，影响到整个系统的工作，严重时甚至会出现安全问题。
对于无传感器矢量控制方式的永磁直流风机的启动问题，相关技术中提出了依据电流最大相的两次变相时间间隔及变相顺序来确定风机启动前的初始转速和转向，进而来控制风机的启动过程。该方法对电流采样精度要求苛刻，如果电流采样不准确，将会大大影响启动效果，且存在转子初始定位的过程，而由于多联机使用的外风机功率较大，转动惯量很大，因此这种方法并不适用。
因此，如何能够实现对电机启动过程的精确控制，增强电动机在不同工况下的适应性和鲁棒性，提高电动机启动成功的概率成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出了一种新的电动机的启动控制方案，增强了电动机在不同工况下的适应性和鲁棒性，实现了对电动机启动过程的精确控制，有利于提高电动机启动成功的可能性。
本发明的另一个目的在于提出了一种空调器。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例，提出了一种电动机的启动控制方法，包括：在根据接收到的启动指令启动电动机后，判断所述电动机的转速是否达到第一预定转速；若判定所述电动机的转速未达到所述第一预定转速，则采用开环控制方式对所述电动机的转速进行控制；以及若判定所述电动机的转速达到所述第一预定转速，则采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制方法，由于电动机转速较低时，其反电动势很小，因此估算出的转速并不可靠，因此通过在电动机的转速达到第一预定转速时，才采用闭环控制方式对电动机的转速进行控制，使得可以在不采用速度传感器的情况下，精确估算出电动机的实时转速，进而通过反馈的方式(即闭环控制方式)来对电动机的启动转速进行控制，增强了电动机在不同工况下的适应性和鲁棒性，实现了对电动机启动过程的精确控制，有利于提高电动机启动成功的概率。其中，可以通过估算算法来判断电动机的转速是否达到上述第一预定转速。
根据本发明的上述实施例的电动机的启动控制方法，还可以具有以下技术特征：
根据本发明的一个实施例，在判定所述电动机的转速达到所述第一预定转速时，还包括：控制所述电动机维持所述第一预定转速预定时长后，采用所述闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制方法，由于电动机的实际转速和通过估算算法估算出的转速未必完全一致，若在确定电动机的转速达到第一预定转速时，就通过闭环控制方式对电动机的转速进行控制，则可能会在失速过大时引起电动机的抖动，而此时电动机的转矩还比较小，很可能无法抵抗因失步而导致的电机抖动，进而导致电动机启动失败。因此，通过在电动机的转速达到第一预定转速时，控制电动机维持第一预定转速预定时长后，再采用闭环控制方式对电动机的转速进行控制，使得能够待电动机的转速稳定后再通过闭环控制方式进行控制，极大地提高了电动机启动的成功率。
根据本发明的一个实施例，还包括：采用抗饱和的PI控制器(Proportionalintegral controller，比例调节和积分调节)对所述电动机在启动过程中的电流进行控制，并对所述电动机在启动过程中的电流进行解耦处理；以及在采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制时，还包括：采用所述抗饱和的PI控制器对所述电动机的转速进行控制。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制方法，由于电动机在启动过程中的d、q轴之间存在耦合，因此需要进行解耦处理。同时，由于在电动机的启动阶段，检测到的d、q轴的电流误差较大，很容易导致PI控制器的输出一直处于饱和状态，进而会对PI控制的快速性和准确性带来一定的影响，因此采用抗饱和的PI控制器对电流进行控制，可以有效解决电流调节过慢或控制不稳定的问题。
根据本发明的一个实施例，采用所述抗饱和的PI控制器对所述电动机在启动过程中的电流和所述电动机的转速进行控制的步骤具体包括：控制所述PI控制器输出的PI(Proportion Integration：比例积分)参数的大小与所述电动机的转速成正相关关系，直至所述电动机启动成功。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制方法，由于在电动机刚刚启动时，电动机的状态比较随机，甚至会出现反转的可能，同时，电动机刚刚启动时的电流的正弦度也不是很好，此时，若电流闭环的跟踪性能太好，有可能会出现跟踪不好的状态，因此，在电动机刚刚启动的阶段，可以采用较小的PI参数，避免跟踪效果过好而跟踪到不好的电流状态引起启动时电机震荡而导致启动失败的问题；而在电动机启动成功后，则可以使用正常的PI参数进行闭环控制。
根据本发明的一个实施例，还包括：在接收到所述启动指令时，检测所述电动机的q轴电压；若所述电动机的q轴电压小于或等于预定电压值，则执行判断所述电动机的转速是否达到所述第一预定转速的步骤；若所述电动机的q轴电压大于所述预定电压值，则根据所述电动机的转动方向和初始速度控制所述电动机进行启动。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制方法，由于存在外部环境的影响，会导致电动机在启动前已经转动的情况，因此可以通过判断电动机的q轴电压与预定电压值之间的关系来确定电动机的启动方式，具体地，在电动机的q轴电压小于或等于预定电压值时，即在确定电动机无风启动时，按照上述的过程进行启动，在电动机的q轴电压大于预定电压值时，即在确定电动机有风启动时，根据电动机的转动方向和初始速度来控制电动机进行启动，增强了电动机对不同工况的适用性。
根据本发明的一个实施例，根据所述电动机的转动方向和所述初始速度控制所述电动机进行启动的步骤具体包括：判断所述初始转速是否大于或等于第二预定转速；在判定所述初始转速小于所述第二预定转速时，判断所述电动机是正转还是反转；若判定所述电动机正转，则采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制；若判定所述电动机反转，则对所述电动机进行降速控制后，采用开环控制方式控制所述电动机进行启动。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制方法，若确定电动机的初始转速小于预定转速，且电动机正转时，则可以直接进行顺风跟随启动；若确定电动机的初始转速小于预定转速，且电动机反转时，则可以先降速处理然后再进行开环启动。
根据本发明的一个实施例，在判定所述电动机反转时，还包括：对所述电动机的转矩电流增加补偿值，所述补偿值与所述电动机的实时转速成正比例关系。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制方法，通过在确定电动机反转时，对电动机的转矩电流增加补偿值，使得能够更好地克服自然外力的作用，提高了电动机启动成功的可能性。
根据本发明的一个实施例，还包括：在判定所述初始转速大于或等于所述第二预定转速时，进行故障提醒处理，并且不启动所述电动机。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制方法，当电动机的初始转速较大时，可以进行故障提醒处理，以提示当前环境不便于电动机的启动。
根据本发明第二方面的实施例，还提出了一种电动机的启动控制装置，包括：第一判断单元，用于在根据接收到的启动指令启动电动机后，判断所述电动机的转速是否达到第一预定转速；控制单元，用于在所述第一判断单元判定所述电动机的转速未达到所述第一预定转速时，采用开环控制方式对所述电动机的转速进行控制，并在所述第一判断单元判定所述电动机的转速达到所述第一预定转速时，采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制装置，由于电动机转速较低时，其反电动势很小，因此估算出的转速并不可靠，因此通过在电动机的转速达到第一预定转速时，才采用闭环控制方式对电动机的转速进行控制，使得可以在不采用速度传感器的情况下，精确估算出电动机的实时转速，进而通过反馈的方式(即闭环控制方式)来对电动机的启动转速进行控制，增强了电动机在不同工况下的适应性和鲁棒性，实现了对电动机启动过程的精确控制，有利于提高电动机启动成功的概率。其中，可以通过估算算法来判断电动机的转速是否达到上述第一预定转速。
根据本发明的上述实施例的电动机的启动控制装置，还可以具有以下技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述控制单元还用于：在所述第一判断单元判定所述电动机的转速达到所述第一预定转速时，控制所述电动机维持所述第一预定转速预定时长后，采用所述闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制装置，由于电动机的实际转速和通过估算算法估算出的转速未必完全一致，若在确定电动机的转速达到第一预定转速时，就通过闭环控制方式对电动机的转速进行控制，则可能会在失速过大时引起电动机的抖动，而此时电动机的转矩还比较小，很可能无法抵抗因失步而导致的电机抖动，进而导致电动机启动失败。因此，通过在电动机的转速达到第一预定转速时，控制电动机维持第一预定转速预定时长后，再采用闭环控制方式对电动机的转速进行控制，使得能够待电动机的转速稳定后再通过闭环控制方式进行控制，极大地提高了电动机启动的成功率。
根据本发明的一个实施例，所述控制单元具体用于：采用抗饱和的PI控制器对所述电动机在启动过程中的电流进行控制，并对所述电动机在启动过程中的电流进行解耦处理，并用于在采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制时，采用所述抗饱和的PI控制器对所述电动机的转速进行控制。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制装置，由于电动机在启动过程中的d、q轴之间存在耦合，因此需要进行解耦处理。同时，由于在电动机的启动阶段，检测到的d、q轴的电流误差较大，很容易导致PI控制器的输出一直处于饱和状态，进而会对PI控制的快速性和准确性带来一定的影响，因此采用抗饱和的PI控制器对电流进行控制，可以有效解决电流调节过慢或控制不稳定的问题。
根据本发明的一个实施例，所述控制单元具体还用于：控制所述PI控制器输出的PI参数的大小与所述电动机的转速成正相关关系，直至所述电动机启动成功。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制装置，由于在电动机刚刚启动时，电动机的状态比较随机，甚至会出现反转的可能，同时，电动机刚刚启动时的电流的正弦度也不是很好，此时，若电流闭环的跟踪性能太好，有可能会出现跟踪不好的状态，因此，在电动机刚刚启动的阶段，可以采用较小的PI参数，避免跟踪效果过好而跟踪到不好的电流状态引起启动时电机震荡而导致启动失败的问题；而在电动机启动成功后，则可以使用正常的PI参数进行闭环控制。
根据本发明的一个实施例，还包括：检测单元，用于在接收到所述启动指令时，检测所述电动机的q轴电压；所述第一判断单元具体用于，在所述检测单元检测到所述电动机的q轴电压小于或等于预定电压值时，执行判断所述电动机的转速是否达到所述第一预定转速的操作；所述控制单元还用于，在所述检测单元检测到所述电动机的q轴电压大于所述预定电压值时，根据所述电动机的转动方向和初始速度控制所述电动机进行启动。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制装置，由于存在外部环境的影响，会导致电动机在启动前已经转动的情况，因此可以通过判断电动机的q轴电压与预定电压值之间的关系来确定电动机的启动方式，具体地，在电动机的q轴电压小于或等于预定电压值时，即在确定电动机无风启动时，按照上述的过程进行启动，在电动机的q轴电压大于预定电压值时，即在确定电动机有风启动时，根据电动机的转动方向和初始速度来控制电动机进行启动，增强了电动机对不同工况的适用性。
根据本发明的一个实施例，所述控制单元包括：第二判断单元，用于判断所述初始转速是否大于或等于第二预定转速；第三判断单元，用于在所述第二判断单元判定所述初始转速小于所述第二预定转速时，判断所述电动机是正转还是反转；执行单元，用于在所述第三判断单元判定所述电动机正转时，采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制，并用于在所述第三判断单元判定所述电动机反转时，对所述电动机进行降速控制后，采用开环控制方式控制所述电动机进行启动。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制装置，若确定电动机的初始转速小于预定转速，且电动机正转时，则可以直接进行顺风跟随启动；若确定电动机的初始转速小于预定转速，且电动机反转时，则可以先降速处理然后再进行开环启动。
根据本发明的一个实施例，所述执行单元还用于：在所述第三判断单元判定所述电动机反转时，对所述电动机的转矩电流增加补偿值，所述补偿值与所述电动机的实时转速成正比例关系。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制装置，通过在确定电动机反转时，对电动机的转矩电流增加补偿值，使得能够更好地克服自然外力的作用，提高了电动机启动成功的可能性。
根据本发明的一个实施例，所述控制单元还用于：在所述第二判断单元判定所述初始转速大于或等于所述第二预定转速时，进行故障提醒处理，并且不启动所述电动机。
根据本发明的实施例的电动机的启动控制装置，当电动机的初始转速较大时，可以进行故障提醒处理，以提示当前环境不便于电动机的启动。
根据本发明第三方面的实施例，还提出了一种空调器，包括：室外机风机；以及如上述任一项实施例中所述的电动机的启动控制装置，所述电动机的启动控制装置用于对所述室外机风机的电动机进行启动控制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的电动机的启动控制方法的示意流程图；
图2示出了根据本发明的实施例的电动机的启动控制装置的示意框图；
图3示出了根据本发明的实施例的多联机外风机的控制器的硬件结构示意图；
图4示出了根据本发明的实施例的永磁直流电机无传感器矢量控制算法的示意图；
图5示出了根据本发明的实施例的风机启动过程示意图；
图6示出了根据本发明的实施例的d、q轴电流环的抗饱和PI控制与解耦控制的示意图；
图7示出了根据本发明的实施例的根据电机数学模型计算d、q轴PI参数的原理示意图；
图8示出了根据本发明的实施例的电机在启动过程中的变PI参数示意图；
图9示出了根据本发明的实施例的电机的启动方法的示意流程图；
图10示出了根据本发明的实施例的电机在静止启动时的U相电流波形示意图；
图11示出了根据本发明的实施例的电机在逆风启动工况下的U相电流波形示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了根据本发明的实施例的电动机的启动控制方法的示意流程图。
如图1所示，根据本发明的实施例的电动机的启动控制方法，包括：步骤102，在根据接收到的启动指令启动电动机后，判断所述电动机的转速是否达到第一预定转速；步骤104，若判定所述电动机的转速未达到所述第一预定转速，则采用开环控制方式对所述电动机的转速进行控制；以及若判定所述电动机的转速达到所述第一预定转速，则采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制。
由于电动机转速较低时，其反电动势很小，因此估算出的转速并不可靠，因此通过在电动机的转速达到第一预定转速时，才采用闭环控制方式对电动机的转速进行控制，使得可以在不采用速度传感器的情况下，精确估算出电动机的实时转速，进而通过反馈的方式(即闭环控制方式)来对电动机的启动转速进行控制，增强了电动机在不同工况下的适应性和鲁棒性，实现了对电动机启动过程的精确控制，有利于提高电动机启动成功的概率。其中，可以通过估算算法来判断电动机的转速是否达到上述第一预定转速。
根据本发明的上述实施例的电动机的启动控制方法，还可以具有以下技术特征：
根据本发明的一个实施例，在判定所述电动机的转速达到所述第一预定转速时，还包括：控制所述电动机维持所述第一预定转速预定时长后，采用所述闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制。
由于电动机的实际转速和通过估算算法估算出的转速未必完全一致，若在确定电动机的转速达到第一预定转速时，就通过闭环控制方式对电动机的转速进行控制，则可能会在失速过大时引起电动机的抖动，而此时电动机的转矩还比较小，很可能无法抵抗因失步而导致的电机抖动，进而导致电动机启动失败。因此，通过在电动机的转速达到第一预定转速时，控制电动机维持第一预定转速预定时长后，再采用闭环控制方式对电动机的转速进行控制，使得能够待电动机的转速稳定后再通过闭环控制方式进行控制，极大地提高了电动机启动的成功率。
根据本发明的一个实施例，还包括：采用抗饱和的PI控制器对所述电动机在启动过程中的电流进行控制，并对所述电动机在启动过程中的电流进行解耦处理；以及在采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制时，还包括：采用所述抗饱和的PI控制器对所述电动机的转速进行控制。
由于电动机在启动过程中的d、q轴之间存在耦合，因此需要进行解耦处理。同时，由于在电动机的启动阶段，检测到的d、q轴的电流误差较大，很容易导致PI控制器的输出一直处于饱和状态，进而会对PI控制的快速性和准确性带来一定的影响，因此采用抗饱和的PI控制器对电流进行控制，可以有效解决电流调节过慢或控制不稳定的问题。
根据本发明的一个实施例，采用所述抗饱和的PI控制器对所述电动机在启动过程中的电流和所述电动机的转速进行控制的步骤具体包括：控制所述PI控制器输出的PI参数的大小与所述电动机的转速成正相关关系，直至所述电动机启动成功。
由于在电动机刚刚启动时，电动机的状态比较随机，甚至会出现反转的可能，同时，电动机刚刚启动时的电流的正弦度也不是很好，此时，若电流闭环的跟踪性能太好，有可能会出现跟踪不好的状态，因此，在电动机刚刚启动的阶段，可以采用较小的PI参数，避免跟踪效果过好而跟踪到不好的电流状态引起启动时电机震荡而导致启动失败的问题；而在电动机启动成功后，则可以使用正常的PI参数进行闭环控制。
根据本发明的一个实施例，还包括：在接收到所述启动指令时，检测所述电动机的q轴电压；若所述电动机的q轴电压小于或等于预定电压值，则执行判断所述电动机的转速是否达到所述第一预定转速的步骤；若所述电动机的q轴电压大于所述预定电压值，则根据所述电动机的转动方向和初始速度控制所述电动机进行启动。
由于存在外部环境的影响，会导致电动机在启动前已经转动的情况，因此可以通过判断电动机的q轴电压与预定电压值之间的关系来确定电动机的启动方式，具体地，在电动机的q轴电压小于或等于预定电压值时，即在确定电动机无风启动时，按照上述的过程进行启动，在电动机的q轴电压大于预定电压值时，即在确定电动机有风启动时，根据电动机的转动方向和初始速度来控制电动机进行启动，增强了电动机对不同工况的适用性。
根据本发明的一个实施例，根据所述电动机的转动方向和所述初始速度控制所述电动机进行启动的步骤具体包括：判断所述初始转速是否大于或等于第二预定转速；在判定所述初始转速小于所述第二预定转速时，判断所述电动机是正转还是反转；若判定所述电动机正转，则采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制；若判定所述电动机反转，则对所述电动机进行降速控制后，采用开环控制方式控制所述电动机进行启动。
若确定电动机的初始转速小于预定转速，且电动机正转时，则可以直接进行顺风跟随启动；若确定电动机的初始转速小于预定转速，且电动机反转时，则可以先降速处理然后再进行开环启动。
根据本发明的一个实施例，在判定所述电动机反转时，还包括：对所述电动机的转矩电流增加补偿值，所述补偿值与所述电动机的实时转速成正比例关系。
通过在确定电动机反转时，对电动机的转矩电流增加补偿值，使得能够更好地克服自然外力的作用，提高了电动机启动成功的可能性。
根据本发明的一个实施例，还包括：在判定所述初始转速大于或等于所述第二预定转速时，进行故障提醒处理，并且不启动所述电动机。
具体地，当电动机的初始转速较大时，可以进行故障提醒处理，以提示当前环境不便于电动机的启动。
图2示出了根据本发明的实施例的电动机的启动控制装置的示意框图。
如图2所示，根据本发明的实施例的电动机的启动控制装置200，包括：第一判断单元202，用于在根据接收到的启动指令启动电动机后，判断所述电动机的转速是否达到第一预定转速；控制单元204，用于在所述第一判断单元202判定所述电动机的转速未达到所述第一预定转速时，采用开环控制方式对所述电动机的转速进行控制，并在所述第一判断单元202判定所述电动机的转速达到所述第一预定转速时，采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制。
由于电动机转速较低时，其反电动势很小，因此估算出的转速并不可靠，因此通过在电动机的转速达到第一预定转速时，才采用闭环控制方式对电动机的转速进行控制，使得可以在不采用速度传感器的情况下，精确估算出电动机的实时转速，进而通过反馈的方式(即闭环控制方式)来对电动机的启动转速进行控制，增强了电动机在不同工况下的适应性和鲁棒性，实现了对电动机启动过程的精确控制，有利于提高电动机启动成功的概率。其中，可以通过估算算法来判断电动机的转速是否达到上述第一预定转速。
根据本发明的上述实施例的电动机的启动控制装置200，还可以具有以下技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述控制单元204还用于：在所述第一判断单元202判定所述电动机的转速达到所述第一预定转速时，控制所述电动机维持所述第一预定转速预定时长后，采用所述闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制。
由于电动机的实际转速和通过估算算法估算出的转速未必完全一致，若在确定电动机的转速达到第一预定转速时，就通过闭环控制方式对电动机的转速进行控制，则可能会在失速过大时引起电动机的抖动，而此时电动机的转矩还比较小，很可能无法抵抗因失步而导致的电机抖动，进而导致电动机启动失败。因此，通过在电动机的转速达到第一预定转速时，控制电动机维持第一预定转速预定时长后，再采用闭环控制方式对电动机的转速进行控制，使得能够待电动机的转速稳定后再通过闭环控制方式进行控制，极大地提高了电动机启动的成功率。
根据本发明的一个实施例，所述控制单元204具体用于：采用抗饱和的PI控制器对所述电动机在启动过程中的电流进行控制，并对所述电动机在启动过程中的电流进行解耦处理，并用于在采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制时，采用所述抗饱和的PI控制器对所述电动机的转速进行控制。
由于电动机在启动过程中的d、q轴之间存在耦合，因此需要进行解耦处理。同时，由于在电动机的启动阶段，检测到的d、q轴的电流误差较大，很容易导致PI控制器的输出一直处于饱和状态，进而会对PI控制的快速性和准确性带来一定的影响，因此采用抗饱和的PI控制器对电流进行控制，可以有效解决电流调节过慢或控制不稳定的问题。
根据本发明的一个实施例，所述控制单元204具体还用于：控制所述PI控制器输出的PI参数的大小与所述电动机的转速成正相关关系，直至所述电动机启动成功。
由于在电动机刚刚启动时，电动机的状态比较随机，甚至会出现反转的可能，同时，电动机刚刚启动时的电流的正弦度也不是很好，此时，若电流闭环的跟踪性能太好，有可能会出现跟踪不好的状态，因此，在电动机刚刚启动的阶段，可以采用较小的PI参数，避免跟踪效果过好而跟踪到不好的电流状态引起启动时电机震荡而导致启动失败的问题；而在电动机启动成功后，则可以使用正常的PI参数进行闭环控制。
根据本发明的一个实施例，还包括：检测单元206，用于在接收到所述启动指令时，检测所述电动机的q轴电压；所述第一判断单元202具体用于，在所述检测单元检测到所述电动机的q轴电压小于或等于预定电压值时，执行判断所述电动机的转速是否达到所述第一预定转速的操作；所述控制单元204还用于，在所述检测单元206检测到所述电动机的q轴电压大于所述预定电压值时，根据所述电动机的转动方向和初始速度控制所述电动机进行启动。
由于存在外部环境的影响，会导致电动机在启动前已经转动的情况，因此可以通过判断电动机的q轴电压与预定电压值之间的关系来确定电动机的启动方式，具体地，在电动机的q轴电压小于或等于预定电压值时，即在确定电动机无风启动时，按照上述的过程进行启动，在电动机的q轴电压大于预定电压值时，即在确定电动机有风启动时，根据电动机的转动方向和初始速度来控制电动机进行启动，增强了电动机对不同工况的适用性。
根据本发明的一个实施例，所述控制单元204包括：第二判断单元2042，用于判断所述初始转速是否大于或等于第二预定转速；第三判断单元2044，用于在所述第二判断单元2042判定所述初始转速小于所述第二预定转速时，判断所述电动机是正转还是反转；执行单元2046，用于在所述第三判断单元2044判定所述电动机正转时，采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制，并用于在所述第三判断单元2044判定所述电动机反转时，对所述电动机进行降速控制后，采用开环控制方式控制所述电动机进行启动。
若确定电动机的初始转速小于预定转速，且电动机正转时，则可以直接进行顺风跟随启动；若确定电动机的初始转速小于预定转速，且电动机反转时，则可以先降速处理然后再进行开环启动。
根据本发明的一个实施例，所述执行单元2046还用于：在所述第三判断单元2044判定所述电动机反转时，对所述电动机的转矩电流增加补偿值，所述补偿值与所述电动机的实时转速成正比例关系。
通过在确定电动机反转时，对电动机的转矩电流增加补偿值，使得能够更好地克服自然外力的作用，提高了电动机启动成功的可能性。
根据本发明的一个实施例，所述控制单元204还用于：在所述第二判断单元2042判定所述初始转速大于或等于所述第二预定转速时，进行故障提醒处理，并且不启动所述电动机。
具体地，当电动机的初始转速较大时，可以进行故障提醒处理，以提示当前环境不便于电动机的启动。
本发明还提出了一种空调器(图中未示出)，包括：室外机风机；以及如图2中所示的电动机的启动控制装置200，所述电动机的启动控制装置200用于对所述室外机风机的电动机进行启动控制。其中，空调器优选为多联机空调器。
以下结合图3至图11详细说明本发明的技术方案。
本发明的目的是提供一种能够有效启动多联机外风机的控制方法及控制器。本发明提出的启动控制方法及控制器能有效满足各种启动工况的要求，可以保证多联机外风机的可靠启动。
图3示出了根据本发明的实施例的多联机外风机的控制器的硬件结构示意图。
如图3所示，根据本发明的实施例的多联机外风机的控制器的硬件结构，包括：控制电路、整流电路、逆变电路和驱动电路。其中控制器可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)，也可以是高性能的微控制器(Micro Control Unit，MCU)。
图4示出了根据本发明的实施例的永磁直流电机无传感器矢量控制算法的示意图。
如图4所示，在转速很低时，电机的反电动式很小，估算的转速并不是很可靠，因此只有当电机的转速达到一定值(如ωc以上)时，才使速度闭环，即在ωc以上时使用无速度传感器估算算法估算的转速进行速度反馈(对速度进行闭环控制)；在ωc以下时，进行速度开环控制。
图5示出了根据本发明的实施例的风机启动过程示意图。
如图5所示，在风机整个启动过程中，包括：直流偏置电流的计算、自举电容的预充电、开环阶段、过渡阶段和闭环阶段。
由于外风机的转动惯量很大，同时容易受自然风的影响，故启动前进行转子定位是不太现实的。因此，在本发明的技术方案中，直接进入开环启动拖动电机至开闭环切换转速ωc，由于电机实际转速和无传感器估算算法估算的转速此时未必完全同步上，如果此时直接进入闭环，在失速过大时，不可避免会引起电机的抖动，而此时电机的转矩还比较小，很有可能无法抵抗因失步而导致的电机抖动，从而导致启动失败。故本发明在开闭环切换转速ωc处保持一段时间，待转速稳定后，再切入闭环阶段，从而大大提高电机启动的成功率。启动成功后，再继续加速，最终完成启动阶段。
图6示出了根据本发明的实施例的d、q轴电流环的抗饱和PI控制与解耦控制的示意图。
电机在d、q轴参考坐标系下的稳态电压方程如下所示：
其中，Vd表示d轴电压，Vq表示q轴电压，id表示d轴电流，iq表示q轴电流，Rs表示定子电阻，表示永磁体磁链；ω表示电机角速度，Ld表示d轴电感，Lq表示q轴电感；
由上述方程可知：Vd,Vq间存在耦合，为了解除d、q轴之间的耦合，本发明采用抗饱和PI控制+解耦控制对d、q电流环进行控制。同时，在启动阶段，id,iq的误差较大，此时如果单纯使用传统的PI控制，很容易导致PI控制输出一直处于饱和状态，对PI控制的快速性和准确性都会带来一定的影响。为了克服上述不足，本发明采用抗饱和的PI控制器，可有效解决电流调节过慢或控制不稳定的情况。
图7示出了根据本发明的实施例的根据电机数学模型计算dq轴PI参数的原理示意图。
根据电机的近似数学模型及PI调节器的传递函数，可得它们组合后的闭环传递函数为：
其中，Hd(s)为d轴电流环闭环传递函数，Kpd为d轴电流环PI调节器比例系数，Kid为d轴电流环PI调节器积分系数，Hq(s)为q轴电流环闭环传递函数，Kpq为q轴电流环PI调节器比例系数，Kiq为q轴电流环PI调节器积分系数。
根据二阶系统的西门子最佳参数整定法可得PI参数为：
用以上的PI参数可得闭环传递函数为其中ωb为电流环带宽，决定了电流环响应速度，改变ωb可以改变电流环的跟随性能。
图8示出了根据本发明的实施例的电机在启动过程中的变PI参数示意图。
由图7可知，电机d、q轴电流环的跟随性能和PI参数息息相关。由于外风机的应用场合的原因，本发明没有在启动之前进行转子初始位置定位，在刚刚启动时，电机的状态比较随机，甚至有出现反转的可能，同时，此时的电流正弦度也不是很好。此时如果电流环的跟踪性能太好，有可能会跟踪不好的状态，因此，在刚刚启动阶段，控制上并不希望电流环的跟踪性能很好。如图8所示，本发明在外风机的启动阶段实行的是变PI控制，在转速很低时，PI参数设置较小，避免跟踪效果太好，跟踪到不好的电流状态引起启动时电机震荡而导致启动失败，待电机启动成功后，恢复PI参数。
图9示出了根据本发明的实施例的电机的启动方法的示意流程图。
当外部自然环境存在强风时，电机在开机启动之前，风机轴上的叶片因为外力的作用而转动，既有可能正转，也有可能反转。因此在控制程序完成直流偏置电流计算和自举电容充电后，会进行电机速度检测，检测的原理是根据反电动式和转速成正比的原理，通过检测反电动式的阈值VqChkThr和当前的q轴电压Vq的大小来判断启动前电机是否是有风启动。接着进行电机转向的判断，如果目前电机被外风吹起的转速超过启动转速阈值ωthr，报超速故障，表明当前状态下风机不适合启动。如果目前电机被外风吹起的转速低于启动转速阈值ωthr，则在顺风的情况下，直接进行顺风跟随启动。在逆风的情况下，先刹车再进行开环启动，在逆风启动的情况下，为了更好的克服自然外力的作用，在转矩电流iq上增加一项和转速ω成正比的补偿量k·ω来平衡外力的作用，即逆风启动时，转矩电流iq＝iq+k·ω，通过增加补偿项可以很好克服逆风的作用。
具体如图9所示，根据本发明的实施例的电机的启动方法，包括：
步骤902，计算偏置电流。
步骤904，自举电容充电。
步骤906，速度检测。
步骤908，判断电机q轴电压Vq是否大于阈值VqChkThr，若是，则执行步骤912；否则，执行步骤910。
步骤910，非顺风及逆风启动，即按照上述的过程进行启动。
步骤912，判断电机是正转还是反转，若是正转，则执行步骤914；若是反转，则执行步骤918。
步骤914，判断电机被自然风吹起的转速|ω|是否大于启动转速阈值ωthr，若是，则执行步骤920；否则，执行步骤916。
步骤916，直接进入闭环状态。
步骤918，判断电机被自然风吹起的转速|ω|是否大于启动转速阈值ωthr，若是，则执行步骤920；否则，执行步骤924。
步骤920，判定为超速故障。
步骤922，风机不启动。
步骤924，进入刹车状态，即降低风机转速。
步骤926，逆风启动过程中的转矩电流iq＝iq+k·ω，以通过增加补偿项克服逆风的作用。
图10示出了根据本发明的实施例的电机在静止启动时的U相电流波形示意图。
由于本发明的电流环PI参数在启动阶段是变PI控制，在刚刚启动时，由于电流环PI参数较小，电流环跟踪性能不好，电流的正弦度并不好。但是对于整个风机系统来说，最终的目标是为了使电机在各种工况下都能可靠启动，因此在刚刚开始，牺牲一点电流的正弦度是值得的。
图11示出了根据本发明的实施例的电机在逆风启动工况下的U相电流波形示意图。
从示波器观测到的波形图可以看出明显的刹车电流，而图10中所示的启动波形示意图在启动阶段从开环切闭环时没有电流明显的相位跳变阶段，从而验证了切入闭环时，电机的实际转速和无传感器估算算法估算的转速比较一致，没有大的失步发生，进一步验证了本发明所涉及到的外风机启动控制方法的有效性和正确性。
综上所述，由于多联机外风机轴上安装的风叶半径较大，导致外风机转动惯量较大，同时容易受自然风吹动风机叶片的影响，故无论是类似脉冲电压注入法的静止型估算转子初始位置，还是给风机的U、V、W三相通入直流电的转动型估算转子初始位置的方法均无法使用，本发明在风机启动前期并未对电机的转子进行初始定位来获得启动最大转矩，而是通过变PI参数的方式在启动阶段拖动风机启动。在风机达到开环切闭环的转速ωc后，并不是立即进入闭环，而是停留在ωc运行一段时间后再进入闭环。
为了消除d、q轴电压之间的耦合，本发明采用d、q轴电流环的抗饱和PI控制+解耦控制，不仅可以实现解耦，还可有效解决因PI饱和导致的电流调节过慢或控制不稳定的情况。根据电机的数学模型和PI控制器组成的闭环传递函数的分析，可以得到PI的控制参数，同时是变PI参数调节，保证了启动初期较小的PI参数，从而使启动失败的可能性大大降低。该控制器能够有效区分启动前电机所处的工况，并对不同的工况做出相应控制，增强了在不同工况下的适应性和鲁棒性。实验结果验证了采用该启动控制方法的风机具有良好的启动性能，能够可靠应用于多联机、空气能热泵等外风机的场合。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，本发明提出了一种新的电动机的启动控制方案，增强了电动机在不同工况下的适应性和鲁棒性，实现了对电动机启动过程的精确控制，有利于提高电动机启动成功的可能性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种电动机的启动控制方法，其特征在于，包括：
在根据接收到的启动指令启动电动机后，判断所述电动机的转速是否达到第一预定转速；
若判定所述电动机的转速未达到所述第一预定转速，则采用开环控制方式对所述电动机的转速进行控制；以及
若判定所述电动机的转速达到所述第一预定转速，则采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制；
还包括：
控制所述电动机维持所述第一预定转速预定时长后，采用所述闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制；
还包括：
在接收到所述启动指令时，检测所述电动机的q轴电压；
若所述电动机的q轴电压小于或等于预定电压值，则执行判断所述电动机的转速是否达到所述第一预定转速的步骤；
若所述电动机的q轴电压大于所述预定电压值，则根据所述电动机的转动方向和初始速度控制所述电动机进行启动。
2.根据权利要求1所述的电动机的启动控制方法，其特征在于，还包括：采用抗饱和的PI控制器对所述电动机在启动过程中的电流进行控制，并对所述电动机在启动过程中的电流进行解耦处理；以及
在采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制时，还包括：采用所述抗饱和的PI控制器对所述电动机的转速进行控制。
3.根据权利要求2所述的电动机的启动控制方法，其特征在于，采用所述抗饱和的PI控制器对所述电动机在启动过程中的电流和所述电动机的转速进行控制的步骤具体包括：
控制所述PI控制器输出的PI参数的大小与所述电动机的转速成正相关关系，直至所述电动机启动成功。
4.根据权利要求1所述的电动机的启动控制方法，其特征在于，根据所述电动机的转动方向和所述初始速度控制所述电动机进行启动的步骤具体包括：
判断所述初始转速是否大于或等于第二预定转速；
在判定所述初始转速小于所述第二预定转速时，判断所述电动机是正转还是反转；
若判定所述电动机正转，则采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制；
若判定所述电动机反转，则对所述电动机进行降速控制后，采用开环控制方式控制所述电动机进行启动。
5.根据权利要求4所述的电动机的启动控制方法，其特征在于，在判定所述电动机反转时，还包括：
对所述电动机的转矩电流增加补偿值，所述补偿值与所述电动机的实时转速成正比例关系。
6.根据权利要求4或5所述的电动机的启动控制方法，其特征在于，还包括：
在判定所述初始转速大于或等于所述第二预定转速时，进行故障提醒处理，并且不启动所述电动机。
7.一种电动机的启动控制装置，其特征在于，包括：
第一判断单元，用于在根据接收到的启动指令启动电动机后，判断所述电动机的转速是否达到第一预定转速；
控制单元，用于在所述第一判断单元判定所述电动机的转速未达到所述第一预定转速时，采用开环控制方式对所述电动机的转速进行控制，并在所述第一判断单元判定所述电动机的转速达到所述第一预定转速时，采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制；
所述控制单元还用于：
在所述第一判断单元判定所述电动机的转速达到所述第一预定转速时，控制所述电动机维持所述第一预定转速预定时长后，采用所述闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制；
还包括：
检测单元，用于在接收到所述启动指令时，检测所述电动机的q轴电压；
所述第一判断单元具体用于，在所述检测单元检测到所述电动机的q轴电压小于或等于预定电压值时，执行判断所述电动机的转速是否达到所述第一预定转速的操作；
所述控制单元还用于，在所述检测单元检测到所述电动机的q轴电压大于所述预定电压值时，根据所述电动机的转动方向和初始速度控制所述电动机进行启动。
8.根据权利要求7所述的电动机的启动控制装置，其特征在于，所述控制单元具体用于：采用抗饱和的PI控制器对所述电动机在启动过程中的电流进行控制，并对所述电动机在启动过程中的电流进行解耦处理，并用于在采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制时，采用所述抗饱和的PI控制器对所述电动机的转速进行控制。
9.根据权利要求8所述的电动机的启动控制装置，其特征在于，所述控制单元具体还用于：
控制所述PI控制器输出的PI参数的大小与所述电动机的转速成正相关关系，直至所述电动机启动成功。
10.根据权利要求7所述的电动机的启动控制装置，其特征在于，所述控制单元包括：
第二判断单元，用于判断所述初始转速是否大于或等于第二预定转速；
第三判断单元，用于在所述第二判断单元判定所述初始转速小于所述第二预定转速时，判断所述电动机是正转还是反转；
执行单元，用于在所述第三判断单元判定所述电动机正转时，采用闭环控制方式对所述电动机的转速进行控制，并用于在所述第三判断单元判定所述电动机反转时，对所述电动机进行降速控制后，采用开环控制方式控制所述电动机进行启动。
11.根据权利要求10所述的电动机的启动控制装置，其特征在于，所述执行单元还用于：
在所述第三判断单元判定所述电动机反转时，对所述电动机的转矩电流增加补偿值，所述补偿值与所述电动机的实时转速成正比例关系。
12.根据权利要求10或11所述的电动机的启动控制装置，其特征在于，所述控制单元还用于：
在所述第二判断单元判定所述初始转速大于或等于所述第二预定转速时，进行故障提醒处理，并且不启动所述电动机。
13.一种空调器，其特征在于，包括：
室外机风机；以及
如权利要求7至12中任一项所述的电动机的启动控制装置，所述电动机的启动控制装置用于对所述室外机风机的电动机进行启动控制。
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