CN105099296A - 一种基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，在电机低速运行阶段，通过对电机的三相绕组通电流使得电机的转子在三相绕组的作用下达到平衡位置。由于是对电机的三相绕组通电流，相对于对电机的两相绕组通电流而言，同样大小的电流所产生的定位力矩更大。此外，由于在达到平衡位置之后需要等待第一预设时间到来后才关闭MOSFET，且关闭MOSFET之后需要等待第二预设时间，因此能够消除转子在预定位置的左右震荡，提高了定位精度。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法。
背景技术
由于卫星受工作环境等因素的限制，卫星空调压缩机内的无刷直流电机需要采用无位置传感器的无刷直流电机，因此对于这种无刷直流电机而言，需要准确地检测电机的转子的位置才能保证准确的换向，从而实现对电机的控制。在通常情况下，电机的转子的位置信息需要通过滑模观测器测量反电动势信号间接得到。但是，电机在低速运行时，反电动势的信号非常微弱，导致难以通过滑模观测器准确得到转子的位置信息。
现有技术中，对于空调系统中的无刷直流电机在静止时通过高频电路输入高频信号的方法来确定转子的位置信息，但是由于卫星空调系统所处的特殊环境，输入的高频信号易受干扰，且高频信号电路也增加了成本。此外，该方法中当向电机中的定子加入电压后，由于磁场的作用使得转子的位置也会发生改变，产生测量误差，导致定位精度低，影响对电机的控制。
综上所述，如何提高对卫星空调系统的电机转子的定位精度是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，用于提高对卫星空调系统的电机转子的定位精度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，用于所述电机处于低速运行环境中，包括：
在所述电机处于静止时，对所述电机的三相绕组通电流以使所述电机的转子在所述三相绕组的作用下达到平衡位置；
当达到所述平衡位置时，经过第一预设时间关断所述卫星空调系统中的场效应晶体管MOSFET；
当关断所述卫星空调系统中的场效应晶体管MOSFET时，经过第二预设时间，获取所述电机当前的转子的位置信息和转动方向信息；
根据所述位置信息和转动方向信息产生至少一个同步换向指令以使所述电机转子的位置信息和转动方向信息随所述同步换向指令改变，直到滑模观测器能够通过所述电机的线电压信号和线电流信号计算出反电动势为止；
将所述反电动势的信息转换为电机的换向逻辑，并将电机的控制方式切换为滑模观测器控制方式。
优选地，所述根据所述位置信息和转动方向信息产生至少一个同步换向指令以使所述电机转子的位置信息和转动方向信息随所述同步换向指令改变，直到滑模观测器能够通过所述电机的线电压信号和线电流信号计算出反电动势为止具体为：
根据所述位置信息和转动方向信息产生一个同步换向指令；
采集所述电机的线电压信号和线电流信号；
判断滑模观测器是否能够通过当前线电压信号和线电流信号计算所述反电动势；
如果是，则停止同步换向指令的输出；
如果否，则继续输出下一个同步换向指令。
优选地，相邻两次的同步换向指令中的后一次同步换向指令的换向频率低于前一次同步换向指令的换向频率。
优选地，输出所述同步换向指令的次数为5次。
优选地，其特征在于，当输出5次同步换向指令时，对应的换向频率依次为：50HZ、40HZ、30HZ、20HZ、10HZ。
优选地，所述第一预设时间为200毫秒。
优选地，所述第二预设时间为10毫秒。
优选地，所述电流为1安培。
本发明提供的基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，在电机低速运行阶段，通过对电机的三相绕组通电流使得电机的转子在三相绕组的作用下达到平衡位置。由于是对电机的三相绕组通电流，相对于对电机的两相绕组通电流而言，同样大小的电流所产生的定位力矩更大。此外，由于在达到平衡位置之后需要等待第一预设时间到来后才关闭MOSFET，且关闭MOSFET之后需要等待第二预设时间，因此能够消除转子在预定位置的左右震荡，提高了定位精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法的流程图；
图2为本发明提供的另一种基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
本发明的核心是提供一种基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明提供的一种基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法的流程图。如图1所示，基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，用于电机处于低速运行环境中，包括：
S10：在电机处于静止时，对电机的三相绕组通电流以使电机的转子在三相绕组的作用下达到平衡位置。
S11：当达到平衡位置时，经过第一预设时间关断卫星空调系统中的场效应晶体管MOSFET。
S12：当关断卫星空调系统中的场效应晶体管MOSFET时，经过第二预设时间，获取电机当前的转子的位置信息和转动方向信息。
S13：根据所述位置信息和转动方向信息产生至少一个同步换向指令以使所述电机转子的位置信息和转动方向信息随所述同步换向指令改变，直到滑模观测器能够通过所述电机的线电压信号和线电流信号计算出反电动势为止。
S14：将反电动势的信息转换为电机的换向逻辑，并将电机的控制方式切换为滑模观测器控制方式。
压缩机控制系统主要包括MCU控制器(处理器)，电机驱动器，压缩机。通过处理器实时检测压缩机内部无刷直流电机转子位置信息，并构建滑模观测器状态空间，通过滑模观测器估算出当前反电动势信号，进而转化为无刷直流电机控制信号，输出给驱动器，控制电机运转。当电机高速运行时，可以通过现有的滑模观测器来获取当前电机的反电动势，从而实现通过滑模观测器对电机进行控制。但是，当电机进入高速运行之前，先是静止状态，然后又低速运行变为高速运行，在静止和高速运行这段过程中，由于电机的反电动势较弱，因此滑模观测器无法获取反电动势，也就无法实现通过滑模观测器对电机进行控制。在本发明中，当电机处于静止状态时，对电机的三相绕组通电流以使电机的转子在三相绕组的作用下达到平衡位置。该平衡位置指的是转子匀速运动。从转子达到平衡位置的那一刻开始，经过第一预设时间关断MOSFET，此时转子由平衡位置逐渐变为静止状态。在这个过程中，需要经过第二预设时间，该时间主要是消除转子在预定位置的左右震荡。此时，获取所述电机当前的转子的位置信息和转动方向信息，根据上述信息产生至少一个同步换向指令。在每一次同步换向指令结束后，都需要采集电机的线电压信号和线电流信号，直到该次的线电压信号和线电流信号能够通过滑模观测器计算出当前电机的反电动势信号。当得到了电机的反电动势信号，则将反电动势信号转换为转子的位置信息，从而实现对电机的换向控制。
其中，第一预设时间为200毫秒。
其中，第二预设时间为10毫秒。
其中，电流为1安培。
需要说明的是，第一预设时间需要根据电机的转动惯量来设置。第二预设时间由电机转子的转动惯量与给定三相电流大小来设置，电流的设定则参考控制系统最大允许的电流值。
本发明提供的基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，在电机低速运行阶段，通过对电机的三相绕组通电流使得电机的转子在三相绕组的作用下达到平衡位置。由于是对电机的三相绕组通电流，相对于对电机的两相绕组通电流而言，同样大小的电流所产生的定位力矩更大。此外，由于在达到平衡位置之后需要等待第一预设时间到来后才关闭MOSFET，且关闭MOSFET之后需要等待第二预设时间，因此能够消除转子在预定位置的左右震荡，提高了定位精度。
图2为本发明提供的另一种基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法的流程图。作为一种优选的实施方式，步骤S13具体为：
S130：根据所述位置信息和转动方向信息产生一个同步换向指令；
S131：采集所述电机的线电压信号和线电流信号。
S132：判断滑模观测器是否能够通过当前线电压信号和线电流信号计算所述反电动势。
如果是，则停止所述换向指令的输出。
如果否，则继续输出下一个换向指令。
转子经过平衡位置变为预定位置时，能够得到电机当前的转子的位置信息和转动方向信息，根据上述信息处理器可以产生同步换向指令，该指令能够使得电机以一定的方向和频率运转。由于不能够确定电机的线电压信号和线电流信号何时足以计算出反电动势。因此需要至少产生一个同步换向指令。且需要实时采集电机的线电压信号和线电流信号。在每一次同步换向指令结束后，需要判断当前线电压信号和线电流信号是否能够通过滑模观测器获取反电动势，如果是，则不需要执行下一次同步换向指令，如果否，则需要继续输出下一个同步换向指令。
作为一种优选的实施方式，在上述实施例的基础上，相邻两次的同步换向指令中的后一次同步换向指令的换向频率低于前一次同步换向指令的换向频率。
其中，输出同步换向指令的次数为5次。当输出5次同步换向指令时，对应的换向频率依次为：50HZ、40HZ、30HZ、20HZ、10HZ。
需要说明的是，输出不同换向指令的次数为5次，只是一种具体的应用场景，并不代表只能是5次。
以上对本发明所提供的基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，用于所述电机处于低速运行环境中，其特征在于，包括：
在所述电机处于静止时，对所述电机的三相绕组通电流以使所述电机的转子在所述三相绕组的作用下达到平衡位置；
当达到所述平衡位置时，经过第一预设时间关断所述卫星空调系统中的场效应晶体管MOSFET；
当关断所述卫星空调系统中的场效应晶体管MOSFET时，经过第二预设时间，获取所述电机当前的转子的位置信息和转动方向信息；
根据所述位置信息和转动方向信息产生至少一个同步换向指令以使所述电机转子的位置信息和转动方向信息随所述同步换向指令改变，直到滑模观测器能够通过所述电机的线电压信号和线电流信号计算出反电动势为止；
将所述反电动势的信息转换为电机的换向逻辑，并将所述电机的控制方式切换为滑模观测器控制方式。
2.根据权利要求1所述的基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述位置信息和转动方向信息产生至少一个同步换向指令以使所述电机转子的位置信息和转动方向信息随所述同步换向指令改变，直到滑模观测器能够通过所述电机的线电压信号和线电流信号计算出反电动势为止具体为：
根据所述位置信息和转动方向信息产生一个同步换向指令；
采集所述电机的线电压信号和线电流信号；
判断滑模观测器是否能够通过当前线电压信号和线电流信号计算所述反电动势；
如果是，则停止同步换向指令的输出；
如果否，则继续输出下一个同步换向指令。
3.根据权利要求1或2所述的基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，其特征在于，相邻两次的同步换向指令中的后一次同步换向指令的换向频率低于前一次同步换向指令的换向频率。
4.根据权利要求3所述的基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，其特征在于，输出所述同步换向指令的次数为5次。
5.根据权利要求4所述的基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，其特征在于，当输出5次同步换向指令时，对应的换向频率依次为：50HZ、40HZ、30HZ、20HZ、10HZ。
6.根据权利要求1所述的基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，其特征在于，所述第一预设时间为200毫秒。
7.根据权利要求1所述的基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，其特征在于，所述第二预设时间为10秒。
8.根据权利要求1所述的基于滑模观测器的卫星空调系统的电机控制方法，其特征在于，所述电流为1A。
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