CN106208868B - 无电解电容电机驱动系统及其控制方法、装置 - Google Patents

无电解电容电机驱动系统及其控制方法、装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无电解电容电机驱动系统及其控制方法、装置，所述方法包括以下步骤：获取输入交流电压的电压瞬时值，并根据电压瞬时值计算输入交流电压的相位估计值；根据输入交流电压的形状和相位估计值生成输出变量；根据压缩机电机的给定转速、压缩机电机的转子速度估计值、输出变量以及相位估计值计算压缩机电机的q轴给定电流；以及根据q轴给定电流对压缩机电机进行控制。该方法根据输入交流电压的形状和相位估计值计算q轴给定电流，能够很好的跟随输入交流电压，使得电机的输入电流波形满足谐波要求，保证调速系统的稳定性和电路的安全性。

Description

无电解电容电机驱动系统及其控制方法、装置
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种无电解电容电机驱动系统及其控制方法、装置。
背景技术
随着消费者对机电产品节能性要求的提升，效率更高的永磁同步电机得到了越来越广泛的应用。
常规变频驱动器的直流母线电压处于稳定状态，逆变部分与输入交流电压相对独立，从而使逆变部分的控制无需考虑输入交流电压的瞬时变化，便于控制方法的实现。然而，这种设计方法需要配备容值较大的电解电容，使得驱动器体积变大，成本提升，而且电解电容的寿命有限，其有效工作时间往往是变频驱动器寿命的瓶颈。
针对上述问题，相关技术中提出了以小容值的薄膜电容或陶瓷电容取代电解电容的策略，与常规变频驱动器相比，省去了功率因数校正部分，而且小型化的电容既能降低成本，又能消除电解电容引起的使用寿命瓶颈问题。
为实现上述方案，相关技术提出了通过增加功率控制环路来调节电机的瞬时功率，并利用重复控制提升功率控制环路的动态性能，改善输入电流功率因数的方法，然而，重复控制只对与电网频率成倍数的功率参考指令有效，单转子压缩机运行过程中存在明显的转速波动，瞬时功率指令存在多种频率成分，因此该方法并不适用；还有相关技术提出一种基于电压补偿的瞬时功率控制方法，可显著降低输入电流的谐波成分，然而该方法施加的补偿电压将使压缩机电流偏离参考值，在恶劣工况下难以确保压缩机相电流值在允许范围以内，从而难以保证电路安全。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种无电解电容电机驱动系统的控制方法，该方法根据输入交流电压的形状和相位估计值计算q轴给定电流，能够很好的跟随输入交流电压，使得电机的输入电流波形满足谐波要求，保证调速系统的稳定性和电路的安全性。
本发明的第二个目的在于提出一种无电解电容电机驱动系统的控制装置。
本发明的第三个目的在于提出一种无电解电容电机驱动系统。
为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种无电解电容电机驱动系统的控制方法，包括以下步骤：获取所述输入交流电压的电压瞬时值，并根据所述电压瞬时值计算所述输入交流电压的相位估计值；根据所述输入交流电压的形状和所述相位估计值生成输出变量；根据所述压缩机电机的给定转速、所述压缩机电机的转子速度估计值、所述输出变量以及所述相位估计值计算所述压缩机电机的q轴给定电流；以及根据所述q轴给定电流对所述压缩机电机进行控制。
根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制方法，首先，获取输入交流电压的电压瞬时值，并根据电压瞬时值计算输入交流电压的相位估计值，然后，根据输入交流电压的形状和相位估计值生成输出变量，并根据压缩机电机的给定转速、压缩机电机的转子速度估计值、输出变量以及相位估计值计算压缩机电机的q轴给定电流，最后根据q轴给定电流对压缩机电机进行控制。由此，该方法根据输入交流电压的形状和相位估计值计算q轴给定电流，能够很好的跟随输入交流电压，使得电机的输入电流波形满足谐波要求，保证调速系统的稳定性和电路的安全性。
根据本发明的一个实施例，通过以下公式生成所述输出变量：
其中，Wf(θge)为输出变量，Vge为所述输入交流电压的电压瞬时值，Vθd为所述输入交流电压半周期内相位为θd时的电压，Vm为所述输入交流电压的电压幅值，θge为所述相位估计值，θd为电流死区所对应的相位。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述电压瞬时值计算所述输入交流电压的相位估计值，包括：对上一计算周期的输入交流电压的相位估计值进行余弦计算以获得第一计算值；将所述电压瞬时值与所述第一计算值相乘以获得第二计算值；对所述第二计算值进行低通滤波处理以获得第三计算值；对所述第三计算值进行PI(ProportionalIntegral，比例积分)调节以获得第四计算值；对所述第四计算值和所述输入交流电压的频率之和进行积分计算以获得当前计算周期的输入交流电压的相位估计值。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述压缩机电机的给定转速、所述压缩机电机的转子速度估计值、所述输出变量以及所述相位估计值计算所述压缩机电机的q轴给定电流，包括：对所述给定转速与所述转子速度估计值之间的差值进行PI调节以获得转矩幅值给定；将所述输出变量和所述转矩幅值给定相乘后除以所述压缩机电机的转矩系数以获得q轴给定电流初始值；根据所述相位估计值生成补偿电流；将所述补偿电流叠加到所述q轴给定电流初始值以获得所述q轴给定电流。
根据本发明的一个实施例，上述的控制方法还包括：对所述压缩机电机的转子位置进行估计以获得所述压缩机电机的转子角度估计值；根据逆变电路的最大输出电压和所述逆变电路的输出电压幅值计算所述压缩机电机的d轴给定电流；根据所述q轴给定电流、所述d轴给定电流、q轴实际电流和d轴实际电流获取所述压缩机电机的q轴给定电压和d轴给定电压，并根据所述q轴给定电压、所述d轴给定电压、所述转子角度估计值生成控制信号，以及根据所述控制信号通过所述逆变电路对所述压缩机电机进行控制。
为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出的一种无电解电容电机驱动系统的控制装置，包括：相位检测锁相环模块，用于获取所述输入交流电压的电压瞬时值，并根据所述电压瞬时值计算所述输入交流电压的相位估计值；波形发生器，用于根据所述输入交流电压的形状和所述相位估计值生成输出变量；q轴给定电流计算模块，用于根据所述压缩机电机的给定转速、所述压缩机电机的转子速度估计值、所述输出变量以及所述相位估计值计算所述压缩机电机的q轴给定电流；以及控制模块，用于根据所述q轴给定电流对所述压缩机电机进行控制。
根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制装置，通过相位检测锁相环模块获取输入交流电压的电压瞬时值，并根据电压瞬时值计算输入交流电压的相位估计值，然后，波形发生器根据输入交流电压的形状和相位估计值生成输出变量，q轴给定电流计算模块根据压缩机电机的给定转速、压缩机电机的转子速度估计值、输出变量以及相位估计值计算压缩机电机的q轴给定电流，最后，控制模块根据q轴给定电流对压缩机电机进行控制。由此，该装置根据输入交流电压的形状和相位估计值计算q轴给定电流，能够很好的跟随输入交流电压，使得电机的输入电流波形满足谐波要求，保证调速系统的稳定性和电路的安全性。
根据本发明的一个实施例，所述波形发生器通过以下公式生成所述输出变量：
其中，Wf(θge)为输出变量，Vge为所述输入交流电压的电压瞬时值，Vθd为所述输入交流电压半周期内相位为θd时的电压，Vm为所述输入交流电压的电压幅值，θge为所述相位估计值，θd为电流死区所对应的相位。
根据本发明的一个实施例，所述相位检测锁相环模块包括：余弦计算器，用于对上一计算周期的输入交流电压的相位估计值进行余弦计算以获得第一计算值；第一乘法器，用于将所述电压瞬时值与所述第一计算值相乘以获得第二计算值；低通滤波器，用于对所述第二计算值进行低通滤波处理以获得第三计算值；第一PI调节器，用于对所述第三计算值进行PI调节以获得第四计算值；积分器，用于对所述第四计算值和所述输入交流电压的频率之和进行积分计算以获得当前计算周期的输入交流电压的相位估计值。
根据本发明的一个实施例，所述q轴给定电流计算模块包括：第二PI调节器，用于对所述给定转速与所述转子速度估计值之间的差值进行PI调节以获得转矩幅值给定；初始电流计算单元，用于将所述输出变量和所述转矩幅值给定相乘后除以所述压缩机电机的转矩系数以获得q轴给定电流初始值；电容电流补偿单元，用于根据所述相位估计值生成补偿电流；叠加单元，用于将所述补偿电流叠加到所述q轴给定电流初始值以获得所述q轴给定电流。
根据本发明的一个实施例，所述控制模块包括：位置速度估计器，用于对所述压缩机电机的转子位置进行估计以获得所述压缩机电机的转子角度估计值；d轴给定电流计算模块，用于根据逆变电路的最大输出电压和所述逆变电路的输出电压幅值计算所述压缩机电机的d轴给定电流；电流控制器，用于根据所述q轴给定电流、所述d轴给定电流、q轴实际电流和d轴实际电流获取所述压缩机电机的q轴给定电压和d轴给定电压，并根据所述q轴给定电压、所述d轴给定电压、所述转子角度估计值生成控制信号，以及根据所述控制信号通过所述逆变电路对所述压缩机电机进行控制。
此外，本发明的实施例还提出了一种无电解电容电机驱动系统，其包括上述的无电解电容电机驱动系统的控制装置。
本发明实施例的无电解电容电机驱动系统，通过上述的控制装置，根据输入交流电压的形状和相位估计值计算q轴给定电流，能够很好的跟随输入交流电压，使得电机的输入电流波形满足谐波要求，保证调速系统的稳定性和电路的安全性。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的无电解电容电机驱动系统的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制方法的流程图；
图3是根据本发明一个实施例的无电解电容电机驱动系统的控制装置的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的相位检测锁相环模块的结构示意图；
图5为输入交流电压为正弦波时输出变量的波形图；
图6为输入交流电压为三角波时输出变量的波形图；
图7为输入交流电压为梯形波时输出变量的波形图；
图8是根据本发明一个实施例的无电解电容电机驱动系统的控制方法的流程图；以及
图9是根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制装置的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图来描述本发明实施例提出的无电解电容电机驱动系统及其控制方法、装置。
图1是根据本发明一个实施例的无电解电容电机驱动系统的结构示意图。如图1所示，该无电解电容电机驱动系统包括：输入电感1、整流电路2、直流链部3、逆变电路4以及控制部5，其中，整流电路2对输入交流电源AC进行全波整流；直流链部3包括与整流电路2的输出侧并联的薄膜电容EC，经薄膜电容EC后，输出脉动的直流电压Vdc(即直流母线电压)；逆变电路4利用开关管S1-S6将直流链部3输出的脉动的直流电压Vdc转换为交流电后，供给压缩机电机6(可以为永磁同步电机)；控制部5对逆变电路4中的开关管S1-S6进行控制以使压缩机电机6正常运行。
图2是根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制方法的流程图。如图2所示，该无电解电容电机驱动系统的控制方法包括以下步骤：
S1，获取输入交流电压的电压瞬时值Vge，并根据电压瞬时值Vge计算输入交流电压的相位估计值θge。
根据本发明的一个实施例，如图4所示，根据电压瞬时值Vge计算输入交流电压的相位估计值θge，包括：对上一计算周期的输入交流电压的相位估计值进行余弦计算以获得第一计算值；将电压瞬时值Vge与第一计算值相乘以获得第二计算值；对第二计算值进行低通滤波处理以获得第三计算值；对第三计算值进行PI调节以获得第四计算值；对第四计算值和输入交流电压的频率ωg之和进行积分计算以获得当前计算周期的输入交流电压的相位估计值θge。其中，低通滤波处理的带宽小于输入交流电压频率ωg，例如可小于输入交流电压频率ωg的1/5。
S2，根据输入交流电压的形状和相位估计值θge生成输出变量Wf。
根据本发明的一个实施例，输出变量Wf可通过下述公式(1)生成：
其中，Wf(θge)为输出变量，Vθd为输入交流电压半周期内相位为θd时的电压，Vm为输入交流电压的电压幅值，θd为电流死区所对应的相位。
在本发明的实施例中，输入交流电压的形状可以为正弦波、三角波、梯形波以及其它不规则波形等。图5为输入交流电压为正弦波时输出变量的波形图；图6为输入交流电压为三角波时输出变量的波形图；图7为输入交流电压为梯形波时输出变量的波形图。通过根据输入交流电压的形状来生成输出变量，并根据输出变量计算压缩机电机的q轴给定电流，从而可以确保在输入交流电压发生畸变时，仍能对压缩机电机进行可靠控制。
S3，根据压缩机电机的给定转速压缩机电机的转子速度估计值ωest、输出变量Wf以及相位估计值θge计算压缩机电机的q轴给定电流Iqref。
根据本发明的一个实施例，如图3所示，根据压缩机电机的给定转速压缩机电机的转子速度估计值ωest、输出变量Wf以及相位估计值θge计算压缩机电机的q轴给定电流Iqref，包括：对给定转速与转子速度估计值ωest之间的差值进行PI调节以获得转矩幅值给定T0；将输出变量Wf和转矩幅值给定T0相乘后除以压缩机电机的转矩系数Kt以获得q轴给定电流初始值Iq0；根据相位估计值θge生成补偿电流Iqcom；将补偿电流Iqcom叠加到q轴给定电流初始值Iq0以获得q轴给定电流Iqref。
其中，转子速度估计值ωest可通过磁链观测法获得。补偿电流Iqcom可通过下述公式(2)生成：
其中，C为并联在逆变电路的输入端之间的电容容值，θd1为预设的相位参数，其值可以为电流死区所对应的相位θd，具体可取0.1～0.2rad。
由于q轴给定电流根据输入交流电压生成，因而能够很好的跟随输入交流电压，确保在输入交流电压发生畸变时仍能实现可控控制。
S4，根据q轴给定电流Iqref对压缩机电机进行控制。
根据本发明的一个实施例，如图8所示，上述的控制方法还包括：
S101，对压缩机电机的转子位置进行估计以获得压缩机电机的转子角度估计值θest。
具体地，可以通过磁链观测法获得压缩机电机的转子角度估计值θest和转子速度估计值ωest。具体而言，首先可根据两相静止坐标系上的电压Vα、Vβ和电流Iα、Iβ计算压缩机电机在两相静止坐标系α和β轴方向上有效磁通的估计值，具体计算公式如下：
其中，和分别为压缩机电机在α和β轴方向上有效磁通的估计值，Vα和Vβ分别为α和β轴方向上的电压，Iα和Iβ分别为α和β轴方向上的电流，R为定子电阻，Lq为压缩机电机的q轴磁链。
然后，根据下述公式(4)计算压缩机电机的转子角度估计值θest和转子速度估计值ωest：
其中，Kp_pll和Ki_pll分别为比例积分参数，θerr为偏差角度估计值，ωf为速度低通滤波器的带宽。
S102，根据逆变电路的最大输出电压Vmax和逆变电路的输出电压幅值V1计算压缩机电机的d轴给定电流Idref。
具体地，如图3所示，根据逆变电路的最大输出电压Vmax和逆变电路的输出电压幅值V1计算压缩机电机的d轴给定电流Idref，包括：对逆变电路的最大输出电压Vmax与逆变电路的输出电压幅值V1之差进行弱磁控制以获得d轴给定电流初始值Id0；对d轴给定电流初始值Id0进行限幅处理以获得d轴给定电流Idref。
其中，可通过下述公式(5)计算d轴给定电流初始值Id0：
其中，Ki为积分控制系数，Vd和Vq分别为压缩机电机的d轴实际电压和q轴实际电压，Vdc为压缩机电机的直流母线电压。
然后，根据电流给定初始值Id0，并通过下述公式(6)计算d轴给定电流Idref：
其中，Idemag为压缩机电机退磁电流限制值。
S103，根据q轴给定电流、d轴给定电流、q轴实际电流和d轴实际电流获取压缩机电机的q轴给定电压和d轴给定电压，并根据q轴给定电压、d轴给定电压、转子角度估计值生成控制信号，以及根据控制信号通过逆变电路对压缩机电机进行控制。
具体地，可以通过下述公式(7)计算q轴给定电压Vqref和d轴给定电压Vdref：
其中，Iq为q轴实际电流，Id为d轴实际电流，Kpd和Kid分别为d轴电流控制比例增益与积分增益，Kpq和Kiq分别为q轴电流控制比例增益与积分增益，ω为压缩机电机的转速，Ke为压缩机电机的反电势系数，Ld和Lq分别为d轴电感和q轴电感，表示x(τ)在时间上的积分。
在获取到q轴给定电压Vqref和d轴给定电压Vdref后，可根据转子角度估计值θest对q轴给定电压Vqref和d轴给定电压Vdref进行Park逆变换，得到两相静止坐标系上的电压Vα、Vβ，具体变换公式如下：
进一步地，对两相静止坐标系上的电压Vα、Vβ进行Clark逆变换，得到三相电压指令Vu、Vv、Vw，具体变换公式如下：
然后，可根据直流母线电压Vdc和三相电压指令Vu、Vv、Vw进行占空比计算，得到占空比控制信号，即三相占空比Du、Dv、Dw，具体计算公式如下：
最后，根据三相占空比Du、Dv、Dw对逆变电路的开关管进行控制，以实现对压缩机电机的控制。由此，通过合理调节q轴给定电流和d轴给定电流，使得压缩机电机的输入电流波形能够满足谐波要求，保证调速系统的稳定性和电路的安全性。
综上所述，根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制方法，首先，获取输入交流电压的电压瞬时值，并根据电压瞬时值计算输入交流电压的相位估计值，然后，根据输入交流电压的形状和相位估计值生成输出变量，并根据压缩机电机的给定转速、压缩机电机的转子速度估计值、输出变量以及相位估计值计算压缩机电机的q轴给定电流，最后根据q轴给定电流对压缩机电机进行控制。由此，该方法根据输入交流电压的形状和相位估计值计算q轴给定电流，能够很好的跟随输入交流电压，使得电机的输入电流波形满足谐波要求，保证调速系统的稳定性和电路的安全性。
图9是根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制装置的方框示意图。如图9所示，该无电解电容电机驱动系统的控制装置包括：相位检测锁相环模块10、波形发生器20、q轴给定电流计算模块30和控制模块40。
其中，相位检测锁相环模块10用于获取输入交流电压的电压瞬时值Vge，并根据电压瞬时值Vge计算输入交流电压的相位估计值θge。
根据本发明的一个实施例，如图4所示，相位检测锁相环模块10包括：余弦计算器11、第一乘法器12、低通滤波器13、第一PI调节器14和积分器15。其中，余弦计算器11用于对上一计算周期的输入交流电压的相位估计值进行余弦计算以获得第一计算值；第一乘法器12用于将电压瞬时值Vge与第一计算值相乘以获得第二计算值；低通滤波器13用于对第二计算值进行低通滤波处理以获得第三计算值；第一PI调节器14用于对第三计算值进行PI调节以获得第四计算值；积分器15用于对第四计算值和输入交流电压的频率ωg之和进行积分计算以获得当前计算周期的输入交流电压的相位估计值θge。其中，低通滤波器13的带宽小于输入交流电压频率ωg，例如可小于输入交流电压频率ωg的1/5。
波形发生器20用于根据输入交流电压的形状和相位估计值θge生成输出变量Wf。
根据本发明的一个实施例，波形发生器20可通过上述公式(1)生成输出变量Wf。在本发明的实施例中，输入交流电压的形状可以为正弦波、三角波、梯形波以及其它不规则波形等，通过根据输入交流电压的形状来生成输出变量，并根据输出变量计算压缩机电机的q轴给定电流，从而可以确保在输入交流电压发生畸变时，仍能对压缩机电机进行可靠控制。
q轴给定电流计算模块30用于根据压缩机电机的给定转速压缩机电机的转子速度估计值ωest、输出变量Wf以及相位估计值θge计算压缩机电机的q轴给定电流Iqref。
根据本发明的一个实施例，q轴给定电流计算模块30包括：第二PI调节器31、初始电流计算单元32、电容电流补偿单元33和叠加单元34。其中，第二PI调节器31用于对给定转速与转子速度估计值ωest之间的差值进行PI调节以获得转矩幅值给定T0；初始电流计算单元32用于将输出变量Wf和转矩幅值给定T0相乘后除以压缩机电机的转矩系数Kt以获得q轴给定电流初始值Iq0；电容电流补偿单元33用于根据相位估计值θge生成补偿电流Iqcom；叠加单元34用于将补偿电流Iqcom叠加到q轴给定电流初始值Iq0以获得q轴给定电流Iqref。其中，转子速度估计值ωest可通过磁链观测法获得。电容电流补偿单元33可通过上述公式(2)生成补偿电流Iqcom。
由于q轴给定电流根据输入交流电压生成，因而能够很好的跟随输入交流电压，确保在输入交流电压发生畸变时仍能实现可控控制。
控制模块40用于根据q轴给定电流Iqref对压缩机电机进行控制。
根据本发明的一个实施例，如图3所示，控制装置40包括：位置速度估计器41、d轴给定电流计算模块42和电流控制器43。
其中，位置速度估计器41用于对压缩机电机的转子位置进行估计以获得压缩机电机的转子角度估计值θest。
具体地，可以通过磁链观测法获得压缩机电机的转子角度估计值θest和转子速度估计值ωest。具体而言，首先可根据两相静止坐标系上的电压Vα、Vβ和电流Iα、Iβ计算压缩机电机在两相静止坐标系α和β轴方向上有效磁通的估计值，具体计算公式如上述公式(3)所示。然后，根据上述公式(4)计算压缩机电机的转子角度估计值θest和转子速度估计值ωest。
d轴给定电流计算模块42用于根据逆变电路4的最大输出电压Vmax和逆变电路4的输出电压幅值V1计算压缩机电机的d轴给定电流Idref。
具体地，如图3所示，d轴给定电流计算模块42包括：弱磁控制器421和限幅单元422，弱磁控制器421用于对逆变电路的最大输出电压Vmax与逆变电路的输出电压幅值V1之差进行弱磁控制以获得d轴给定电流初始值Id0；限幅单元422用于对d轴给定电流初始值Id0进行限幅处理以获得d轴给定电流Idref。其中，弱磁控制器421可通过上述公式(5)计算d轴给定电流初始值Id0。然后，限幅单元422根据电流给定初始值Id0，并通过上述公式(6)计算d轴给定电流Idref。
电流控制器43用于根据q轴给定电流Iqref、d轴给定电流Idref、q轴实际电流Iq和d轴实际电流Id获取压缩机电机的q轴给定电压Vqref和d轴给定电压Vdref，并根据q轴给定电压Vqref、d轴给定电压Vdref、转子角度估计值θest生成控制信号，以及根据控制信号通过逆变电路对压缩机电机进行控制。
具体地，电流控制器43可以通过上述公式(7)计算q轴给定电压Vqref和d轴给定电压Vdref。在获取到q轴给定电压Vqref和d轴给定电压Vdref后，可根据转子角度估计值θest对q轴给定电压Vqref和d轴给定电压Vdref进行Park逆变换，得到两相静止坐标系上的电压Vα、Vβ，具体变换公式如上述公式(8)所示。然后，对两相静止坐标系上的电压Vα、Vβ进行Clark逆变换，得到三相电压指令Vu、Vv、Vw，具体变换公式如上述公式(9)。然后，根据直流母线电压Vdc和三相电压指令Vu、Vv、Vw进行占空比计算，得到占空比控制信号，即三相占空比Du、Dv、Dw，具体计算公式如上述公式(10)。最后，占空比计算单元44根据三相占空比Du、Dv、Dw对逆变电路的开关管进行控制，以实现对压缩机电机的控制。由此，通过合理调节q轴给定电流和d轴给定电流，使得压缩机电机的输入电流波形能够满足谐波要求，保证调速系统的稳定性和电路的安全性。
根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制装置，通过相位检测锁相环模块获取输入交流电压的电压瞬时值，并根据电压瞬时值计算输入交流电压的相位估计值，然后，波形发生器根据输入交流电压的形状和相位估计值生成输出变量，q轴给定电流计算模块根据压缩机电机的给定转速、压缩机电机的转子速度估计值、输出变量以及相位估计值计算压缩机电机的q轴给定电流，最后，控制模块根据q轴给定电流对压缩机电机进行控制。由此，该装置根据输入交流电压的形状和相位估计值计算q轴给定电流，能够很好的跟随输入交流电压，使得电机的输入电流波形满足谐波要求，保证调速系统的稳定性和电路的安全性。
此外，本发明的实施例还提出了一种无电解电容电机驱动系统，其包括上述的无电解电容电机驱动系统的控制装置。
本发明实施例的无电解电容电机驱动系统，通过上述的控制装置，根据输入交流电压的形状和相位估计值计算q轴给定电流，能够很好的跟随输入交流电压，使得电机的输入电流波形满足谐波要求，保证调速系统的稳定性和电路的安全性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种无电解电容电机驱动系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取输入交流电压的电压瞬时值，并根据所述电压瞬时值计算所述输入交流电压的相位估计值；
根据所述输入交流电压的形状和所述相位估计值生成输出变量，所述输入交流电压的形状包括：正弦波、三角波、梯形波或不规则波形；
根据压缩机电机的给定转速、所述压缩机电机的转子速度估计值、所述输出变量以及所述相位估计值计算所述压缩机电机的q轴给定电流；以及
根据所述q轴给定电流对所述压缩机电机进行控制。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，通过以下公式生成所述输出变量：
其中，Wf(θge)为输出变量，Vge为所述输入交流电压的电压瞬时值，Vθd为所述输入交流电压半周期内相位为θd时的电压，Vm为所述输入交流电压的电压幅值，θge为所述相位估计值，θd为电流死区所对应的相位。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述电压瞬时值计算所述输入交流电压的相位估计值，包括：
对上一计算周期的输入交流电压的相位估计值进行余弦计算以获得第一计算值；
将所述电压瞬时值与所述第一计算值相乘以获得第二计算值；
对所述第二计算值进行低通滤波处理以获得第三计算值；
对所述第三计算值进行PI调节以获得第四计算值；
对所述第四计算值和所述输入交流电压的频率之和进行积分计算以获得当前计算周期的输入交流电压的相位估计值。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述压缩机电机的给定转速、所述压缩机电机的转子速度估计值、所述输出变量以及所述相位估计值计算所述压缩机电机的q轴给定电流，包括：
对所述给定转速与所述转子速度估计值之间的差值进行PI调节以获得转矩幅值给定；
将所述输出变量和所述转矩幅值给定相乘后除以所述压缩机电机的转矩系数以获得q轴给定电流初始值；
根据所述相位估计值生成补偿电流；
将所述补偿电流叠加到所述q轴给定电流初始值以获得所述q轴给定电流。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的控制方法，其特征在于，还包括：
对所述压缩机电机的转子位置进行估计以获得所述压缩机电机的转子角度估计值；
根据逆变电路的最大输出电压和所述逆变电路的输出电压幅值计算所述压缩机电机的d轴给定电流；
根据所述q轴给定电流、所述d轴给定电流、q轴实际电流和d轴实际电流获取所述压缩机电机的q轴给定电压和d轴给定电压，并根据所述q轴给定电压、所述d轴给定电压、所述转子角度估计值生成控制信号，以及根据所述控制信号通过所述逆变电路对所述压缩机电机进行控制。
6.一种无电解电容电机驱动系统的控制装置，其特征在于，包括：
相位检测锁相环模块，用于获取输入交流电压的电压瞬时值，并根据所述电压瞬时值计算所述输入交流电压的相位估计值；
波形发生器，用于根据所述输入交流电压的形状和所述相位估计值生成输出变量，所述输入交流电压的形状包括：正弦波、三角波、梯形波或不规则波形；
q轴给定电流计算模块，用于根据压缩机电机的给定转速、所述压缩机电机的转子速度估计值、所述输出变量以及所述相位估计值计算所述压缩机电机的q轴给定电流；以及
控制模块，用于根据所述q轴给定电流对所述压缩机电机进行控制。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述波形发生器通过以下公式生成所述输出变量：
其中，Wf(θge)为输出变量，Vge为所述输入交流电压的电压瞬时值，Vθd为所述输入交流电压半周期内相位为θd时的电压，Vm为所述输入交流电压的电压幅值，θge为所述相位估计值，θd为电流死区所对应的相位。
8.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述相位检测锁相环模块包括：
余弦计算器，用于对上一计算周期的输入交流电压的相位估计值进行余弦计算以获得第一计算值；
第一乘法器，用于将所述电压瞬时值与所述第一计算值相乘以获得第二计算值；
低通滤波器，用于对所述第二计算值进行低通滤波处理以获得第三计算值；
第一PI调节器，用于对所述第三计算值进行PI调节以获得第四计算值；
积分器，用于对所述第四计算值和所述输入交流电压的频率之和进行积分计算以获得当前计算周期的输入交流电压的相位估计值。
9.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述q轴给定电流计算模块包括：
第二PI调节器，用于对所述给定转速与所述转子速度估计值之间的差值进行PI调节以获得转矩幅值给定；
初始电流计算单元，用于将所述输出变量和所述转矩幅值给定相乘后除以所述压缩机电机的转矩系数以获得q轴给定电流初始值；
电容电流补偿单元，用于根据所述相位估计值生成补偿电流；
叠加单元，用于将所述补偿电流叠加到所述q轴给定电流初始值以获得所述q轴给定电流。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述控制模块包括：
位置速度估计器，用于对所述压缩机电机的转子位置进行估计以获得所述压缩机电机的转子角度估计值；
d轴给定电流计算模块，用于根据逆变电路的最大输出电压和所述逆变电路的输出电压幅值计算所述压缩机电机的d轴给定电流；
电流控制器，用于根据所述q轴给定电流、所述d轴给定电流、q轴实际电流和d轴实际电流获取所述压缩机电机的q轴给定电压和d轴给定电压，并根据所述q轴给定电压、所述d轴给定电压、所述转子角度估计值生成控制信号，以及根据所述控制信号通过所述逆变电路对所述压缩机电机进行控制。
11.一种无电解电容电机驱动系统，其特征在于，包括根据权利要求6-10中任一项所述的无电解电容电机驱动系统的控制装置。
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