CN106253755A - 一种直流变频空调压缩机的闭环启动方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流变频空调压缩机的闭环启动方法。在该闭环启动方法中，根据压缩机的转子的转速，控制系统分别采用控制算法A和控制算法B对转子的位置进行闭环控制。与采用了传统位置估算算法的直流变频空调压缩机的启动过程相比，本启动方法省去了开环启动的过程，从而避免压缩机在启动过程中产生大电流，压缩机启动迅速，启动成功率高并可实现迅速重载启动。本发明还公开了为实现上述启动方法而采用的直流变频空调压缩机闭环启动的控制系统。

Description

一种直流变频空调压缩机的闭环启动方法及控制系统

技术领域

本发明涉及一种压缩机的启动方法，尤其是涉及一种直流变频空调压缩机的闭环启动方法。本发明还涉及直流变频空调压缩机闭环启动的控制系统。

背景技术

目前，伴随着技术的进步，越来越多的空调器开始采用直流变频压缩机。直流变频压缩机采用内置永磁体的转子，运转时不需要额外的励磁电流，所以相对于传统的定速压缩机和交流变频压缩机，具有更高的效率，使空调器更加节能。

在直流变频压缩机的驱动过程中，其控制算法一般都是矢量控制算法，也就是磁场定向控制算法(简称FOC)，见图1所示。直流变频压缩机是无位置传感器的电机，所以其转子位置的估算显得尤为重要。目前，常用的位置估算方法有：电压积分提取磁链进行位置估算的方法、通过滑模变结构提取电动势进行位置估算的方法、高频信号注入位置估算法、模型自适应位置估算法等，而应用较为广泛是前两种方法。这两种算法本质上都是求取转子的电动势进行位置估算，只不过一种是求取转子的磁链(属于间接电动势法，磁链的导数就是电动势)，一种是直接求取转子的电动势。

对于采用通过转子电动势求位置信息的位置估算算法(即传统位置估算算法)的直流变频压缩机，其启动过程都是三段法：转子定位阶段、开环启动阶段、闭环运行阶段，

1.转子定位阶段：

启动前,压缩机处于静止状态，压缩机的转子的位置是不确定的；为将转子固定到一个预定的位置，控制系统需进行转子定位控制；控制系统通过强行向压缩机的电机绕组注入直流电流，迫使其电机轴停止在某一指定角度来识别电机初始角度，使转子稳定在一个已知的给定的角度上；

2.开环启动阶段：

在定位结束后，控制系统的电流环进入闭环控制模式，而速度环则属于开环模式；控制系统通过电流环施加固定力矩电流，使转子以一定的加速度转动至设定的给定转速；

3.闭环运行阶段：

在压缩机的转子转动到给定转速后，压缩机已经可以产生足够高的反电动势。控制系统根据检测到的压缩机电流、直流母线电压等信息，可以推算出转子的实际位置，控制系统的速度环随即进入闭环控制模式，从而完成启动阶段的控制，转为通常运转阶段的控制，此时，如图1所示，用户设定的给定转速(Ref_Spd)经斜坡限制函数(RAMP)转换成参考转速(Reg_Spd)后，方可输入至控制系统的速度环内。

然而，上述启动过程中，压缩机在开环启动阶段会产生大电流，而且，压缩机在启动过程中出现启动重载的情况，关机重启往往需要等待3分钟，时间较长。

因此，有必要对直流变频空调压缩机的启动过程进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流变频空调压缩机的闭环启动方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种直流变频空调压缩机的闭环启动方法，特别的，包括以下步骤：

A)控制系统对压缩机转子进行定位控制，使转子转动至预定的位置；

B)定位结束后，控制系统采用控制算法A，对转子位置进行闭环控制；在控制算法A中，给定转速v输入至控制系统的速度环，控制转子的转速；该给定转速v为常数；

C)压缩机启动成功后，控制系统采用控制算法B，对转子位置进行闭环控制。

为实现上述启动方法，本发明提出一种直流变频空调压缩机闭环启动的控制系统，该控制系统包括定位模块，该定位模块用于对压缩机进行转子定位以获取压缩机的转子的当前位置；给定模块，该给定模块用于设定压缩机的转子的给定转速；转速估算模块，该转速估算模块用于根据压缩机的转子的当前位置估算压缩机的转子的当前转速；斜坡函数启闭模块，该斜坡函数启闭模块用于调用斜坡限制函数；控制模块，该控制模块用于获取压缩机的转子的当前转速，并判断压缩机的转子的当前转速是否达到给定转速，其中，若控制模块判断压缩机的转子的当前转速未达到给定转速，则控制模块控制斜坡函数启闭模块关闭，控制系统采用控制算法A对压缩机进行控制；若控制模块判断压缩机的转子的当前转速达到给定转速，则控制模块控制斜坡函数启闭模块开启，控制系统采用控制算法B对压缩机进行控制。定位模块与转速估算模块通信连接，给定模块、转速估算模块、斜坡函数启闭模块均与控制模块通信连接。

上述控制算法A是指闭环启动估算算法，即在传统位置估算算法的基础上，斜坡函数启闭模块关闭，在速度环的闭环控制中并不会调用斜坡限制函数。在控制算法A中，输入至速度环的给定转速v，无需经过斜坡限制函数，即可直接输入至速度环内。

上述控制算法B是指传统位置估算算法。在控制算法B中，输入至速度环的给定转速v，需经过斜坡限制函数转变成参考转速v'后，才可输入至速度环内。

在本直流变频空调压缩机的闭环启动方法中，控制系统通过强行向压缩机的电机绕组注入直流电流，迫使其电机轴停止在某一指定角度来识别电机初始角度，使转子稳定在一个已知的给定的角度上，实现转子的定位；在定位结束后，控制系统的电流环和速度环均进入闭环控制模式，此时，斜坡限制函数启闭模块关闭，控制系统采用控制算法A，给定转速v不经斜坡限制函数，直接输入至速度环内，由速度环提供转子转动所需的定力距。随着转子转速的提升，控制系统即可推算出转子的实际位置。在转子定位结束至压缩机启动成功这一时间段内，即步骤B中，速度环控制转子的转速继续提升，控制系统实时估算转子的当前转速。在本闭环启动方法中，一般认为控制系统所估算的转子当前转速v_当前达到给定转速v的90％，即可视为压缩机启动成功。压缩机启动成功后，斜坡限制函数启闭模块开启，控制系统切换至控制算法B，对转子位置进行闭环控制，完成压缩机的启动过程。

在转子转动的起步阶段，控制系统所估算的位置与转子的实际位置会有所出入，而随着转子速度逐渐增大，控制系统根据检测到的压缩机电流、直流母线电压等信息，即可推算出转子的实际位置。压缩机的启动时间，即控制系统从开始估算转子的位置至推算出转子的实际位置的时间，一般需要0.1～1个周期。该周期是指转子转动的周期，根据各压缩机的参数差异，各压缩机的启动时间亦有所不同。

与采用了传统位置估算算法的直流变频空调压缩机的启动过程相比，本启动方法省去了开环启动的过程，从而避免压缩机在启动过程中产生大电流，压缩机启动迅速，启动成功率高并可实现迅速重载启动。

在本直流变频空调压缩机闭环启动的控制系统中，定位模块对压缩机进行转子定位以获取压缩机的转子的当前位置，实现转子的定位；在定位结束后，控制系统的电流环和速度环均进入闭环控制模式，用户通过给定模块设定压缩机的转子的给定转速v后，转子开始转动，而转速估算模块则即时估算压缩机的转子的当前转速，将估算所得的转子当前转速传输至控制模块，由控制模块判断压缩机的转子的当前转速是否达到给定转速；若控制模块判断压缩机的转子的当前转速未达到给定转速，控制斜坡函数启闭模块关闭，使控制系统采用控制算法A对压缩机进行控制，此时，输入至速度环的给定转速v，无需经过斜坡限制函数，即可直接输入至速度环内；若控制模块判断压缩机的转子的当前转速达到给定转速，则控制斜坡函数启闭模块开启，使控制系统采用控制算法B对压缩机进行控制，此时，输入至速度环的给定转速v，需经过斜坡限制函数转变成参考转速v'后，才可输入至速度环内，而压缩机启动成功。

由本控制系统启动的压缩机，其启动过程并不会产生大电流，压缩机启动迅速，启动成功率高并可实现迅速重载启动。

本发明具有压缩机启动迅速，启动成功率高并可实现迅速重载启动等优点。

附图说明

图1是磁场定向控制算法的控制算法示意图；

图2是本发明实施例2中控制系统各模块的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1：

本实施例1提供一种直流变频空调压缩机的闭环启动方法，该启动方法所使用的控制系统为伺服控制系统，通过电流环、速度环和位置环实现伺服控制。

本实施例2的直流变频空调压缩机闭环启动方法，包括以下步骤：

A)设定斜坡限制函数的调用条件，令转子的当前转速v_当前≥给定转速v的90％时，斜坡限制函数方可调用；

B)向压缩机的电机绕组注入直流电流，迫使其电机轴停止在某一指定角度来识别电机初始角度，使转子稳定在一个已知的给定的角度上，实现转子的定位；

C)输入给定转速v，该给定转速v一般在600rpm～1500rpm范围内；

D)控制系统检测对比给定转速v与转子的当前转速v_当前；此时，v_当前＜0.9v，因此，控制系统关闭斜坡限制函数的调用，给定转速v直接输入至控制系统的速度环内；

E)控制系统采用控制算法A，对转子位置进行闭环控制；转子的转速逐渐上升；

F)控制系统检测对比给定转速v与转子的当前转速v_当前，并发现v_当前≥0.9v，因此，控制系统开启斜坡限制函数的调用，给定转速v经过斜坡限制函数转变成参考转速v'后，输入至速度环内；

G)控制系统采用控制算法B，对转子位置进行闭环控制；

H)压缩机启动成功。

实施例2：

为实现实施例1的启动方法，本实施例2提供一种直流变频空调压缩机闭环启动的控制系统，该控制系统包括定位模块，该定位模块用于对压缩机进行转子定位以获取压缩机的转子的当前位置；给定模块，该给定模块用于设定压缩机的转子的给定转速；转速估算模块，该转速估算模块用于根据压缩机的转子的当前位置估算压缩机的转子的当前转速；斜坡函数启闭模块，该斜坡函数启闭模块用于调用斜坡限制函数；控制模块，该控制模块用于获取压缩机的转子的当前转速，并判断压缩机的转子的当前转速是否达到给定转速；其中，如图1所示，定位模块与转速估算模块通信连接，定位模块对压缩机进行转子定位获取压缩机的转子的当前位置后，输出信号使转速估算模块开始运行，根据压缩机的转子的当前位置估算压缩机的转子的当前转速；给定模块、转速估算模块、斜坡函数启闭模块均与控制模块通信连接，转速估算模块估算压缩机的转子的当前转速传输至控制模块，由控制模块判定转子的当前转速v_当前是否达到经给定模块输入至控制模块的给定转速v，从而控制斜坡函数启闭模块的开关。

采用上述控制系统，实现直流变频空调压缩机的闭环启动的过程如下：

A)于控制模块内设定斜坡函数启闭模块的调用条件：令转子的当前转速v_当前≥给定转速v的90％时，斜坡函数启闭模块开启；令转子的当前转速v_当前＜给定转速v的90％时，斜坡函数启闭模块关闭；

B)通过定位模块向压缩机的电机绕组注入直流电流，迫使其电机轴停止在某一指定角度来识别电机初始角度，使转子稳定在一个已知的给定的角度上，实现转子的定位；

C)转速估算模块实时获取转子的当前转速v_当前，并将当前转速v_当前传送至控制模块；

D)控制模块输出控制信号至斜坡函数启闭模块，令斜坡函数启闭模块关闭；

E)将给定转速v输入至给定模块，该给定转速v为固定常数值；给定模块接受输入的信息并将该信息传输至控制模块；

F)控制模块检测对比给定转速v与转子的当前转速v_当前；此时，v_当前＜0.9v，因此，控制模块对斜坡函数启闭模块发出控制信号，关闭斜坡函数启闭模块，避免斜坡限制函数的调用；而给定转速v则直接输入至控制系统的速度环内；

G)控制系统采用控制算法A，对转子位置进行闭环控制；转子的转速逐渐上升；

H)控制模块检测对比给定转速v与转子的当前转速v_当前，并发现v_当前≥0.9v，因此，控制模块对斜坡函数启闭模块发出控制信号，开启斜坡函数启闭模块，以调用斜坡限制函数；给定转速v经过斜坡限制函数转变成参考转速v'后，输入至速度环内；

I)控制系统采用控制算法B，对转子位置进行闭环控制；

J)压缩机启动成功。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直流变频空调压缩机的闭环启动方法，其特征在于：包括以下步骤：

A)控制系统对压缩机转子进行定位控制，使转子转动至预定的位置；

B)定位结束后，控制系统采用控制算法A，对转子位置进行闭环控制；在控制算法A中，给定转速v输入至控制系统的速度环，控制转子的转速；该给定转速v为常数；

C)压缩机启动成功后，控制系统采用控制算法B，对转子位置进行闭环控制。

2.根据权利要求1所述的直流变频空调压缩机的闭环启动方法，其特征在于：在步骤B中，控制系统实时估算转子的当前转速v_当前；在步骤C中，当v_当前≥0.9v时，压缩机启动成功。

3.根据权利要求1所述的直流变频空调压缩机的闭环启动方法，其特征在于：给定转速v在600rpm～1500rpm范围内。

4.根据权利要求1所述的直流变频空调压缩机的闭环启动方法，其特征在于：所述控制算法A是指闭环启动估算算法。

5.根据权利要求1所述的直流变频空调压缩机的闭环启动方法，其特征在于：所述控制算法B是指传统位置估算算法。

6.一种直流变频空调压缩机闭环启动的控制系统，其特征在于：包括定位模块，所述定位模块用于对压缩机进行转子定位以获取压缩机的转子的当前位置；给定模块，所述给定模块用于设定压缩机的转子的给定转速；转速估算模块，所述转速估算模块用于根据压缩机的转子的当前位置估算压缩机的转子的当前转速；斜坡函数启闭模块，所述斜坡函数启闭模块用于调用斜坡限制函数；控制模块，该控制模块用于获取压缩机的转子的当前转速，并判断压缩机的转子的当前转速是否达到给定转速。

7.根据权利要求6所述的直流变频空调压缩机闭环启动的控制系统，其特征在于：控制模块判断压缩机的转子的当前转速未达到给定转速，控制模块控制斜坡函数启闭模块关闭，控制系统采用控制算法A对压缩机进行控制；控制模块判断压缩机的转子的当前转速达到给定转速，控制模块控制斜坡函数启闭模块开启，控制系统采用控制算法B对压缩机进行控制。

8.根据权利要求6所述的直流变频空调压缩机闭环启动的控制系统，其特征在于：所述定位模块与转速估算模块通信连接；所述给定模块、所述转速估算模块、所述斜坡函数启闭模块均与所述控制模块通信连接。