CN106330048A - 电机极对数辨识控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调控制技术领域，公开了一种电机极对数辨识控制方法，解决变频电机极对数的自动识别获取问题。本发明概括起来为：控制电机按照给定的运行频率f₀下运行；利用傅立叶分析技术，对具有同电机转速及电机转子位置波动的输入信号的频谱分析，找出频谱中幅度最大对应的输入信号的基波频率f₁；通过f₁除以f₀四舍五入取整的方法获取电机的极对数p。本发明适用于确定空调的电机极对数。

Description

电机极对数辨识控制方法

技术领域

本发明涉及空调控制技术，特别涉及电机极对数辨识控制方法。

背景技术

传统的变频电机控制技术，需要电机厂家提供电机极对数等参数，如电机控制力矩表达式需要电机极对数p,电机动力学方程在ω为电机电频率对应的角速度时需要知道电机极对数p,而电机机械角度与电角度关系也有一个极对数倍数关系。当需要对大量的不同电机进行控制时，常常把电机参数存储在类似EEPROM中，保留控制程序不变，能够解决对不同压缩机等电机的控制，但这一方法存在如下技术问题：一是需要EEPROM，增加硬件成本，二是，当用户的变频空调出现问题，需要维修时，如果此时采用新的控制电路或者新的控制软件进行替换原来的控制板时，可能并不知道电机的具体参数，无法快速实现对电机控制电路及控制软件的替代。

申请号为201410226426.9的中国专利介绍了极对数获取方法，其缺点主要有4点：1、没有把原理和方法介绍清楚；2、由于需要计算获取n次谐波电流中幅值的最大者，当n很大时，计算量非常大，无法达到实时计算获取电机的极对数的目的；3、由于计算的极对数一般包括小数，但是，专利201410226426.9直接把计算的极对数向高位取整数，如计算极对数为2.1则取极对数是3，明显会出错；4、其方法对4对极以上的极对数无法识别。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种电机极对数辨识控制方法，解决变频电机极对数的自动识别获取问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：控制电机按照给定的运行频率f₀下运行；利用傅立叶分析技术，对具有同电机转速及电机转子位置波动的输入信号的频谱分析，找出频谱中幅度最大对应的输入信号的基波频率f₁；通过f₁除以f₀四舍五入取整的方法获取电机的极对数p。

进一步的，本发明的具体步骤包括：

a、设置信号采样频率f_s，根据电机运行频率的范围，选择运行频率f₀，控制电机在运行频率f₀下运行；

b、根据电机的运行频率f₀选择频谱分辨率Δf；

c、根据公式获得数据采样点数N；

d、根据电机可能存在的极对数p_j，获得频谱幅值最大值可能发生的k_j数值，k_j满足公式：p_j≥2且p_j为整数，j为自然数；

e、对输入信号进行AD采样，获取离散数据x(n)；

f、根据步骤d中极对数p_j所选择的k₀,k₁,k₂,......k_j计算a(k_j-m)～a(k_j+m),b(k_j-m)～b(k_j+m)，其中，j为自然数，m为正整数，n为大于等于0的整数，且n<(N-1)；

g、获取a²(k_j-m)+b²(k_j-m)～a²(k_j+m)+b²(k_j+m)数据中最大值对应的下表数值k_d,其中m为正整数，k_d∈[(k_j-m)～(k_j+m)]，j为自然数；

h、根据公式获得电机极对数p，其中函数int()代表取整数运算。

一般来说，j＝0,1,2，p₀＝2,p₁＝3,p₂＝4。

一般来说，m≥3；优选的，m＝3。

本发明的有益效果是：本发明能够自动识别获取电极极对数，大大缩短了计算时间，便于程序和控制的实现。通过本发明，可以达到正确驱动控制电机的目的,极大的减小了运算量。

具体实施方式

本发明让电机以给定的运行频率f₀运行，检测能够代表电机信号波动频率的信号如电机U/V/W相电流、电机d/q轴电流或者电机检测频率f以及直流母线电压波动频谱之基波频率f₁，利用即四舍五入取整，作为电机极对数p。

具体的，采用对输入信号x(t)进行A/D转换，低通滤波LPF,加窗W(n)进行数据截断,再经过傅立叶变换DFT,最终获得输入信号x(t)的频谱。

当采用矩形窗函数W(n)时，对于采样信号x(n)的DFT分析得知，

$V\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}x\left(n\right)e^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;}}{N}nk},0\&le;k\&le;(N-1)---\left(1\right)$

其中N为DFT数据长度。

由于有限长序列v(n)＝x(n)w(n)的DFT相当于v(n)傅立叶变换的等间隔取样，V(k)是输入信号x(t)的离散频率函数。因为DFT对应的数字域频率间隔为且模拟频率Ω和数字频率ω间的关系为：ω＝ΩT，其中Ω＝2πf，所以，离散的频率函数第k点对应的模拟频率为：

其中T为采样时间，频谱分辨率为f_s为采样频率，

对应式(1)中模拟信号x(t)的基波频率则为频谱函数V(k)中幅度最大值对应的频率点，假如当k＝10时，V(k)幅度最大，则x(t)的基波频率为

利用欧拉公式，式(1)变形为：

$V\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}x\left(n\right)cos\left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{N}nk\right)+j\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}x\left(n\right)sin\left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{N}nk\right),0\&le;k\&le;(N-1)---\left(2\right)$

令则

V(k)＝a(k)+jb(k)

则求N个数据中V(k)幅值最大者相当于求N个数据中，a²(k)+b²(k)之最大者，0≤k≤(N-1)。求出V(k)最大幅度对应的k值，即可求出输入信号的基波频率利用即四舍五入取整，作为电机极对数p，即电机极对数

对于空调电机、冰箱电机等高转速的控制电机，辨识其极对数时，当电机在f₀Hz工作时，其电频率为f_d＝Pf₀Hz,P为电机极对数。假如f₀＝20Hz,P＝3,则f_d＝60Hz,如果f₀＝20Hz,P＝2,则f_d＝40Hz，可以选择DFT频率分辨率Δf＝2Hz；而对于风机电机等低转速的控制电机，辨识其极对数时，假如f₀＝3Hz,P＝3,则f_d＝9Hz,如果f₀＝3Hz,P＝4,则f_d＝12Hz,可以选择Δf＝0.2Hz。可见，频谱分辨率Δf的选择需要根据电机工作频率f₀来确定其大致的数据范围。当f₀比较高时，选择较大的Δf，当f₀比较低时，选择较小的Δf。再根据选择数据采样个数N，对于f_s即采样频率为4kHz的控制系统，当Δf＝2Hz时，N＝2000，当Δf＝0.2Hz时，N＝20000。

可见，根据公式(1)求频率最大幅值时，需要在极短的时间内计算V(k)(0≤k≤(N-1)),计算量庞大，控制系统无法完成。

由于V(k)中，频谱幅值最大值发生在f₀的2倍、3倍、4倍等处，即频谱幅值最大值发生在f₀的极对数p倍处。由于得： _j为自然数，即频谱幅度幅值最大值可能发生在p₀＝2，p₁＝3，p₂＝4等处，可以求出相应可能发生最大频谱幅度之k_j值，当N＝2000，f_s＝4000Hz，f₀＝20Hz时，如果p₀＝2，p₁＝3，p₂＝4时，对应的k_j值分别为k₀＝20、k₁＝30、k₂＝40，可以分别计算V(k_j-m)～V(k_j+m)对应的频谱幅度，m为正整数，一般m＝3，即计算V(18)、V(19)、V(20)、V(21)、V(22)、V(28)、V(29)、V(30)、V(31)、V(32)、V(38)、V(39)、V(40)、V(41)、V(42)，求出最大值发生的k_d值，利用公式求出电机极对数，其中int()表示取整数运算。

比如上述V(18)～V(42)数据中，当最大频谱幅度对应的k＝19时，即k_d＝19时，当最大频谱幅度对应的k＝31时，

可见，虽然N＝2000，但不需要计算2000个数据，大大缩短了计算时间，便于程序和控制的实现。

以上描述了本发明的基本原理和主要的特征，说明书的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.电机极对数辨识控制方法，其特征在于，控制电机按照给定的运行频率f₀下运行；利用傅立叶分析技术，对具有同电机转速及电机转子位置波动的输入信号的频谱分析，找出频谱中幅度最大对应的输入信号的基波频率f₁；通过f₁除以f₀四舍五入取整的方法获取电机的极对数p。

2.根据权利要求1所述的电机极对数辨识控制方法，其特征在于，具体步骤包括：

a、设置信号采样频率f_s，根据电机运行频率的范围，选择运行频率f₀，控制电机在运行频率f₀下运行；

b、根据电机的运行频率f₀选择频谱分辨率Δf；

c、根据公式获得数据采样点数N；

d、根据电机可能存在的极对数p_j，获得频谱幅值最大值可能发生的k_j数值，k_j满足公式：p_j≥2且p_j为整数，j为自然数；

e、对输入信号进行AD采样，获取离散数据x(n)；

f、根据步骤d中极对数p_j所选择的k₀,k₁,k₂,......k_j计算a(k_j-m)～a(k_j+m),b(k_j-m)～b(k_j+m)，其中，j为自然数，m为正整数，n为大于等于0的整数，且n<(N-1)；

g、获取a²(k_j-m)+b²(k_j-m)～a²(k_j+m)+b²(k_j+m)数据中最大值对应的下表数值k_d,其中m为正整数，k_d∈[(k_j-m)～(k_j+m)]，j为自然数；

h、根据公式获得电机极对数p，其中函数int()代表取整数运算。

3.根据权利要求2所述的电机极对数辨识控制方法，其特征在于，j＝0,1,2，p₀＝2,p₁＝3,p₂＝4。

4.根据权利要求2或3所述的电机极对数辨识控制方法，其特征在于，m≥3。

5.根据权利要求4所述的电机极对数辨识控制方法，其特征在于，m＝3。