CN106533282B - 空调室外机的风机启动控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法、风机启动控制方法及控制装置、空调室外机，其中，空调室外机的风机启动控制方法，包括：执行风机启动前的转速和转向的确定方法达预定时间；在第k个采样周期的结束时刻，计算综合矢量的幅值并与电压阈值进行比较，如果不存在连续10个综合矢量的幅值都大于电压阈值，则确定实施静止启动方式，否则，确定风机的转速和转向以进一步确定风机的启动方式。本发明的技术方案通过对电机电压的检测和运算处理，可以判断出风机在启动前的风机转速和转向，从而针对性地选择不同的风机启动策略，提高风机启动的可靠性和成功率。

Description

空调室外机的风机启动控制方法及装置

技术领域

本发明涉及空调设备领域，具体而言，涉及一种空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法、一种空调室外机的风机启动控制方法、一种空调室外机的风机启动控制装置及一种空调室外机。

背景技术

中央空调室外机的变频风机广泛采用高功率密度、低振动和低噪音的表贴式永磁同步电机。为了实现风机转速的宽范围和高精度控制，业界通常采用基于矢量控制的正弦波驱动控制方式。表贴式永磁同步电机矢量控制的核心思想是采用电机转子位置角对电压和电流分量进行坐标变换，从而实现对电机转矩和磁通的单独控制。矢量控制中电机转子位置的获取是关键，依据转子位置的获取方式可分为带霍尔传感器的控制和无位置传感器控制两种，其中无位置传感器控制成本更低，在对低速控制性能要求不高的中央空调室外风机控制上获得了广泛应用。

通常的风机无位置传感器控制中获取转子位置的方法是依据电机反电动势或磁通进行估算，然而在风机静止启动或者短时间零速穿越控制时由于电机反电动势接近零，此时这一转子位置获取方式会失效。鉴于此，风机的启动控制大多采用位置开环电流闭环的驱动方式，将风机开环拖动到一定转速再切入转速闭环控制。但是，室外风机工作条件复杂，有时会存在有风启动工况，这种启动条件下直接开环启动电机容易失步，无法成功切入到转速闭环运行状态。所以，为了保证高的启动成功率，室外风机启动前首先需要判断风机启动状态，即区分风机是静止状态启动、顺风启动还是逆风启动；然后根据不同的启动状态确定相应的启动控制方案。需要指出的是，风机启动前逆风运行时还需要获得逆风转速的大小，来确定逆风启动的刹车时间或者采用其他的启动方式。

为了解决上述问题，现有技术方案中，风机启动前转速方向和大小的判断方法主要分为两种：第一种方法是通过控制电机的电流为零来追踪室外风机磁通，根据磁通的大小来判断风机转速及转向；第二种方法是通过给风机施加零矢量来获取三相电流，根据三相电流信号的周期和幅值换相顺序来获得风机的转速及转向。第一种方法计算量较大，而且计算模型依赖于准确的电机参数，所以转速估计存在误差；第二种方法计算量小，但是所需的计算时间长，而且计算时间依赖于风机转速，较难实时跟踪风机转速。

因此，如何提供一种风机启动前转速及转向判断方法，根据启动状态不同而采用不同的启动控制策略，以实现中央空调室外风机的可靠启动，成为亟待解决的问题。

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空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法。

本发明的另一个目的在于提出了一种空调室外机的风机启动控制方法。

本发明的再一个目的在于提出了一种空调室外机的风机启动控制装置。

本发明的又一个目的在于提出了一种空调室外机。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的技术方案，提出了一种空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法，包括：在第k个采样周期内，执行以下步骤，其中，k＝N,N+1,…N+8,N+9，N为大于0的整数；检测电机的三相线电压u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)和母线电压U_bus(k)；根据三相线电压u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)和母线电压U_bus(k)，计算三相相电压u_a(k)、u_b(k)和u_c(k)；对三相相电压u_a(k)、u_b(k)和u_c(k)进行CLARK坐标转换得到两相静止坐标系下的分量u_α(k)和u_β(k)；根据当前电压相位角θ对两相静止坐标系下的分量u_α(k)和u_β(k)进行PARK坐标变换，得到两相旋转坐标系下的分量u_d(k)和u_q(k)；将分量u_q(k)与给定值相减，并将比较后的差值作为PI调节器的输入；将PI调节器的输出ω₀与2πf求和，获得电压的角频率ω，其中f为常量；对角频率ω进行积分运算得到第一角度θ₀；将第一角度θ₀经过低通滤波处理得到下一个采样周期的下一周期电压相位角θ，作为下一周期的当前电压相位角θ；按周期执行上述步骤，直到执行时间超过预定时间；将第k个采样周期得到的电压相位角θ(k)与第k-10个采样周期的电压相位角θ(k-10)进行比较，获得第k个采样周期的风机转速ω(k)；根据风机转速ω(k)是否大于零来确定风机的转向。

根据本发明的第一方面技术方案的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法，通过检测得到电机三相线电压和母线电压值，利用电机的三相线电压计算得到三相相电压，对三相相电压进行CLARK坐标转换得到两相静止坐标系下的分量，再根据当前电压相位角对得到的两相静止坐标系下的分量进行PARK坐标变换，得到两相旋转坐标系下的分量，将得到的两相旋转坐标系下的分量与给定值的差值作为PI调节器的输入值，将PI调节器的输出值ω₀与2πf的和值作为电压的角频率ω，对ω进行积分运算得到第一角度，将得到的第一角度进行低通滤波处理得到下一采样周期的下一周期电压相位角，作为下一周期的当前电压相位角，以采样周期重复执行上述处理，直到超过预定时间。将执行过程中第k个采样周期得到的电压相位角与第k-10个采样周期的电压相位角进行比较，得到第k个采样周期的风机转速，根据风机转速的正负就能确定风机的转向。通过对电机中各种参数的处理和运算，在运行预设时间后，就能得到风机的转速和风机的转向，以便为有风启动时选择不同的启动策略，进一步地提高风机启动的可靠性。

根据本发明的上述技术方案的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法，还可以具有以下技术特征：

根据本发明的一个技术方案，在上述技术方案中，优选地，PI调节器的比例输出为u_p(k)＝-k_pu_q(k)，k_p为比例系数；以及PI调节器的积分输出为：u_i(k)＝u_i(k-1)+k_iTu_err(k)，其中k_i为积分系数，积分输出的初始值u_i(0)＝0，T为采样周期，等于PWM执行周期；以及PI调节器的输出ω₀(k)＝u_p(k)+u_i(k)。

在该技术方案中，对PI调节器的比例输出和积分输出的计算方式进行了规范，以便在计算PI调节器的输出时，减少误差，使不同情况下得到的计算值更稳定，进一步地，可以对风机的转速和转向进行准确地判断。

根据本发明的一个技术方案，在上述技术方案中，优选地，第k个采样周期的风机转速ω(k)＝(θ(k)-θ(k-10))/10T，其中T为采样周期，等于PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)执行周期。

在该技术方案中，将第k个采样周期的电压相位角与第k-10个采样周期的电压相位角的差值，与采样周期的10倍时间进行求商，得到第k个采样周期的风机转速。对风机转速的计算方式的确定，可以使不同周期得到的风机转速依循同样的规律，使计算得到的风机转速更稳定、准确，进一步可以提高风机启动的可靠性。

根据本发明第二方面的技术方案，还提出了一种空调室外机的风机启动控制方法，包括：执行根据第一方面技术方案的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法达预定时间；在第k个采样周期的结束时刻，计算获得综合矢量的幅值u_s(k)，其中k＝N,N+1,…N+8,N+9，N为大于0的整数；将u_s(k)与电压阈值ε进行比较，如果不存在连续10个u_s(k)的值都大于ε，则确定实施静止启动方式，否则，根据第一方面技术方案的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法确定风机的转速和风机的转向；以及根据风机的转速和风机的转向确定风机的启动方式。

根据本发明第二方面技术方案的空调室外机的风机启动控制方法，在执行空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法达到预定时间后，在采样周期结束时，计算综合矢量的幅值，并将综合矢量的幅值与电压阈值进行比较，如果连续10个综合矢量的幅值都大于电压阈值的情况不存在，则可以确定风机的启动采用静止启动的方式，否则根据第一方面技术方案的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法，计算得到风机的转速和转向，根据转速和转向确定风机的启动方式。这样，在确定风机的转速和转向之前，判断风机是否在有风状态下转动，如果风机处于静止状态，就采用静止启动，如果风机在有风状态下转动，则需要确定风机的转速和转向来确定风机采用何种方式启动。通过这种方式，可以提高风机的启动效率和启动的可靠性，使空调的启动成功率更高。

根据本发明的一个技术方案，在上述技术方案中，优选地，根据风机的转速和风机的转向确定风机的启动方式具体包括：如果风机的转向为正方向，则执行第一有风启动方式，否则判断风机的转速是否大于转速阈值δ；如果风机的转速大于转速阈值δ，则执行第二有风启动方式，否则执行第三有风启动方式。

在该技术方案中，如果风机在有风状态下转动，则通过第一方面技术方案中的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法，得到风机的转速和转向，如果风机转向为正方向，则启动第一有风启动方式，如果风机转向为反方向，则判断风机的反向转速是否大于转速阈值，如果反向转速大于转速阈值，则启动第二有风启动方式，如果反向转速小于等于转速阈值，则启动第三有风启动方式。对风机启动方式的选择根据风机在有风状态下的转速和转向来确定，能够对风机的启动功率和启动方向进行控制，从而提高风机的启动成功率，还能保护风机，延长风机的使用寿命，节省电能。

根据本发明的一个技术方案，在上述技术方案中，优选地，综合矢量的幅值其中u_α(k)和u_β(k)分别为对电机的三相相电压u_a(k)、u_b(k)和u_c(k)进行CLARK坐标转换得到两相静止坐标系下的分量，

在该技术方案中，在对综合矢量的幅值的计算过程中，首先通过对电机的三相相电压进行CLARK坐标转换得到两相静止坐标系下的分量，利用得到的两相静止坐标系下的分量的平方和的开平方值，作为综合矢量的幅值。这样，得到的幅值就是通过风机转动产生的三相相电压转换计算得到的，可以明确地反映风机的转速，以进一步确定风机的启动方式，提高风机的启动成功率。

根据本发明的一个技术方案，在上述技术方案中，优选地，电压阈值ε对应于将风机控制在额定转速的3％至8％时所对应的电压综合矢量的幅值。

在该技术方案中，在判断风机是否发生转动时，将综合矢量的幅值与设置的电压阈值进行比较，可以减少电路中的干扰条件对风机转动的判断造成的误判断。电压阈值的设置示意风机在额定转速的一定比例时产生的对应电压综合矢量幅值，其中，额定转速比例的设定可以根据实际情况确定，优选地为3％至8％。电压阈值的设置可以保证对风机转动与否的判定不会因为电路干扰造成的误判断，影响风机启动方式的选择，进而影响风机启动的可靠性。

根据本发明的一个技术方案，在上述技术方案中，优选地，转速阈值δ对应于额定转速的15％至20％。

在该技术方案中，在检测到风机在有风状态下转动时，为了根据风机的转向和转速选择不同的启动方式，因此设置转速阈值。如果风机的转向为正方向，则不用考虑风机的转速，直接启用第一有风启动方式；如果风机的转向时反方向的，则如果反向转速大于转速阈值，则执行第二有风启动方式；如果反向转速小于等于转速阈值，执行第三有风启动方式。因此，转速阈值的设置，直接关系到了风机启动方式的确定。设置转速阈值为额定功率下的转速的相对比例，能够使设定的转速在比较时有较好的参照条件，优选地，设置转速阈值为额定转速的15％至20％。

根据本发明第三方面的技术方案，还提出了一种空调室外机的风机启动控制装置，包括：反馈量检测模块，用于按照周期检测电机的三相线电压u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)和母线电压U_bus(k)，其中，k＝N,N+1,…N+8,N+9，N为大于0的整数；有风启动判断模块，用于将反馈量检测模块检测到的三相线电压u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)和母线电压U_bus(k)进行换算和坐标变换，得到电压综合矢量，并将电压综合矢量与电压阈值ε进行比较，以及根据比较结果确定实施静止启动方式或有风启动方式；转速追踪模块，用于在有风启动判断模块确定实施有风启动方式的情况下，根据相电压的电压相位角θ(k)，确定风机的转速和方向；启动策略选择模块，用于根据转速和方向，选择实施不同的有风启动方式。

根据本发明第三方面技术方案的空调室外机的风机启动控制装置，通过反馈量检测模块检测电机的三相线电压和母线电压，用以在采样周期结束时，利用有风启动判断模块根据检测到的电压，计算电压综合矢量的幅值，并将综合矢量的幅值与电压阈值进行比较，根据比较结果确定采用静止启动的方式还是有风启动方式；如果风机在有风状态下转动，则通过转速追踪模块根据检测到的相电压的电压相位角，确定风机的转速和转向，再利用启动策略选择模块来根据风机的转速和转向确定采用何种方式启动风机。通过这种方式，可以提高风机的启动效率和启动的可靠性，使空调的启动成功率更高。

根据本发明的一个技术方案，在上述技术方案中，优选地，有风启动判断模块包括：计算子单元，用于在第k个采样周期的结束时刻，计算获得综合矢量的幅值u_s(k)，其中k＝N,N+1,…N+8,N+9，N为大于0的整数；比较子单元，用于将u_s(k)与电压阈值ε进行比较，如果不存在连续10个u_s(k)的值都大于ε，则确定实施静止启动方式，否则，确定实施有风启动方式。

在该技术方案中，通过计算子单元，计算第k个采样周期结束时得到的综合矢量的幅值，比较子单元将综合矢量的幅值与电压阈值进行比较，如果连续10个综合矢量的幅值都大于电压阈值的情况不存在，则可以确定风机的启动采用静止启动的方式，否则根据第一方面技术方案的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法，计算得到风机的转速和转向，根据转速和转向确定风机的启动方式。通过这种方式，可以提高风机的启动效率和启动的可靠性，使空调的启动成功率更高。

根据本发明的一个技术方案，在上述技术方案中，优选地，转速追踪模块包括：转速计算子单元，用于将第k个采样周期得到的电压相位角θ(k)与第k-10个采样周期的电压相位角θ(k-10)进行比较，获得第k个采样周期的风机转速ω(k)；转向确定子单元，根据风机转速ω(k)是否大于零来确定风机的转向。

在该技术方案中，转速计算子单元通过将检测得到的电压相位角与10个周期前的电压相位角进行比较，得到该采样周期的风机转速，转向确定子单元再根据风机转速是否大于零来确定风机的转向是正方向还是反方向。如果转速大于零，则风机转速为正，如果转速小于零，则风机转速为负。通过对风机转速的确定，可以确定风机转向，进而确定的风机启动策略可以考虑到风机当前的转速和转向，采用合适的启动方式，保护风机，同时提高风机的启动成功率。

根据本发明的一个技术方案，在上述技术方案中，优选地，启动策略选择模块用于：如果风机的转向为正方向，则执行第一有风启动方式，否则判断风机的转速是否大于转速阈值δ；如果风机的转速大于转速阈值δ，则执行第二有风启动方式，否则执行第三有风启动方式。

在该技术方案中，如果风机在有风状态下转动，则通过第一方面技术方案中的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法，得到风机的转速和转向，如果风机转向为正方向，则通过启动策略选择模块控制执行第一有风启动方式，如果风机转向为反方向，则启动策略选择模块判断风机的反向转速是否大于转速阈值，如果反向转速大于转速阈值，则启动策略选择模块控制执行第二有风启动方式，如果反向转速小于等于转速阈值，则启动策略选择模块控制执行第三有风启动方式。启动策略选择模块对风机启动方式的选择根据风机在有风状态下的转速和转向来确定，能够对风机的启动功率和启动方向进行控制，从而提高风机的启动成功率，还能保护风机，延长风机的使用寿命，节省电能。

根据本发明第四方面的技术方案，还提出了一种空调室外机，包括：如第三方面技术方案中任一项的空调室外机的风机启动控制装置；SVPWM(Space Vector Pulse WidthModulation，空间矢量脉宽调制)发生器，接收风机启动控制装置发送的启动方式对应的信号，并根据信号发送PWM信号至开关器件以对空调室外机的电机进行控制。

根据本发明第四方面技术方案的空调室外机，通过风机启动控制装置向SVPWM发生器发送启动方式的控制信号，SVPWM发生器将控制信号调制后，将调制后的PWM信号发送到开关器件，以实现对空调室外机的电机的控制。该技术方案中的空调室外机，具有第三方面技术方案中的空调室外机的风机启动控制装置的全部有益效果，在此不再赘述。

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第一个实施例的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法的示意流程图；

图2示出了根据本发明的第二个实施例的空调室外机的风机启动控制方法的一个示意流程图；

图3示出了根据本发明的第二个实施例的空调室外机的风机启动控制方法的另一个示意流程图；

图4示出了根据本发明的第三个实施例的空调室外机的风机启动控制装置的示意框图；

图5示出了根据本发明的第四个实施例的空调室外机的示意框图；

图6示出了根据本发明的第五个实施例的风机控制系统的控制方法的示意流程图；

图7示出了根据本发明的第五个实施例的风机控制系统的示意图；

图8示出了根据本发明的第五个实施例的风机控制系统的转速追踪控制算法的示意图。

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。

实施例一：

图1示出了根据本发明的第一个实施例的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法的示意流程图。

如图1所示，根据本发明的第一个实施例的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法，包括：步骤S102，在第k个采样周期内，执行以下步骤，其中，k＝N,N+1,…N+8,N+9，N为大于0的整数；步骤S104，检测电机的三相线电压u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)和母线电压U_bus(k)；步骤S106，根据三相线电压u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)和母线电压U_bus(k)，计算三相相电压u_a(k)、u_b(k)和u_c(k)；步骤S108，对三相相电压u_a(k)、u_b(k)和u_c(k)进行CLARK坐标转换得到两相静止坐标系下的分量u_α(k)和u_β(k)；步骤S110，根据当前电压相位角θ对两相静止坐标系下的分量u_α(k)和u_β(k)进行PARK坐标变换，得到两相旋转坐标系下的分量u_d(k)和u_q(k)；步骤S112，将分量u_q(k)与给定值相减，并将比较后的差值作为PI调节器的输入；步骤S114，将PI调节器的输出ω₀与2πf求和，获得电压的角频率ω，其中f为常量；步骤S116，对角频率ω进行积分运算得到第一角度θ₀；步骤S118，将第一角度θ₀经过低通滤波处理得到下一个采样周期的下一周期电压相位角θ，作为下一周期的当前电压相位角θ；步骤S120，按周期执行上述步骤，直到执行时间超过预定时间；步骤S122，将第k个采样周期得到的电压相位角θ(k)与第k-10个采样周期的电压相位角θ(k-10)进行比较，获得第k个采样周期的风机转速ω(k)；步骤S124，根据风机转速ω(k)是否大于零来确定风机的转向。

在该实施例中，通过步骤S104检测到的电机三相线电压和母线电压值，在步骤S106中利用三相线电压计算得到电压的三相相电压，步骤S108通过对三相相电压进行CLARK坐标转换，得到两相静止坐标系下的分量，在步骤S110中根据步骤S108中得到的两相静止坐标系下的分量进行PARK坐标变换，得到两相旋转坐标系下的分量，步骤S112将得到的两相旋转坐标系下的分量与给定值的差值作为PI调节器的输入值，在步骤S114中将PI调节器的输出值ω₀与2πf的和值作为电压的角频率ω，步骤S116对角频率ω进行积分运算得到第一角度，在步骤S118中将得到的第一角度进行低通滤波处理得到下一采样周期的下一周期电压相位角，作为下一周期的当前电压相位角，在步骤S120中以采样周期重复执行上述处理，直到超过预定时间。步骤S122将执行过程中第k个采样周期得到的电压相位角与第k-10个采样周期的电压相位角进行比较，得到第k个采样周期的风机转速，步骤S124根据风机转速的正负就能确定风机的转向。以上步骤S104至步骤S124在步骤S102中，在第k个采样周期执行，也就是每个采样周期都执行步骤S104至步骤S124。通过上述方法对电机中各种参数的处理和运算，在运行预设时间后，就能得到风机的转速和风机的转向，以便为有风启动时选择不同的启动策略，进一步地提高风机启动的可靠性。

优选地，在上述实施例中，PI调节器的比例输出为u_p(k)＝-k_pu_q(k)，k_p为比例系数；以及PI调节器的积分输出为：u_i(k)＝u_i(k-1)+k_iTu_err(k)，其中k_i为积分系数，积分输出的初始值u_i(0)＝0，T为采样周期，等于PWM执行周期；以及PI调节器的输出ω₀(k)＝u_p(k)+u_i(k)。通过对PI调节器的比例输出和积分输出的计算方式进行的规范，能够在计算PI调节器的输出时，减少误差，使不同情况下得到的计算值更稳定，进一步地，可以对风机的转速和转向进行准确地判断。

此外，在上述实施例中，在第k个采样周期的风机转速和转向进行确定时，风机转速ω(k)＝(θ(k)-θ(k-10))/10T，其中的T为采样周期，等于PWM执行周期。具体的，风机转速的确定，是将第k个采样周期的电压相位角与第k-10个采样周期的电压相位角的差值，与采样周期的10倍时间进行求商，得到第k个采样周期的风机转速。对风机转速的计算方式的确定，可以使不同周期得到的风机转速依循同样的规律，使计算得到的风机转速更稳定、准确，进一步可以提高风机启动的可靠性。

实施例二：

图2示出了根据本发明的第二个实施例的空调室外机的风机启动控制方法的一个示意流程图。

如图2所示，根据本发明的第二个实施例的空调室外机的风机启动控制方法，包括：步骤S202，执行根据第一方面技术方案的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法达预定时间；步骤S204，在第k个采样周期的结束时刻，计算获得综合矢量的幅值u_s(k)，其中k＝N,N+1,…N+8,N+9，N为大于0的整数；步骤S206，将u_s(k)与电压阈值ε进行比较，如果不存在连续10个u_s(k)的值都大于ε，则确定实施静止启动方式，否则，根据第一方面技术方案的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法确定风机的转速和风机的转向；步骤S208，以及根据风机的转速和风机的转向确定风机的启动方式。

在该实施例中，在步骤S202中执行空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法达到预定时间后，在步骤S204采样周期结束时，计算综合矢量的幅值，并在步骤S206中将综合矢量的幅值与电压阈值进行比较，如果连续10个综合矢量的幅值都大于电压阈值的情况不存在，则可以确定风机的启动采用静止启动的方式，否则根据第一方面技术方案的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法，计算得到风机的转速和转向，步骤S208根据转速和转向确定风机的启动方式。

这样，在确定风机的转速和转向之前，判断风机是否在有风状态下转动，如果风机处于静止状态，就采用静止启动方式，如果风机在有风状态下转动，则需要确定风机的转速和转向来确定风机采用何种方式启动。通过这种方式，可以提高风机的启动效率和启动的可靠性，使空调的启动成功率更高。

图3示出了根据本发明的第二个实施例的空调室外机的风机启动控制方法的另一个示意流程图。

如图3所示，步骤S208具体包括：步骤S210，如果风机的转向为正方向，则执行第一有风启动方式，否则判断风机的转速是否大于转速阈值δ；步骤S212，如果风机的转速大于转速阈值δ，则执行第二有风启动方式，否则执行第三有风启动方式。

在该实施例中，如果风机在有风状态下转动，则通过实施例一中的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法，得到风机的转速和转向，如果在步骤S210中判断风机转向为正方向，则启动第一有风启动方式，如果风机转向为反方向，则判断风机的反向转速是否大于转速阈值，如果在步骤S212中判断风机的反向转速大于转速阈值，则启动第二有风启动方式，如果反向转速小于等于转速阈值，则启动第三有风启动方式。对风机启动方式的选择根据风机在有风状态下的转速和转向来确定，能够对风机的启动功率和启动方向进行控制，从而提高风机的启动成功率，还能保护风机，延长风机的使用寿命，节省电能。

值得提出的是，本实施例中提到的静止启动方式、第一有风启动方式、第二有风启动方式及第三有风启动方式是针对不同情况对风机的启动方式，具体的启动方法可以根据具体的实践情况进行设定，以提高风机的启动成功率。

优选地，在该实施例中，综合矢量的幅值为其中u_α(k)和u_β(k)分别为对电机的三相相电压u_a(k)、u_b(k)和u_c(k)进行CLARK坐标转换得到两相静止坐标系下的分量， 具体的，在对综合矢量的幅值的计算过程中，首先通过对电机的三相相电压进行CLARK坐标转换得到两相静止坐标系下的分量，利用得到的两相静止坐标系下的分量的平方和的开平方值，作为综合矢量的幅值。这样，得到的幅值就是通过风机转动产生的三相相电压转换计算得到的，可以明确地反映风机的转速，以进一步确定风机的启动方式，提高风机的启动成功率。

优选地，电压阈值ε对应于将风机控制在额定转速的3％至8％时所对应的电压综合矢量的幅值。在判断风机是否发生转动时，将综合矢量的幅值与设置的电压阈值进行比较，可以减少电路中的干扰条件对风机转动的判断造成的误判断。电压阈值的设置示意风机在额定转速的一定比例时产生的对应电压综合矢量幅值，其中，额定转速比例的设定可以根据实际情况确定，优选地为3％至8％。电压阈值的设置可以保证对风机转动与否的判定不会因为电路干扰造成的误判断，影响风机启动方式的选择，进而影响风机启动的可靠性。

优选地，转速阈值δ对应于额定转速的15％至20％。在检测到风机在有风状态下转动时，为了根据风机的转向和转速选择不同的启动方式，因此设置转速阈值。如果风机的转向为正方向，则不用考虑风机的转速，直接启用第一有风启动方式；如果风机的转向时反方向的，则如果反向转速大于转速阈值，则执行第二有风启动方式；如果反向转速小于等于转速阈值，执行第三有风启动方式。因此，转速阈值的设置，直接关系到了风机启动方式的确定。设置转速阈值为额定功率下的转速的相对比例，能够使设定的转速在比较时有较好的参照条件，优选地，设置转速阈值为额定转速的15％至20％。

实施例三：

图4示出了根据本发明的第三个实施例的空调室外机的风机启动控制装置的示意框图。

如图4所示，根据本发明的第三个实施例的空调室外机的风机启动控制装置400，包括：反馈量检测模块402，用于按照周期检测电机的三相线电压u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)和母线电压U_bus(k)，其中，k＝N,N+1,…N+8,N+9，N为大于0的整数；有风启动判断模块404，用于将反馈量检测模块检测到的三相线电压u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)和母线电压U_bus(k)进行换算和坐标变换，得到电压综合矢量，并将电压综合矢量与电压阈值ε进行比较，以及根据比较结果确定实施静止启动方式或有风启动方式；转速追踪模块406，用于在有风启动判断模块确定实施有风启动方式的情况下，根据相电压的电压相位角θ(k)，确定风机的转速和方向；启动策略选择模块408，用于根据转速和方向，选择实施不同的有风启动方式。

在该实施例中，通过反馈量检测模块402检测电机的三相线电压和母线电压，用以在采样周期结束时，利用有风启动判断模块404根据检测到的电压，计算电压综合矢量的幅值，并将综合矢量的幅值与电压阈值进行比较，根据比较结果确定采用静止启动的方式还是有风启动方式；如果风机在有风状态下转动，则通过转速追踪模块406根据检测到的相电压的电压相位角，确定风机的转速和转向，再利用启动策略选择模块408来根据风机的转速和转向确定采用何种方式启动风机。通过这种方式，可以提高风机的启动效率和启动的可靠性，使空调的启动成功率更高。

具体的，反馈量检测模块402检测风机控制逆变单元的下桥臂电流i_b和i_c，以及电机的三相电压u_sa、u_sb、u_sc和母线电压U_bus。控制装置400将检测获得的电流值和电压值送回MCU控制器的AD检测单元。

在该实施例中，优选地，有风启动判断模块404包括：计算子单元4042，用于在第k个采样周期的结束时刻，计算获得综合矢量的幅值u_s(k)，其中k＝N,N+1,…N+8,N+9，N为大于0的整数；比较子单元4044，用于将u_s(k)与电压阈值ε进行比较，如果不存在连续10个u_s(k)的值都大于ε，则确定实施静止启动方式，否则，确定实施有风启动方式。有风启动判断模块404根据检测获得的4个电压值经过换算和坐标变换获得电压综合矢量的大小，再将其与有风启动电压阈值比较大小，然后决定是否实施有风启动控制策略。具体地，通过计算子单元4042，计算第k个采样周期结束时得到的综合矢量的幅值，比较子单元4044将综合矢量的幅值与电压阈值进行比较，如果连续10个综合矢量的幅值都大于电压阈值的情况不存在，则可以确定风机的启动采用静止启动的方式，否则根据实施例一的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法，计算得到风机的转速和转向，根据转速和转向确定风机的启动方式。通过这种方式，可以提高风机的启动效率和启动的可靠性，使空调的启动成功率更高。

优选地，转速追踪模块406包括：转速计算子单元4062，用于将第k个采样周期得到的电压相位角θ(k)与第k-10个采样周期的电压相位角θ(k-10)进行比较，获得第k个采样周期的风机转速ω(k)；转向确定子单元4064，根据风机转速ω(k)是否大于零来确定风机的转向。风机的转速追踪模块406对相电压相角进行追踪，然后根据相角变化获得风机转速和转向。具体的，转速计算子单元4062通过将检测得到的电压相位角与10个周期前的电压相位角进行比较，得到该采样周期的风机转速，转向确定子单元4064再根据风机转速是否大于零来确定风机的转向是正方向还是反方向。如果转速大于零，则风机转速为正，如果转速小于零，则风机转速为负。通过对风机转速的确定，可以确定风机转向，进而确定的风机启动策略可以考虑到风机当前的转速和转向，采用合适的启动方式，保护风机，同时提高风机的启动成功率。

优选地，启动策略选择模块408用于：如果风机的转向为正方向，则执行第一有风启动方式，否则判断风机的转速是否大于转速阈值δ；如果风机的转速大于转速阈值δ，则执行第二有风启动方式，否则执行第三有风启动方式。启动策略选择模块408根据转速追踪模块406追踪获得的风机转速确定相应的风机启动控制策略。具体的，如果风机在有风状态下转动，则通过实施例一中的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法，得到风机的转速和转向，如果风机转向为正方向，则通过启动策略选择模块408控制执行第一有风启动方式，如果风机转向为反方向，则启动策略选择模块408判断风机的反向转速是否大于转速阈值，如果反向转速大于转速阈值，则启动策略选择模块408控制执行第二有风启动方式，如果反向转速小于等于转速阈值，则启动策略选择模块408控制执行第三有风启动方式。启动策略选择模块408对风机启动方式的选择根据风机在有风状态下的转速和转向来确定，能够对风机的启动功率和启动方向进行控制，从而提高风机的启动成功率，还能保护风机，延长风机的使用寿命，节省电能。

实施例四：

图5示出了根据本发明的第四个实施例的空调室外机的示意框图。

如图5所示，根据本发明的第四个实施例的空调室外机500，包括如实施例三的空调室外机的风机启动控制装置400；SVPWM发生器502，接收风机启动控制装置发送的启动方式对应的信号，并根据信号发送PWM信号至开关器件以对空调室外机的电机进行控制。

根据本实施例的空调室外机500，通过风机启动控制装置400向SVPWM发生器502发送启动方式的控制信号，SVPWM发生器502将控制信号调制后，将调制后的PWM信号发送到开关器件，以实现对空调室外机500的电机的控制。该技术方案中的空调室外机500，具有实施例三中的空调室外机的风机启动控制装置400的全部有益效果，在此不再赘述。

实施例五：

图6示出了根据本发明的第五个实施例的风机控制系统的控制方法的示意流程图。

如图6所示，风机控制系统的控制过程中，在步骤S602中，使用转速追踪算法，对风机的转速进行计算，如果在步骤S604中达到预设的执行时间，则计入步骤S606中，判断电压综合矢量的幅值的大小是否大于预设的电压阈值，如果不大于，则进入步骤S608中，采用启动方式1对风机进行启动，如果综合矢量的幅值的大小大于预设的电压阈值，则在步骤S610中判断风机的转向是否为正方向，如果风机转向为正方向，则在步骤S612中采用启动方式2启动风机；如果风机转向为反方向，则在步骤S614中判断风机转速大小是否大于预设的转速阈值，如果风机转速小于等于预设转速阈值，则在步骤S616中采用启动方式3启动风机；如果风机转速大于预设转速阈值，则在步骤S618中采用启动方式4启动风机，则进入步骤S620中完成对风机的启动。

其中，在步骤S602中，对风机的转速进行计算的步骤具体包括：

步骤一：根据检测获得的电压u_sa、u_sb、u_sc和母线电压U_bus去计算电机的三相相电压u_a、u_b和u_c。其中

步骤二：对电机三相相电压u_a、u_b、u_c进行CLARK坐标变换获得两相静止坐标系下的分量u_α和u_β。其中

步骤三：利用两相静止坐标系下的分量u_α和u_β计算获得综合矢量的幅值u_s，其中分别对两相静止坐标系下的分量u_α和u_β进行归一化处理获得和其中

步骤四：对两相静止坐标系下的分量u_α和u_β进行PARK坐标变换获得两相旋转坐标系下的分量u_d和u_q。其中u_d＝u_αcosθ+u_βsinθ，u_q＝-u_αsinθ+u_βcosθ，θ为追踪获得的电压相位角。

步骤五：将步骤四获得的u_q与给定值作差，并将将差值作为PI调节器的输入，PI调节器的输出ω₀与2πf作和获得电压的角频率ω，f为常量，取值为2Hz，可以加速调节器收敛。

步骤六：对电压的角频率ω做积分运算获得θ₀，θ₀经过低通滤波器处理获得电压相位角θ。角度θ作为步骤四PARK变换的输入。步骤一至步骤五每经采样周期T执行一次。将第k个采样周期的电压相位角θ(k)与第k-10个采样周期的电压相位角θ(k-10)进行比较，获得第k个采样周期的风机转速ω(k)＝(θ(k)-θ(k-10))/10T。若ω(k)大于零，则风机转速为正，若ω(k)小于零，则风机转速为负。

图7示出了根据本发明的第五个实施例的风机控制系统的示意图；

图8示出了根据本发明的第五个实施例的风机控制系统的转速追踪控制算法的示意图。

如图7所示，MCU(微控制单元，Microcontroller Unit)710包括ADC(模数转换器)704、电机控制策略706、SVPWM发生器502、以及其他外设控制单元712。在该实施例中，ADC704相当于反馈量检测模块，检测室外机的电机702控制逆变单元的下桥臂电流i_b和i_c，以及电机702的三相电压u_sa、u_sb、u_sc和母线电压U_bus，这些反馈量作为电机控制策略706的输入量。电机控制策略706可以包括有风启动判断模块404、转速追踪模块406、启动策略选择模块408。通过有风启动判断模块404判断风机是否在有风状态下转动，如果发生转动，则通过转速追踪模块406计算出风机转速和转向，之后，启动策略选择模块408选择合适的启动方式启动风机，向SVPWM发生器502发送启动方式的控制信号，SVPWM 502将控制信号调制后，将调制后的PWM信号发送到驱动电路708，通过驱动电路708来驱动开关器件，以实现对空调室外机的电机702的控制，此外，MCU 710中的其他外设控制单元712可以执行控制装置的其他处理。

具体的，对风机控制系统的转速追踪算法的具体实现方式如图8所示，首先通过三相线电压和母线电压计算出三相相电压，将三相相电压进行CLARK变换802得到两相静止坐标系下的分量，再根据当前电压相位角对得到的两相静止坐标系下的分量进行PARK变换804，得到两相旋转坐标系下的分量，将得到的两相旋转坐标系下的分量与给定值的差值作为PI调节器806的输入值，将PI调节器806的输出值ω₀与2πf的和值作为电压的角频率ω，通过积分器808对ω进行积分运算得到第一角度，将得到的第一角度通过低通滤波器810进行低通滤波处理，就可以得到下一采样周期的下一周期电压相位角。对该转速追踪算法进行周期重复执行，直到超过预定时间，就能得到风机转速，进而确定风机转向，以便为有风启动时选择不同的启动策略，进一步地提高风机启动的可靠性。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，本发明提出的技术方案，通过对电机三相电压和母线电压的检测，通过对电压值的运算处理，可以判断出风机在启动前的风机转速和转向，根据风机转速和转向，针对性地选择不同的风机启动策略，可以提高风机启动的可靠性和成功率。

以上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 (10)

1.一种空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法，其特征在于，包括：

在第k个采样周期内，执行以下步骤，其中，k＝N,N+1,…N+8,N+9，N为大于0的整数：

检测电机的三相线电压u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)和母线电压U_bus(k)；

根据所述三相线电压u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)和所述母线电压U_bus(k)，计算三相相电压u_a(k)、u_b(k)和u_c(k)；

对所述三相相电压u_a(k)、u_b(k)和u_c(k)进行CLARK坐标转换得到两相静止坐标系下的分量u_α(k)和u_β(k)；

根据当前电压相位角θ对所述两相静止坐标系下的分量u_α(k)和u_β(k)进行PARK坐标变换，得到两相旋转坐标系下的分量u_d(k)和u_q(k)；

将所述分量u_q(k)与给定值相减，并将比较后的差值作为PI调节器的输入；

将所述PI调节器的输出ω₀与2πf求和，获得电压的角频率ω，其中f为常量；

对所述角频率ω进行积分运算得到第一角度θ₀；

将所述第一角度θ₀经过低通滤波处理得到下一个采样周期的下一周期电压相位角θ，作为下一周期的当前电压相位角θ；

按周期执行上述步骤，直到执行时间超过预定时间；

将第k个采样周期得到的电压相位角θ(k)与第k-10个采样周期的电压相位角θ(k-10)进行比较，获得第k个采样周期的风机转速ω(k)，第k个采样周期的风机转速ω(k)＝(θ(k)-θ(k-10))/10T，其中T为采样周期，等于PWM执行周期；

根据所述风机转速ω(k)是否大于零来确定所述风机的转向。

2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，

所述PI调节器的比例输出为u_p(k)＝-k_pu_q(k)，k_p为比例系数；以及

所述PI调节器的积分输出为：u_i(k)＝u_i(k-1)+k_iTu_err(k)，其中k_i为积分系数，积分输出的初始值u_i(0)＝0，T为采样周期，等于PWM执行周期；以及

所述PI调节器的输出ω₀(k)＝u_p(k)+u_i(k)。

3.一种空调室外机的风机启动控制方法，其特征在于，包括：

执行根据权利要求1所述的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法达预定时间；

在第k个采样周期的结束时刻，计算获得电压综合矢量的幅值u_s(k)，其中k＝N,N+1,…N+8,N+9，N为大于0的整数；

将所述u_s(k)与电压阈值ε进行比较，如果不存在连续10个u_s(k)的值都大于ε，则确定实施静止启动方式，否则，根据权利要求1所述的空调室外机的风机启动前的转速和转向的确定方法确定所述风机的转速和所述风机的转向；以及

根据所述风机的转速和所述风机的转向确定所述风机的启动方式。

4.根据权利要求3所述的风机启动控制方法，其特征在于，所述根据所述风机的转速和所述风机的转向确定所述风机的启动方式具体包括：

如果所述风机的转向为正方向，则执行第一有风启动方式，否则判断所述风机的转速是否大于转速阈值δ；

如果所述风机的转速大于所述转速阈值δ，则执行第二有风启动方式，否则执行第三有风启动方式。

5.根据权利要求3或4所述的风机启动控制方法，其特征在于，所述电压综合矢量的幅值其中u_α(k)和u_β(k)分别为对电机的三相相电压u_a(k)、u_b(k)和u_c(k)进行CLARK坐标转换得到两相静止坐标系下的分量，

6.根据权利要求3或4所述的风机启动控制方法，其特征在于，所述电压阈值ε对应于将所述风机控制在额定转速的3％至8％时所对应的电压综合矢量的幅值。

7.根据权利要求4所述的风机启动控制方法，其特征在于，所述转速阈值δ对应于额定转速的15％至20％。

8.一种空调室外机的风机启动控制装置，其特征在于，包括：

反馈量检测模块，用于按照周期检测电机的三相线电压u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)和母线电压U_bus(k)，其中，k＝N,N+1,…N+8,N+9，N为大于0的整数；

有风启动判断模块，用于将所述反馈量检测模块检测到的三相线电压u_sa(k)、u_sb(k)、u_sc(k)和母线电压U_bus(k)进行换算和坐标变换，得到电压综合矢量，并将所述电压综合矢量与电压阈值ε进行比较，以及根据比较结果确定实施静止启动方式或有风启动方式；

转速追踪模块，用于在所述有风启动判断模块确定实施有风启动方式的情况下，根据相电压的电压相位角θ(k)，确定风机的转速和方向；

启动策略选择模块，用于根据所述转速和所述方向，选择实施不同的有风启动方式；

所述有风启动判断模块包括：

计算子单元，用于在第k个采样周期的结束时刻，计算获得电压综合矢量的幅值u_s(k)，其中k＝N,N+1,…N+8,N+9，N为大于0的整数；

比较子单元，用于将所述u_s(k)与电压阈值ε进行比较，如果不存在连续10个u_s(k)的值都大于ε，则确定实施静止启动方式，否则，确定实施有风启动方式；

所述转速追踪模块包括：

转速计算子单元，用于将第k个采样周期得到的电压相位角θ(k)与第k-10个采样周期的电压相位角θ(k-10)进行计算，获得第k个采样周期的风机转速ω(k)，第k个采样周期的风机转速ω(k)＝(θ(k)-θ(k-10))/10T，其中T为采样周期，等于PWM执行周期；

转向确定子单元，根据所述风机转速ω(k)是否大于零来确定所述风机的转向。

9.根据权利要求8所述的风机启动控制装置，其特征在于，所述启动策略选择模块，用于：

如果所述风机的转向为正方向，则执行第一有风启动方式，否则判断所述风机的转速是否大于转速阈值δ；

如果所述风机的转速大于所述转速阈值δ，则执行第二有风启动方式，否则执行第三有风启动方式。

10.一种空调室外机，其特征在于，包括：

权利要求8或9所述的风机启动控制装置；

SVPWM发生器，接收所述风机启动控制装置发送的启动方式对应的信号，并根据所述信号发送PWM信号至开关器件以对所述空调室外机的电机进行控制。