CN108054976B - 一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法 - Google Patents

一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108054976B
CN108054976B CN201711361512.0A CN201711361512A CN108054976B CN 108054976 B CN108054976 B CN 108054976B CN 201711361512 A CN201711361512 A CN 201711361512A CN 108054976 B CN108054976 B CN 108054976B
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
linear compressor
signal
power supply
resonant frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711361512.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108054976A (zh
Inventor
王立强
雷美珍
卢琴芬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Liangchuang Technology Consulting Co ltd
Original Assignee
Zhejiang University of Water Resources and Electric Power
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University of Water Resources and Electric Power filed Critical Zhejiang University of Water Resources and Electric Power
Priority to CN201711361512.0A priority Critical patent/CN108054976B/zh
Publication of CN108054976A publication Critical patent/CN108054976A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108054976B publication Critical patent/CN108054976B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

本发明涉及直线压缩机控制技术领域，尤其涉及一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法，分别检测当前定子电流信号瞬时值i和动子位移信号瞬时值x，将定子电流信号i和动子位移信号x接入乘法器，得到两者乘积i·x，通过低通滤波器获取误差信号
Figure DDA0001511971010000011
随后利用误差信号通过PI调节器对供电频率进行调节，即对电机供电的SPWM的调制波频率进行调节，直至稳态误差信号
Figure DDA0001511971010000012
为零，此时直线压缩机的供电频率等于直线压缩机的谐振频率，工作在谐振状态。本发明采用了低通滤波器和PI调节器，能够有效且快速的跟踪直线压缩机的谐振频率，提高直线压缩机在变负载运行时的系统效率。

Description

一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法
技术领域
本发明涉及直线压缩机控制技术领域，尤其涉及一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法。
背景技术
直线压缩机是一种采用直线振荡电机直接驱动的新型压缩机，与传统的活塞式压缩机相比，可以省去曲柄连杆等将旋转运动转换成直线往复运动的中间转换机构，具有结构紧凑、传动效率高和易于控制等优点。目前，它已广泛应用于热声、脉管和斯特林等回热式低温系统。直线压缩机可等效为一个典型二阶弹簧振荡系统，当直线振荡电机的电气驱动频率与直线压缩机系统的谐振频率相同时，此时系统处于谐振状态，直线压缩机运行效率最高。直线压缩机的谐振频率不仅与机械弹簧弹性系数和动子总质量有关系，还会随负载变化而变化，因此，如何跟踪直线压缩机的谐振频率以实现系统的高效率运行成为直线压缩机控制的主要目标。
在保证直线电机控制行程稳定的情况下，在负载变动时，控制系统能很好的跟踪机械谐振频率，成为直线压缩机控制研究的一个热点。根据在共振点处，电流最小、位移和电流相差90°的特点，有人采用控制位移和电流乘积的平均值的方法进行压缩机效率最大化控制，降低控制性能；有人采用检测位移和电流之间的相角控制，设定相角90°，通过给定与反馈经过PI控制器或者模糊控制器，实现效率最大化，该控制方法在相角检测中存在过零检测误差的问题。
现有的直线压缩机谐振频率跟踪控制方法，均通过分别检测电流、位置信号的相位，求取相位差，然后根据相位差进行频率调节。由于电流、的位置信号的相位检测至少需要半个电气周期T/2(T＝2π/ω)，即每T/2时间调整一次供电频率，这会导致谐振频率跟踪控制的跟踪响应变慢。另外，一篇申请号201610842155.9的中国发明专利公开了一种直线振荡电机的谐振频率跟踪控制方法，该方法需要采用二阶广义积分器和坐标变换，运算复杂。由此可见，现有的直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法存在响应慢、运算复杂和抗干扰能力差等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法，无需分别检测电流信号相位及位移信号相位，仅通过将瞬时电流值与瞬时位移值相乘，经低通滤波器提取出与其相位差成简单函数关系的误差信号，经PI调节器的稳态无误差调节后可使直线压缩机的供电频率等于其谐振频率，能够有效且快速的跟踪直线压缩机的谐振频率，提高直线压缩机在变负载运行时的系统效率。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法，分别检测当前定子电流信号瞬时值i和动子位移信号瞬时值x，将定子电流信号i和动子位移信号x接入乘法器，得到两者乘积i·x，通过低通滤波器获取误差信号
Figure GDA0002262470660000021
随后根据误差信号
Figure GDA0002262470660000022
通过PI调节器对供电角频率进行调节，即对电机供电的SPWM的调制波频率进行调节，直至稳态误差信号
Figure GDA0002262470660000023
为零，此时直线压缩机的供电频率等于直线压缩机的谐振频率，工作在谐振状态。
进一步，对i·x进行低通滤波，得到与相位误差
Figure GDA0002262470660000024
的正弦值成正比的误差信号
Figure GDA0002262470660000025
所述
Figure GDA0002262470660000026
为位移信号相位，所述
Figure GDA0002262470660000027
为电流信号相位。原理分析如下：
Figure GDA0002262470660000028
Figure GDA0002262470660000029
其中，ω为供电频率(rad/s)，im为正弦电流波形的幅值，xm为正弦位移波形的幅值。
Figure GDA0002262470660000031
Figure GDA0002262470660000032
其中，k为位移信号波形幅值与电流信号波形幅值的乘积，LPF表示数字低通滤波器，其可以将频率为2ω的信号分量
Figure GDA0002262470660000033
滤除。当相位误差
Figure GDA0002262470660000034
较小时，有如下关系：
Figure GDA0002262470660000035
当
Figure GDA0002262470660000036
时，即
Figure GDA0002262470660000037
此时电流i与位移x的相位差为π/2(即90°)，此时直线压缩机达到谐振状态，因此通过调节使误差信号
Figure GDA0002262470660000038
为零时，即实现直线压缩机的谐振频率跟踪控制。
进一步，所述低通滤波器是一阶可变截止频率的低通滤波器，且截止频率ωc随直线压缩机的实际供电角频率ω的变化而变化，即ωc＝ω/M，所述M＝0.6～1.0。采用可变截止频率的低通滤波器，可以更好滤除i·x信号中的与误差信号
Figure GDA0002262470660000039
无关的频率，即2ω的高频分量。
进一步，所述PI调节器对供电频率进行调节使
Figure GDA00022624706600000310
采用的是增量式的调节方式，即得到角频率
Figure GDA00022624706600000311
所述ω(k-1)是上一控制周期的供电角频率，初始值ω(0)取直线压缩机运行角频率范围内的中间值，即ω(0)＝ωmax/2。
进一步，保持压缩机供电电压幅值Um不变，供电电压相位角通过对供电角频率ω进行积分得到相位角θe，作为电压相位角，根据直线压缩机的供电电压幅值Um和供电电压相位角θe，通过SPWM算法产生4路PWM信号控制逆变器，经过逆变器输出单相交流电，驱动直线压缩机。
本发明提供的直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法无需相位检测及相位差计算或复杂的坐标变换，实施简单，调节速度快，可以做到与电流采样频率一致的跟踪频率控制，极大提升了直线压缩机在变负载时的谐振频率跟踪响应的动态性能，能够快速且有效的跟踪直线压缩机的谐振频率，提高直线压缩机在变负载运行时的系统效率。
附图说明
图1是本发明一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法的系统结构示意图；
图2是本发明的一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
如图1和图2所示，本发明的一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法，实施步骤如下：
(a)采用电流采样芯片采集直线压缩机LC的定子电流信号瞬时值i；采用电阻式位移传感器采集直线压缩机LC的动子位移信号瞬时值x。
(b)动子位移信号x和定子电流信号i接入乘法器后，得到两者乘积i·x。
(c)通过低通滤波器获取误差信号
Figure GDA0002262470660000041
乘以增益2后，经可变截止频率的一阶LPF滤波后可得误差信号
Figure GDA0002262470660000042
数字低通滤波器LPF传递函数如(6)式所示：
Figure GDA0002262470660000043
其中，截止频率ωc＝ω/M，M取值为0.6～1.0之间。
(d)误差的动态调节，采用PI调节器对供电角频率进行调节，使误差信号
Figure GDA0002262470660000044
收敛为0，具体为：当误差
Figure GDA0002262470660000045
时，增加供电角频率；当误差
Figure GDA0002262470660000046
时，减小供电角频率；当误差为
Figure GDA0002262470660000047
时，保持供电角频率不变，当前频率即谐振频率。通过增量式调节的方式，即PI调节的输出
Figure GDA0002262470660000048
与前一控制状态的供电角频率ω(k-1)相加得到当前需要施加的供电角频率ω(k)，即：
Figure GDA0002262470660000051
(e)保持压缩机供电电压幅值Um不变，供电电压相位角通过对供电角频率ω进行积分得到相位角θe，作为电压相位角，根据直线压缩机的供电电压幅值Um和供电电压相位角θe，通过SPWM算法产生4路PWM信号控制逆变器，经过逆变器输出单相交流电，驱动直线压缩机LC。积分计算公式如下所示：
θe(k)＝θe(k-1)+ω(k)·Ts (8)
其中，Ts为控制周期，其与电流采样周期相等。
本发明提供的直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法无需复杂的相位检测及相位差计算或复杂的坐标变换，实施简单，调节速度快，可以做到与电流采样频率一致的跟踪频率控制，极大提升了直线压缩机在变负载时的谐振频率跟踪响应的动态性能，能够快速且有效的跟踪直线压缩机的谐振频率，提高直线压缩机在变负载运行时的系统效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (4)

1.一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法，其特征在于，分别检测当前定子电流信号瞬时值i和动子位移信号瞬时值x，将定子电流信号i和动子位移信号x接入乘法器，得到两者乘积i·x，通过低通滤波器对i·x进行低通滤波，得到与相位误差
Figure FDA0002199330970000011
的正弦值成正比的误差信号
Figure FDA0002199330970000012
所述
Figure FDA0002199330970000013
为位移信号相位，所述
Figure FDA0002199330970000014
为电流信号相位，随后根据误差信号
Figure FDA0002199330970000015
通过PI调节器对供电角频率进行调节，即对电机供电的SPWM的调制波频率进行调节，直至稳态误差信号
Figure FDA0002199330970000016
为零，此时直线压缩机的供电频率等于直线压缩机的谐振频率，工作在谐振状态。
2.根据权利要求1所述的一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法，其特征在于，所述低通滤波器是一阶可变截止频率的低通滤波器，且截止频率ωc随直线压缩机的实际供电角频率ω的变化而变化，即ωc＝ω/M，所述M＝0.6～1.0。
3.根据权利要求1所述的一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法，其特征在于，所述PI调节器对供电频率进行调节使
Figure FDA0002199330970000017
采用的是增量式的调节方式，即得到角频率
Figure FDA0002199330970000018
所述ω(k-1)是上一控制周期的供电角频率，初始值ω(0)取直线压缩机运行角频率范围内的中间值，即ω(0)＝ωmax/2。
4.根据权利要求3所述的一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法，其特征在于，保持压缩机供电电压幅值Um不变，供电电压相位角通过对供电角频率ω进行积分得到相位角θe，作为电压相位角，根据直线压缩机的供电电压幅值Um和供电电压相位角θe，通过SPWM算法产生4路PWM信号控制逆变器，经过逆变器输出单相交流电，驱动直线压缩机。
CN201711361512.0A 2017-12-18 2017-12-18 一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法 Active CN108054976B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711361512.0A CN108054976B (zh) 2017-12-18 2017-12-18 一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711361512.0A CN108054976B (zh) 2017-12-18 2017-12-18 一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108054976A CN108054976A (zh) 2018-05-18
CN108054976B true CN108054976B (zh) 2020-03-20

Family

ID=62133573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711361512.0A Active CN108054976B (zh) 2017-12-18 2017-12-18 一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108054976B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108880265B (zh) * 2018-07-06 2019-08-20 华南理工大学 一种llc谐振变换器谐振频率自动跟踪方法
CN109361337B (zh) * 2018-12-13 2024-01-12 上海艾为电子技术股份有限公司 线性谐振装置的驱动电压波形的频率校准方法及相关装置
CN109633264B (zh) * 2018-12-13 2021-07-06 深圳市英威腾电气股份有限公司 一种中频电源的寻频方法、装置及设备
CN109633484B (zh) * 2018-12-13 2021-06-29 深圳市英威腾电气股份有限公司 一种中频电源的锁相方法、装置及设备
CN112350599B (zh) * 2020-10-23 2021-09-21 四川英杰电气股份有限公司 一种超声波谐振频率的快速跟踪方法及装置
CN112946362B (zh) * 2021-03-31 2022-06-21 歌尔股份有限公司 振动电机的谐振频率检测方法、装置、终端设备及存储介质
CN113452302B (zh) * 2021-06-09 2022-07-05 华中科技大学 基于双相关算法的直线振荡电机谐振频率跟踪方法及系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2801645B1 (fr) * 1999-11-30 2005-09-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Dispositif d'entrainement d'un compresseur lineaire, support et ensemble d'informations
CN106357183B (zh) * 2016-09-22 2018-09-07 东南大学 一种直线振荡电机的谐振频率跟踪控制方法
CN106374808B (zh) * 2016-09-22 2018-08-28 东南大学 一种压缩机用直线振荡电机控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108054976A (zh) 2018-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108054976B (zh) 一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法
KR101995864B1 (ko) 인버터 제어장치 및 그 제어방법
CN106374808B (zh) 一种压缩机用直线振荡电机控制方法
CN101710713B (zh) 一种联网型双馈异步风力发电机定开关频率的直接功率控制方法
CN103326611B (zh) 一种三相电压源型pwm变流器的预测直接功率控制方法
CN107017811B (zh) 用于无电解电容电机驱动系统的永磁电机控制器及方法
JP3554269B2 (ja) リニアモータ駆動装置、媒体、および情報集合体
CN104320032B (zh) 一种交‑交变频空调控制方法及控制器
CN101931363B (zh) 带电压电流反馈的vvvf直流无刷电机控制方法
WO2008133878A1 (en) Zero crossing detection for an electric power generation system
CN101335499A (zh) 一种四相永磁容错电动机的控制方法
CN110165924B (zh) 一种单相pwm整流器的改进无差拍控制方法
CN105162381A (zh) 基于pr调节的无电解电容变频驱动控制系统及控制方法
CN106849808B (zh) 带lc滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制系统及方法
CN109347387A (zh) 基于模型预测的电机控制方法及控制装置
CN110518853B (zh) 一种永磁同步电机电流解耦控制方法及装置
CN102400899A (zh) 空调压缩机的控制装置、控制方法、变频空调
CN105515354A (zh) 用于控制压缩机的方法，装置和系统
CN104184374A (zh) 永磁同步电机控制系统中超前角调整方法
CN106961232A (zh) 采用小容量薄膜电容的高功率因数二极管整流器永磁电机控制方法
CN104315651A (zh) 一种单相变频空调控制方法及控制器
CN110995110B (zh) 一种单相永磁直线压缩机抗扰动控制系统及方法
CN110661462B (zh) 无差拍转矩控制装置、方法和系统
CN102545775B (zh) 一种基于单位冲程能量的抽油机变频控制方法
CN110212837B (zh) 基于复合非线性反馈积分滑模的同步电机控制方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230410

Address after: Room 455, 4th floor, business building, Shangkun Zixuan Plaza, 338 Zixuan Road, Sandun Town, Xihu District, Hangzhou, Zhejiang 310000

Patentee after: Hangzhou liangchuang Technology Consulting Co.,Ltd.

Address before: No.508 Xuefu street, Hangzhou Economic and Technological Development Zone, Zhejiang Province, 310018

Patentee before: ZHEJIANG University OF WATER RESOURCES AND ELECTRIC POWER