CN108551284A - 一种无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法 - Google Patents

一种无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法，该方法首先对压缩机的初始机械位置进行定位，系统第一次上电运行时辨识补偿角度和系统第二次正常运行时求取最佳补偿角度和通过提取速度纹波，同时对力矩纹波进行滤除以提取力矩基波幅值，最后根据压缩机的机械位置、力矩基波幅值以及最佳补偿角度进行力矩补偿。本发明的方法，能够根据实时跟踪负载力矩角度和负载力矩幅值进行力矩补偿，不出现补偿角度判断错误，大大降低了力矩补偿的调试时间，而且适用范围广，稳定性好。

Description

一种无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法
技术领域
本发明涉及压缩机控制技术领域，尤其涉及一种无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法。
背景技术
近年来，变频空调得到了普及，因为变频空调可以及时方便的改变压缩机的速度，所以可以控制室温波动小，室内舒适感更好，而且更加节能。目前市场主流的高性能变频空调采用直流变频技术，其驱动电机为永磁电机。永磁电机优点明显，体积小，效率高。由于成本低，2匹以下的空调压机主流都是单缸压缩机。单缸压缩机一个明显的缺点是负载不均匀，而且具有类似正弦变化的负载特性。而传统的基于PI控制的速度环带宽有限不能有效的抑制频率高于速度环带宽的负载波动。所以力矩补偿就非常有必要。
传统的力矩补偿需要调试力矩最佳补偿角度和幅值，需要大量的调试工作。基于无电解电容的控制中为了保证网侧电流的正弦，力矩电流需要含有100Hz分量，如中国文献(电气传动2015年第45卷第7期)《无电解电容逆变器永磁同步电机驱动系统控制研究》，所以需要传统的力矩补偿不适用无电解电容控制，而且补偿效果一般。在中国专利申请号201310738946.3《压缩机力矩自动补偿方法、装置和压缩机及其控制方法》中，公开了获取目标速度和反馈速度；根据所述目标速度和反馈速度生成波动速度；根据所述目标速度和波动速度利用锁相环PLL的方式生成力矩补偿角度；获取负载力矩参考值，并根据所述负载力矩参考值和力矩补偿系数参数生成第五参考值，以及根据所述第五参考值生成力矩补偿幅值；以及根据所述目标速度、所述力矩补偿角度和所述力矩补偿幅值生成前馈力矩补偿值，压缩机力矩自动补偿装置生成前馈力矩补偿值，从而能够实时跟踪负载力矩角度和负载力矩幅值，实现角度和幅值实时在线调整，大大降低了力矩补偿的调试时间，并且在全工况范围内实现最优补偿效果，尤其能够在低频运行时减小振动，保证运行稳定。但是该方法计算相对复杂，在应用设备上也有限制，适用范围小。而在中国专利申请号为：200910029260.0的《一种注入电流谐波补偿永磁电机定位力矩的控制方法》中，通过注入的谐波分流与基波永磁磁势相互作用产生附加的转矩分量，是的该附加转矩与定位力矩中的基波与高次谐波分量幅值相等，相位相反，可以相互抵消，从而达到补偿定位力矩的目的，但对于不稳定的波动，尤其对于力矩电流有100Hz的波动，难以做到实时补偿。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明提供一种无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法，能够根据实时跟踪负载力矩角度和负载力矩幅值进行力矩补偿，不出现补偿角度判断错误，大大降低了力矩补偿的调试时间，而且适用范围广，稳定性好。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为提供一种无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法，该方法首先对压缩机的初始机械位置进行定位，系统第一次上电运行时辨识补偿角度和系统第二次正常运行时求取最佳补偿角度和通过提取速度纹波，，同时对力矩纹波进行滤除以提取力矩基波幅值，最后根据压缩机的机械位置、力矩基波幅值以及最佳补偿角度进行力矩补偿。
作为本发明的进一步改进，对压缩机的初始机械位置进行定位，包括如下步骤：
步骤A1，利用高频信号注入算法，辨识出电机的初步初始位置
步骤A2，根据步骤A1得到的初始位置沿其轴向正反方向注入叠加了直流的高频交流电压信号，得到激励电压Udh和产生的响应电流Idh；
步骤A3，根据步骤A2得到的激励电压Udh和产生的响应电流Idh，利用DFT提取出轴向正反方向的高频电流幅值，并根据高频电流幅值的大小判断压缩机初始位置的极性，当出现180°相位差，进行补偿180°。作为本发明的进一步改进，在系统第一次上电运行时辨识补偿角度θcomp0，系统第二次正常运行时求取最佳补偿角度θcomp和提取速度纹波，对力矩纹波进行滤除提取力矩基波幅值Acomp，其包括如下步骤：
步骤B1，压缩机定位后初始位置相位差为零时记为θr，相位差180°时为θr+180°，然后第一次上电启动压缩机；
步骤B2，将力矩补偿角度由0°逐渐线性增加，每步增加1°，记录实时反馈的速度纹波；
步骤B3，根据步骤B2中的力矩补偿角度值和实时反馈的速度纹波判断速度纹波是否处于速度脉动阈值之内，对处于阈值之内的角度求取平均值，得到补偿角度θcomp0；
步骤B4，第二次上电时，根据步骤B3得到补偿角度θcomp0，将三种补偿角度θcomp0、θcomp0+120°、θcomp0+240°使能，其中速度纹波最小的为最佳补偿角，记为θcomp；
步骤B5，同时采用陷波器滤除100Hz的力矩电流，再经过高通滤波器HPF滤除力矩纹波，进行平方，经低通滤波后得出力矩基波幅值Acomp。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤B3中，对处于阈值之内的角度求取平均值θav，通过公式θcomp＝θav-θr求取计算得到补偿角度θcomp0。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤B5中提取基波幅值Acomp时，通过过高通滤波后可以得到力矩交流量，该交流量为脉动负载力矩导致的力矩脉动电流，记为Acompsin(θm)，提取幅值Acomp的公式为：
作为本发明的进一步改进，进行力矩补偿时，采用公式Acompsin(θwm+θcomp)实现补偿，其中，θwm为压缩机的机械位置，Acomp为提取幅值，θcomp为最佳补偿角。
本发明的有益效果是：
(1)相对传统方法，对最佳补偿角度辨识不需要反复的调试，大大节省工作量；
(2)本发明是基于小电解电容的力矩补偿，属于永磁同步电机传动控制领域。力矩补偿角度确定是将电机定位在一相，然后根据压缩机力矩补偿角相对定位相会有多(压缩机极对数)种可能，根据多种速度纹波，选取速度纹波最小的那个补偿角度为最佳补偿角。该方法不会出现补偿角度判断错误的现象。
(3)在本发明中力矩补偿的幅值是根据力矩电流的幅值确定，但是无电解电容控制中，力矩电流有100Hz的波动，所以幅值削弱100Hz波动准确的提取出负载力矩幅值，使得该方法稳定可高，调试工作量小，有效降低了成本，且适用范围广。
附图说明
图1是本发明提供的无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法的流程图；
图2是本发明提供的无电解电容空调压缩机低频区、速度纹波及力矩电流波形图；
图3是本发明提供的100Hz力矩电流削弱示意图；
图4是本发明提供的力矩基波幅值提取示意图；
图5是本发明提供的力矩补偿角度选择以及力矩补偿效果波形图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明提供一种无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法，该方法如图1所示为：
首先对压缩机的初始机械位置进行定位，系统第一次上电运行时辨识补偿角度(即系统第一次上电运行进行补偿角度θcomp0判断)和系统第二次正常运行时求取最佳补偿角度和通过提取速度纹波，同时对力矩纹波进行滤除以提取力矩基波幅值，最后根据压缩机的机械位置、力矩基波幅值以及最佳补偿角度进行力矩补偿。
优选的，在该方法中对压缩机的初始机械位置进行定位，包括如下步骤：
步骤A1，利用高频信号注入算法，辨识出电机的初步初始位置注意由于高频信号注入算法初步辨识出的位置可能会有180°的角度差；
步骤A2，为了防止辨识180°角度差，根据步骤A1得到的初始位置沿其轴向(例如轴)正反方向注入叠加了直流的高频交流电压信号，得到激励电压Udh和产生的响应电流Idh；
步骤A3，根据步骤A2得到的激励电压Udh和产生的响应电流Idh，利用DFT提取出轴向正反方向的高频电流幅值，并根据高频电流幅值的大小判断压缩机初始位置的极性，当出现180°相位差，进行补偿180°。
优选的，在系统第一次上电运行时辨识补偿角度θcomp0，系统第二次正常运行时求取最佳补偿角度θcomp和提取速度纹波，对力矩纹波进行滤除提取力矩基波幅值Acomp，其包括如下步骤：
步骤B1，压缩机定位后初始位置相位差为零时记为θr，相位差180°时为θr+180°，然后第一次上电启动压缩机；
步骤B2，将力矩补偿角度由0°逐渐线性增加，每步增加1°，步数增加范围为0～360°记录实时反馈的速度纹波；
步骤B3，根据步骤B2中的力矩补偿角度值和实时反馈的速度纹波判断速度纹波是否处于速度脉动阈值之内，对处于阈值之内的角度求取平均值θav，计算得到补偿角度θcomp0，其中，θcomp＝θav-θr；
步骤B4，第二次上电时，根据步骤B3得到补偿角度θcomp0，将三种补偿角度θcomp0、θcomp0+120°、θcomp0+240°使能，其中速度纹波最小的为最佳补偿角，记为θcomp；
步骤B5，同时采用陷波器滤除100Hz的力矩电流(即对idiq采样后进行100Hz脉动滤除)，再经过高通滤波器HPF滤除力矩纹波，进行平方，经低通滤波后得出力矩基波幅值Acomp。
优选的，在该方法中提取基波幅值Acomp时，通过过高通滤波后可以得到力矩交流量，该交流量为脉动负载力矩导致的力矩脉动电流，记为Acompsin(θm)，采用如下公式提取幅值Acomp：
优选的，在该方法中进行力矩补偿时，采用公式Acompsin(θwm+θcomp)实现补偿，其中，θwm为压缩机的机械位置，Acomp为提取幅值，θcomp为最佳补偿角。
本发明的方法实施效果说明：
如图2所示，为压缩机的无电解电容空调压缩机低频区、速度纹波及力矩电流波形图，从图1可以看出未进行力矩补偿时压缩机速度有明显波动，而且力矩电流中含有100Hz成分；而应用本发明的方法处理后，即如图3所示的本发明提供的100Hz力矩电流削弱示意图，从图3中可以看出力矩电流中的100Hz成分得到明显的削弱，基波成分非常明显，有利于提取；
进一步的，图4本发明提供的力矩基波幅值提取示意图，从图中2和图3的通道看出可以从通道5中的含有100Hz脉动的力矩电流中提取出稳定的基波力矩幅值；
图4是本发明提供的力矩补偿角度选择以及力矩补偿效果波形图，图5中，先后有三种力矩补偿角作用，每种力矩补偿角作用时相应的速度纹波明显大小不同，第二个角度速度纹波最小，才用本发明的方法对第二个补偿角度后，从图5中可以看出速度纹波明显减小，力矩补偿效果明显。
综上所述本发明具有如下有点：
(1)相对传统方法，对最佳补偿角度辨识不需要反复的调试，大大节省工作量；
(2)本发明是基于小电解电容的力矩补偿，属于永磁同步电机传动控制领域。力矩补偿角度确定是将电机定位在一相，然后根据压缩机力矩补偿角相对定位相会有多(压缩机极对数)种可能，根据多种速度纹波，选取速度纹波最小的那个补偿角度为最佳补偿角。该方法不会出现补偿角度判断错误的现象。
(3)在本发明中力矩补偿的幅值是根据力矩电流的幅值确定，但是无电解电容控制中，力矩电流有100Hz的波动，所以幅值削弱100Hz波动准确的提取出负载力矩幅值，使得该方法稳定可高，调试工作量小，有效降低了成本，且适用范围广。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法，其特征在于：该方法首先对压缩机的初始机械位置进行定位，系统第一次上电运行时辨识补偿角度和系统第二次正常运行时求取最佳补偿角度和通过提取速度纹波，，同时对力矩纹波进行滤除以提取力矩基波幅值，最后根据压缩机的机械位置、力矩基波幅值以及最佳补偿角度进行力矩补偿。
2.根据权利要求1所述的无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法，其特征在于：对压缩机的初始机械位置进行定位，包括如下步骤：
步骤A1，利用高频信号注入算法，辨识出电机的初步初始位置
步骤A2，根据步骤A1得到的初始位置沿其轴向正反方向注入叠加了直流的高频交流电压信号，得到激励电压Udh和产生的响应电流Idh；
步骤A3，根据步骤A2得到的激励电压Udh和产生的响应电流Idh，利用DFT提取出轴向正反方向的高频电流幅值，并根据高频电流幅值的大小判断压缩机初始位置的极性，当出现180°相位差，进行补偿180°。
3.根据权利要求1所述的无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法，其特征在于：在系统第一次上电运行时辨识补偿角度θcomp0，系统第二次正常运行时求取最佳补偿角度θcomp和提取速度纹波，对力矩纹波进行滤除提取力矩基波幅值Acomp，其包括如下步骤：
步骤B1，压缩机定位后初始位置相位差为零时记为θr，相位差180°时为θr+180°，然后第一次上电启动压缩机；
步骤B2，将力矩补偿角度由0°逐渐线性增加，每步增加1°，记录实时反馈的速度纹波；
步骤B3，根据步骤B2中的力矩补偿角度值和实时反馈的速度纹波判断速度纹波是否处于速度脉动阈值之内，对处于阈值之内的角度求取平均值，得到补偿角度θcomp0；
步骤B4，第二次上电时，根据步骤B3得到补偿角度θcomp0，将三种补偿角度θcomp0、θcomp0+120°、θcomp0+240°使能，其中速度纹波最小的为最佳补偿角，记为θcomp；
步骤B5，同时采用陷波器滤除100Hz的力矩电流，再经过高通滤波器HPF滤除力矩纹波，进行平方，经低通滤波后得出力矩基波幅值Acomp。
4.根据权利要求3所述的无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法，其特征在于：在所述步骤B3中，对处于阈值之内的角度求取平均值θav，通过公式θcomp＝θav-θr求取计算得到补偿角度θcomp0。
5.根据权利要求3所述的无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法，其特征在于：在所述步骤B5中提取基波幅值Acomp时，通过过高通滤波后可以得到力矩交流量，该交流量为脉动负载力矩导致的力矩脉动电流，记为Acompsin(θm)，提取幅值Acomp的公式为：
6.根据权利要求1所述的无电解电容控制的压缩机力矩补偿的方法，其特征在于：进行力矩补偿时，采用公式Acompsin(θwm+θcomp)实现补偿，其中，θwm为压缩机的机械位置，Acomp为提取幅值，θcomp为最佳补偿角。
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