CN109245653A - 一种电机启动方法、装置、电机控制器和冰箱压缩机 - Google Patents

一种电机启动方法、装置、电机控制器和冰箱压缩机 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种电机启动方法、装置、电机控制器和冰箱压缩机，一种电机启动方法，包括：在对所述电机的定位完成后，采用电流闭环、速度开环的方式对所述电机进行控制；在所述电机的转速达到预定转速时，采用电流闭环、速度闭环的方式对所述电机进行控制，其中，所述预定转速在所述电机的平衡转速范围内。通过上述方式，本发明实施例能够提高冰箱压缩机的启动成功率。

Description

一种电机启动方法、装置、电机控制器和冰箱压缩机
技术领域
本发明实施例涉及电机技术领域，特别是涉及一种电机启动方法、装置、电机控制器和冰箱压缩机。
背景技术
冰箱压缩机大多采用三相永磁同步电机作为内置电机，压缩机的启动即为其内置电机的启动。目前，控制电机运行在中高速段的无位置传感器算法较为成熟和可靠，而低速时则较难提取准确的转子位置信息，因此，在压缩机启动时的低速段往往采用开环启动的方式，即低速段不检测转子位置，而将压缩机从零速开环拖动到一定转速后再切入闭环控制，在闭环控制中采用无位置传感器算法获取转子位置来控制压缩机，此时启动才算完成。
然而，在实现本发明目的的过程中，发明人发现，在压缩机切入闭环控制后，压缩机系统容易不稳定，易导致压缩机启动失败。为了让压缩机系统运行，会再一次启动压缩机，如此往复，以确保压缩机启动成功。当压缩机频繁启动时，容易受到损伤，长久运行必将缩短压缩机的使用寿命。
发明内容
本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种电机启动方法、装置、电机控制器和冰箱压缩机，通过在平衡转速下切入闭环，能够提高冰箱压缩机的启动成功率。
为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一个技术方案是：提供一种电机启动方法，包括：
在对所述电机的定位完成后，采用电流闭环、速度开环的方式对所述电机进行控制；
在所述电机的转速达到预定转速时，采用电流闭环、速度闭环的方式对所述电机进行控制，其中，所述预定转速在所述电机的平衡转速范围内。
在一实施例中，所述采用电流闭环、速度开环的方式对所述电机进行控制，包括：
根据预设电流Idref、Iqref，分别对d轴电流和q轴电流进行闭环控制，获得d轴电压Udref和q轴电压Uqref，根据所述d轴电压Udref、q轴电压Uqref和预设转子位置θref对所述电机进行控制。
可选地，所述预设电流Iqref为常数，且所述预设电流Iqref与所述预定转速正相关。
在一实施例中，所述采用电流闭环、速度开环的方式对所述电机进行控制，包括：
根据预设电流Idref，对d轴电流进行闭环控制，获得d轴电压Udref，根据预设电压Uqref、所述d轴电压Udref和预设转子位置θref对所述电机进行控制。
可选地，所述预设电压Uqref为常数，且所述预设电压Uqref与所述预定转速正相关。
在上述实施例中，所述预设电流Idref＝0；
所述预设转子位置θref＝K*t，其中，K为预设斜率值，t为对所述电机定位完成后的当前时刻。
本发明实施例还提供一种电机启动装置，包括：
第一控制模块，用于在对所述电机的定位完成后，采用电流闭环、速度开环的方式对所述电机进行控制；
第二控制模块，用于在所述电机的转速达到预定转速时，采用电流闭环、速度闭环的方式对所述电机进行控制，其中，所述预定转速在所述电机的平衡转速范围内。
本发明实施例还提供一种电机控制器，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的方法。
本发明实施例还提供一种非易失性计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被电机控制器执行时，使所述电机控制器执行如上所述的方法。
本发明实施例还提供一种冰箱压缩机，包括电机以及如上所述的电机控制器。
本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例通过在开环加速过程中，将电机拖动到平衡转速，在平衡转速下切入闭环，保证了压缩机闭环运行的稳定性，能够提高冰箱压缩机的启动成功率，避免因启动不成功而频繁启动造成的损伤，提高了冰箱压缩机的使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电机启动方法和装置的应用场景示意图；
图2是本发明实施例提供的电机控制器的功能框图；
图3是本发明实施例提供的电机启动方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的电机启动装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的电机控制器的硬件结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供的电机启动方法和装置适用于图1所示的应用场景，所述应用场景包括电机10、逆变器20和电机控制器30，电机控制器30通过电流传感器(图中未示出)接收来自电机10的两相或三相电流信号，通过逆变器20输出控制信号到电机10以控制电机10的运行。其中，电机10可以是永磁同步电机或异步交流电机等合适类型的电机，电机控制器30可以是基于任何类型的电机控制策略的控制器。
图2为本发明实施例提供的电机控制器的功能框图，以永磁同步电机为例，如图2所示，该电机控制器30使用FOC正弦波的电机控制策略，对于永磁同步电机采用无功电流变换控制。
该电机控制器30通过逆变器20，将直流供电电压Udc转换为相应的三相电压Ua、Ub、Uc，控制永磁同步电机的输出转矩。其中，逆变器20输出的a相电流ia和b相电流ib被采集，然后经过Clark变换器和Park变换器，输出q轴实际电流Iq和d轴实际电流Id。
在电机启动阶段，采用电流闭环、速度开环的控制策略(开关1对应的控制策略，开关1或开关2动作时接入同一控制回路)，d轴给定电流Idref和d轴实际电流Id反馈叠加后，转换为相应的d轴电压Udref；q轴给定电流Iqref和q轴实际电流Iq反馈叠加后，转换为相应的q轴电压Uqref，d轴电压Udref和q轴电压Uqre一同输入到Park逆变换器，经过Park逆变换后，输入到空间矢量调制器。空间矢量调制器输出PWM信号来控制逆变器20，以使逆变器20输出对应的三相电压Ua、Ub、Uc驱动永磁同步电机。
电机控制器30还集成有无感控制算法，可根据d轴实际电流Id、q轴实际电流Iq、d轴电压Udref和q轴电压Uqref计算得到转子角度θ*和电机转速ω*，电机转速ω*还重新输入至无感控制算法，作为反馈。
在电机运行阶段，采用双闭环控制策略(开关2对应的控制策略)，将转子角度θ*输入到Park变换器和Park逆变换器，作为电机的电流坐标变换的角度和控制矢量信号的方向。将转速给定值ωref与反馈转速ω*反馈叠加后，转换为相应的q轴电流Iq*，再将q轴电流Iq*与q轴实际电流反馈叠加，转换为相应的q轴电压Uqref，其他部分工作原理同上。
目前，冰箱压缩机大多采用三相永磁同步电机，压缩机的启动是从静态到设定转速运行的过程，对于电机驱动来说是从定位、开环到闭环运行的过程。冰箱压缩机制冷系统是一个动态系统，当转速到达一定值时，此时动态系统处于一个相对平衡稳定的状态，否则，此动态系统处于不平衡状态，对于冰箱压缩机，1000-2000rpm为其平衡转速范围。
压缩机制冷系统运转起来后，需要稳定在闭环系统，如果从启动过程到切入闭环过程，速度未达到平衡转速，则切入闭环后需要依靠系统内部的动态调整使转速提高到平衡转速。但在未到达平衡转速前，压缩机内部还不稳定，启动的成功率不会非常高。
目前，电机驱动开环切换闭环速度为额定转速的5％-10％，例如，冰箱压缩机的额定转速为4500rpm，那么开环切闭环速度为225-450rpm，但225-450rpm还未到达压缩机系统平衡状态，压缩机系统在切入闭环后不稳定，易导致压缩机启动失败。
在本发明实施例中，使用如图3所示的电机启动方法，在开环加速过程中，将电机拖动到平衡转速，在平衡转速下切入闭环，以提高冰箱压缩机的启动成功率。
如图3所示，所述电机启动方法可以包括如下步骤：
步骤110：在对所述电机的定位完成后，采用电流闭环、速度开环的方式对所述电机进行控制。
通常采用向电机绕组强行注入直流电流的方式，迫使电机轴停止在某一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。
在一实施例中，采用电流闭环、速度开环的方式对所述电机进行控制，包括：根据预设电流Idref、Iqref，分别对d轴电流和q轴电流进行闭环控制，获得d轴电压Udref和q轴电压Uqref，根据所述d轴电压Udref、q轴电压Uqref和预设转子位置θref对所述电机进行控制。
以图2为例说明，根据预设电流Idref对d轴电流进行闭环控制，即为，将预设电流Idref与d轴实际电流Id反馈叠加，经PI转换器转换为相应的d轴电压Udref；根据预设电流Iqref对q轴电流进行闭环控制，即为，将预设电流Iqref与q轴实际电流Iq反馈叠加，经PI转换器转换为相应的q轴电压Uqref。
本实施例中，预设电流Iqref为常数，且所述预设电流Iqref与所述预定转速正相关，需要说明的是，预定转速为所述电机的平衡转速。Iqref又称转矩电流，因此，当预定转速越大时，设定的转矩电流Iqref也越大。
预设电流Idref＝0，预设转子位置θref＝K*t，其中，K为预设斜率值，t为对所述电机定位完成后的当前时刻。K值由预定转速和设定的开环加速时间决定，与预定转速成正比，而与设定的开环加速时间成反比。具体实施例时，设定的开环加速时间通常在100ms～1000ms范围内。
根据空间矢量控制理论，转子位置θref会经Park逆变换和Clark逆变换耦合到电机的三相电压Ua、Ub、Uc中，驱动电机转动。在开环加速阶段，设置转子位置θref随时间的延长由小变大，在开环控制切换至闭环控制时，有利于将开环运行时指定的转子位置逐渐过渡到真正转子位置。
在另一实施例中，采用电流闭环、速度开环的方式对所述电机进行控制，包括：根据预设电流Idref，对d轴电流进行闭环控制，获得d轴电压Udref，根据预设电压Uqref、所述d轴电压Udref和预设转子位置对所述电机进行控制。
继续以图2为例说明，根据预设电流Idref对d轴电流进行闭环控制，即为，将预设电流Idref与d轴实际电流Id反馈叠加，经PI转换器转换为相应的d轴电压Udref；q轴电压Uqref即为预设电压Uqref，由系统内部直接给定。
本实施例中，预设电压Uqref为常数，且所述预设电压Uqref与所述预定转速正相关。Uqref又称有功电压，有功电压的变化可以改变电机的转矩，从而改变电机的运转速度，当预定转速越大时，设定的有功电压Uqref也越大。
同样地，预设电流Idref＝0，预设转子位置θref＝K*t，其中，K为预设斜率值，t为对所述电机定位完成后的当前时刻。K值由预定转速和设定的开环加速时间决定，与预定转速成正比，而与设定的开环加速时间成反比。
步骤120：在所述电机的转速达到预定转速时，采用电流闭环、速度闭环的方式对所述电机进行控制，其中，所述预定转速在所述电机的平衡转速范围内。
该平衡转速范围为实际产品平衡转速允许误差范围内的转速，例如，可以略小于平衡转速，在该转速范围内切换电机的控制方式，均可以使得电机稳定运行。
作为优选地方案，平衡转速范围为1000rpm-2000rpm。
本实施例通过在开环加速过程中，将电机拖动到平衡转速，在平衡转速下切入闭环，保证了压缩机闭环运行的稳定性，能够提高冰箱压缩机的启动成功率，避免因启动不成功而频繁启动造成的损伤，提高了冰箱压缩机的使用寿命。
相应的，本发明实施例还提供了一种电机启动装置，图4是本发明实施例提供的电机启动装置的结构示意图，请参阅图4，该电机启动装置200包括：
第一控制模块210，用于在对所述电机的定位完成后，采用电流闭环、速度开环的方式对所述电机进行控制；
第二控制模块220，用于在所述电机的转速达到预定转速时，采用电流闭环、速度闭环的方式对所述电机进行控制，其中，所述预定转速在所述电机的平衡转速范围内。
在一实施例中，第一控制模块210具体用于：根据预设电流Idref、Iqref，分别对d轴电流和q轴电流进行闭环控制，获得d轴电压Udref和q轴电压Uqref，根据所述d轴电压Udref、q轴电压Uqref和预设转子位置θref对所述电机进行控制。
其中，所述预设电流Iqref为常数，且所述预设电流Iqref与所述预定转速正相关。
其中，所述预设电流Idref＝0，所述预设转子位置θref＝K*t，其中，K为预设斜率值，t为对所述电机定位完成后的当前时刻。K值由预定转速和设定的开环加速时间决定，与预定转速成正比，而与设定的开环加速时间成反比。
在另一实施例中，第一控制模块210具体用于：根据预设电流Idref，对d轴电流进行闭环控制，获得d轴电压Udref，根据预设电压Uqref、所述d轴电压Udref和预设转子位置θref对所述电机进行控制。
其中，所述预设电压Uqref为常数，且所述预设电压Uqref与所述预定转速正相关。
同样地，所述预设电流Idref＝0，所述预设转子位置θref＝K*t，其中，K为预设斜率值，t为对所述电机定位完成后的当前时刻。K值由预定转速和设定的开环加速时间决定，与预定转速成正比，而与设定的开环加速时间成反比。
本实施例通过第一控制模块210在开环加速过程中，将电机拖动到平衡转速，第二控制模块220在平衡转速下切入闭环，保证了冰箱压缩机闭环运行的稳定性，能够提高压缩机的启动成功率，避免因启动不成功而频繁启动造成的损伤，提高了冰箱压缩机的使用寿命。
需要说明的是，由于所述电机启动装置200与上述方法实施例中的电机启动方法基于相同的发明构思，因此，上述方法实施例的相应内容同样适用于本装置实施例，此处不再详述。
为了更好的实现上述目的，本发明实施例还提供一种电机控制器。图5是本发明实施例提供的电机控制器的硬件结构示意图，该电机控制器存储有可执行指令，该可执行指令可执行上述任意方法实施例中的电机启动方法。
具体地，请参阅图5，该电机控制器300包括：
一个或多个处理器301以及存储器302，图5中以一个处理器301为例。
处理器301和存储器302可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
存储器302作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的电机启动方法对应的程序指令/模块(例如，图4所示的各个模块)。处理器301通过运行存储在存储器302中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行电机启动装置的各种功能应用以及数据处理，即实现上述任一方法实施例的电机启动方法。
存储器302可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据电机控制器300的使用所创建的数据等。此外，存储器302可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器302中，当被所述一个或者多个处理器301执行时，执行上述任意方法实施例中的电机启动方法，例如，执行以上描述的图3的方法步骤，实现图4中的各个模块的功能。
本实施例的电机控制器通过在开环加速过程中，将电机拖动到平衡转速，在平衡转速下切入闭环，保证了冰箱压缩机闭环运行的稳定性，能够提高压缩机的启动成功率，避免因启动不成功而频繁启动造成的损伤，提高了冰箱压缩机的使用寿命。
本发明实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有可执行指令，该可执行指令被一个或多个处理器执行，例如：被图5中的一个处理器301执行，可使得上述一个或多个处理器执行上述任意方法实施例中的智电机启动方法，例如，执行以上描述的图3的方法步骤，实现图4中的各个模块的功能。
本发明实施例还提供了一种冰箱压缩机，包括电机以及如上所述的电机控制器。
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非暂态计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)等。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电机启动方法，其特征在于，包括：
在对所述电机的定位完成后，采用电流闭环、速度开环的方式对所述电机进行控制；
在所述电机的转速达到预定转速时，采用电流闭环、速度闭环的方式对所述电机进行控制，其中，所述预定转速在所述电机的平衡转速范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用电流闭环、速度开环的方式对所述电机进行控制，包括：
根据预设电流Idref、Iqref，分别对d轴电流和q轴电流进行闭环控制，获得d轴电压Udref和q轴电压Uqref，根据所述d轴电压Udref、q轴电压Uqref和预设转子位置θref对所述电机进行控制。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述预设电流Iqref为常数，且所述预设电流Iqref与所述预定转速正相关。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用电流闭环、速度开环的方式对所述电机进行控制，包括：
根据预设电流Idref，对d轴电流进行闭环控制，获得d轴电压Udref，根据预设电压Uqref、所述d轴电压Udref和预设转子位置θref对所述电机进行控制。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述预设电压Uqref为常数，且所述预设电压Uqref与所述预定转速正相关。
6.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，
所述预设电流Idref＝0；
所述预设转子位置θref＝K*t，其中，K为预设斜率值，t为对所述电机定位完成后的当前时刻。
7.一种电机启动装置，其特征在于，包括：
第一控制模块，用于在对所述电机的定位完成后，采用电流闭环、速度开环的方式对所述电机进行控制；
第二控制模块，用于在所述电机的转速达到预定转速时，采用电流闭环、速度闭环的方式对所述电机进行控制，其中，所述预定转速在所述电机的平衡转速范围内。
8.一种电机控制器，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-6任一项所述的方法。
9.一种非易失性计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被电机控制器执行时，使所述电机控制器执行如权利要求1-6的任一项所述的方法。
10.一种冰箱压缩机，其特征在于，包括电机以及如权利要求8所述的电机控制器。
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