CN110296065A - 一种抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，包括以下步骤：步骤A:根据压缩机的实时速度提取速度的相位；步骤B:根据压缩机的速度相位辨识补偿负载力矩的相位；步骤C:根据压缩机的频率修正补偿负载力矩的相位；步骤D:根据补偿负载力矩的相位和负载电流合成力矩补偿的第一补偿值；步骤E:根据母线电压的波动确定力矩补偿的第二补偿值。本发明的有益效果是：可以对负载力矩进行补偿的同时抑制母线电压纹波。

Description

一种抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法
技术领域
本发明涉及压缩机，尤其涉及一种抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法。
背景技术
近年来，随着电机设计的水平的提高以及我国的大量稀土资源，永磁同步电机得到了广泛的推广。带来的是成本下降以及突出的节能性从而得到使得变频空调得到普及，因为变频空调对压缩机的速度速度控制更为精确，所以可以控制室温波动小，体感更舒适。永磁电机是变频空调中的主要采用的电机。单转子压缩机由于成本优势，在1p，1.5p的功率等级得到广泛应用。但是单转子压缩机特点是负载不均匀周期性波动，而且波动的周期与机械周期一致。使得电机振动从而引起而整个系统的振动。负载力矩补偿是必不可少的。力矩补偿使得电机输出转矩正弦波动。这种波动会导致输出功率的波动，输入与输出的功率解耦体现在电容上，所以最终会导致母线电压的波动。母线电压纹波会使得电容发热从而降低电容寿命和系统的可靠性。
因此，如何对负载力矩进行补偿的同时抑制母线电压纹波，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述力矩补偿时母线电压纹波大的问题。本发明的第一个目的提出了一种压缩机力矩补偿方法，该方法可以实现力矩补偿角度的自动辨识以及补偿角度的修正，该方法简单高效而且稳定可靠。本发明的第二个目的是提供一种可以抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，该方法可以在大大降低母线电压纹波。
本发明提供了一种抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，包括以下步骤：
步骤A:根据压缩机的实时速度提取速度的相位；
步骤B:根据压缩机的速度相位辨识补偿负载力矩的相位；
步骤C:根据压缩机的频率修正补偿负载力矩的相位；
步骤D:根据补偿负载力矩的相位和负载电流合成力矩补偿的第一补偿值；
步骤E:根据母线电压的波动确定力矩补偿的第二补偿值。
作为本发明的进一步改进，在步骤A中，速度相位的获取是根据速度过零点以及此时加速度的相位辨识速度的相位。
作为本发明的进一步改进，加速度的相位判别为确定速度过零时加速度为正，也即速度处于速度增区间时速度过零，满足速度处于增区间与速度过零两个条件即判定此时的速度处于零相位。
作为本发明的进一步改进，在步骤B中，负载力矩补偿的相位与速度相位呈90°相位差。
作为本发明的进一步改进，补偿力矩相位超前于速度相位90°，同时连续辨识至少三次取平均值作为最终补偿角度。
作为本发明的进一步改进，在步骤C中，电机运行不同的频率修正力矩补偿辨识角度，在步骤B中辨识的负载力矩补偿角度基础上叠加上修正值使得速度纹波最小，从而得到一组与频率相关的修正角度，采用线性拟合的方式得到力矩补偿修正角度曲线。
作为本发明的进一步改进，在步骤E中，力矩补偿的第二修正值是通过对母线电压100Hz脉动的抑制得到，根据母线电压的参考值与反馈值的差得到母线电压的脉动△udc，将母线电压的脉动△udc作为输入通过比例谐振PR控制器得到输出值Tcomp2，将该输出值作为力矩补偿的第二补偿值叠加到第一补偿值。
本发明还提供了一种抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，包括以下步骤：
步骤1：利用滑模观测器SMO观测出电机的转速ωr，将指令转速与反馈转速相减得出速度的波动量△ωr，波动的速度经过高通滤波器得到速度的交流分量ωrac；
步骤2：对步骤1得到的速度交流分量取平方，低通滤波得到直流分量，开平方最终得到速度纹波幅值ωrabs，对速度交流分量进行单位化ωr'＝△ωr/ωrabs；
步骤3：根据步骤2得到速度单位化后的速度交流分量，判断过零时ωr'＝0的相位，对速度微分得到加速度Tr＝△ωr/△t，满足加速度为正且此时速度过零两个条件即判定此时速度纹波的相位角为零，当加速度为负值且速度为零，判定此时速度相位为180°；
步骤4：根据步骤3中辨识出的速度纹波相位计算负载力矩补偿相位θcomp1，每隔设定时间辨识一次速度相位以及计算一次负载力矩补偿相位，连续辨识至少三次，如果角度值都相近则辨识成功，否则舍去第一次辨识结果；
步骤5：在不同频率下，将力矩补偿角度θcomp1上叠加不同角度补偿值θcompf，其确定的原则是使得速度纹波幅值ωrabs最小，将不同频率下的θcompf线性拟合，得到补偿角修正曲线；
步骤6：根据步骤5中的补偿角度值构成正弦波形其中为机械角度p为电机的极对数，通过实时反馈的电流幅值大小确定补偿幅值Acomp＝kgain·iq，其中kgain是一个常数系数，通过公式作为第一补偿值；
步骤7：将母线电压指令值减去实际的母线电压值得到母线电压100Hz的交流脉动分量；
步骤8：通过比例谐振PR控制器对母线电压交流量进行抑制，其中，比例谐振PR控制器的中心频率设为100Hz，比例谐振PR控制器输出转矩补偿量为Tcomp2；
步骤9：最后输出转矩补偿值为两种补偿值之和Tcomp＝Tcomp1+Tcomp2。
作为本发明的进一步改进，在步骤4中，每隔0.25s辨识一次速度相位以及计算一次负载力矩补偿相位，连续辨识三次，三次角度值都相近则辨识成功，否则舍去第一次辨识结果。
本发明的有益效果是：通过上述方案，可以对负载力矩进行补偿的同时抑制母线电压纹波。
附图说明
图1是本发明一种抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法的永磁同步电机调速控制系统硬件结构图。
图2是两种补偿值的补偿原理图以及母线电压纹波示意图。
图3是不同的补偿系数对应的电流指令值波形图。
图4是不使能母线电压抑制力矩补偿时的母线电压、力矩电流指令、相电流波形图。
图5是使能母线电压抑制力矩补偿时的母线电压、力矩电流指令、相电流波形图。
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作进一步说明。
如图1至图5所示，一种抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，包括以下具体过程：
步骤1：利用滑模观测器SMO观测出电机的转速ωr，将指令转速与反馈转速相减得出速度的波动量△ωr。波动的速度经过高通滤波器得到速度的交流分量ωrac。
步骤2：对步骤1得到的速度交流分量取平方，低通滤波得到直流分量，开平方最终得到速度纹波幅值ωrabs。对速度交流分量进行单位化ωr'＝△ωr/ωrabs。
步骤3：根据步骤2得到速度单位化后的速度交流分量，判断过零时ωr'＝0的相位。对速度微分得到加速度Tr＝△ωr/△t。满足加速度为正且此时速度过零两个条件即可判定此时速度纹波的相位角为零。当加速度为负值且速度为零，可判定此时速度相位为180°。
步骤4：根据步骤3中辨识出的速度纹波相位计算负载力矩补偿相位θcomp1。每隔0.25s辨识一次速度相位以及计算一次负载力矩补偿相位，连续辨识三次。三次角度值都相近即可认为辨识成功。否则舍去第一次辨识结果。
步骤5：在不同频率下，将力矩补偿角度θcomp1上叠加不同角度补偿值θcompf，其确定的原则是使得速度纹波幅值ωrabs最小。将不同频率下的θcompf线性拟合，得到补偿角修正曲线。
步骤6：根据步骤5中的补偿角度值构成正弦波形其中为机械角度p为电机的极对数。通过实时反馈的电流幅值大小确定补偿幅值Acomp＝kgain·iq。其中kgain是一个常数系数。通过公式作为第一补偿值。
步骤7：将母线电压指令值减去实际的母线电压值得到母线电压100Hz的交流脉动分量。
步骤8：通过比例谐振PR控制器对母线电压交流量进行抑制，其中比例谐振PR控制器的中心频率设为100Hz。比例谐振PR控制器输出转矩补偿量为Tcomp2。
步骤9：最后输出转矩补偿值为两种补偿值之和Tcomp＝Tcomp1+Tcomp2。
本发明提供的一种抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，涉及一种压缩机力矩补偿技术，涉及压缩机的低频力矩振动抑制，更具体为兼顾母线电压抑制的压缩机低频力矩振动抑制，是抑制压缩机速度波动的同时抑制直流母线电压波动的力矩补偿，属于永磁同步电机传动控制领域。该方法与现有的力矩补偿方法不同。通过锁相环得出速度纹波的相位，再根据电机的运动学方程可以得出速度纹波相位与引起速度波动的负载力矩相位关系，因此可以求解出对应的补偿相位。该补偿相位需要修正。修正值是压缩机频率的线性函数。因为不同的压缩机补偿角会随着频率线性变化，所以该函数是通过离线确定。关于补偿幅值的确定是根据负载电流大小和网侧电压纹波共同确定。通过锁相环得出母线电压的纹波相位，根据母线电压的波动相位和波动幅值大小实时调整力矩补偿幅值。该方法解决了压缩机运行在力矩补偿状态时直流母线电压纹波过大问题。尤其对于小电解电容的压缩机驱动母线电压的纹波抑制具有明显效果。
本发明提供的一种抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，相比传统方法，具有如下改进：
1、相对传统方法，最佳补偿角度辨识简单可靠，而且相比传统方法因为有角度修正使得补偿角度更加精确。
2、该力矩补偿方法可以降低母线电压100Hz波动，提高母线电压纹波水平。
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 (9)

1.一种抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A:根据压缩机的实时速度提取速度的相位；
步骤B:根据压缩机的速度相位辨识补偿负载力矩的相位；
步骤C:根据压缩机的频率修正补偿负载力矩的相位；
步骤D:根据补偿负载力矩的相位和负载电流合成力矩补偿的第一补偿值；
步骤E:根据母线电压的波动确定力矩补偿的第二补偿值。
2.根据权利要求1所述的抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，其特征在于：在步骤A中，速度相位的获取是根据速度过零点以及此时加速度的相位辨识速度的相位。
3.根据权利要求2所述的抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，其特征在于：加速度的相位判别为确定速度过零时加速度为正，也即速度处于速度增区间时速度过零，满足速度处于增区间与速度过零两个条件即判定此时的速度处于零相位。
4.根据权利要求1所述的抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，其特征在于：在步骤B中，负载力矩补偿的相位与速度相位呈90°相位差。
5.根据权利要求4所述的抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，其特征在于：补偿力矩相位超前于速度相位90°，同时连续辨识至少三次取平均值作为最终补偿角度。
6.根据权利要求1所述的抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，其特征在于：在步骤C中，电机运行不同的频率修正力矩补偿辨识角度，在步骤B中辨识的负载力矩补偿角度基础上叠加上修正值使得速度纹波最小，从而得到一组与频率相关的修正角度，采用线性拟合的方式得到力矩补偿修正角度曲线。
7.根据权利要求1所述的抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，其特征在于：在步骤E中，力矩补偿的第二修正值是通过对母线电压100Hz脉动的抑制得到，根据母线电压的参考值与反馈值的差得到母线电压的脉动△udc，将母线电压的脉动△udc作为输入通过比例谐振PR控制器得到输出值Tcomp2，将该输出值作为力矩补偿的第二补偿值叠加到第一补偿值。
8.一种抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：利用滑模观测器SMO观测出电机的转速ωr，将指令转速与反馈转速相减得出速度的波动量△ωr，波动的速度经过高通滤波器得到速度的交流分量ωrac；
步骤2：对步骤1得到的速度交流分量取平方，低通滤波得到直流分量，开平方最终得到速度纹波幅值ωrabs，对速度交流分量进行单位化ωr'＝△ωr/ωrabs；
步骤3：根据步骤2得到速度单位化后的速度交流分量，判断过零时ωr'＝0的相位，对速度微分得到加速度Tr＝△ωr/△t，满足加速度为正且此时速度过零两个条件即判定此时速度纹波的相位角为零，当加速度为负值且速度为零，判定此时速度相位为180°；
步骤4：根据步骤3中辨识出的速度纹波相位计算负载力矩补偿相位θcomp1，每隔设定时间辨识一次速度相位以及计算一次负载力矩补偿相位，连续辨识至少三次，如果角度值都相近则辨识成功，否则舍去第一次辨识结果；
步骤5：在不同频率下，将力矩补偿角度θcomp1上叠加不同角度补偿值θcompf，其确定的原则是使得速度纹波幅值ωrabs最小，将不同频率下的θcompf线性拟合，得到补偿角修正曲线；
步骤6：根据步骤5中的补偿角度值构成正弦波形其中为机械角度p为电机的极对数，通过实时反馈的电流幅值大小确定补偿幅值Acomp＝kgain·iq，其中kgain是一个常数系数，通过公式作为第一补偿值；
步骤7：将母线电压指令值减去实际的母线电压值得到母线电压100Hz的交流脉动分量；
步骤8：通过比例谐振PR控制器对母线电压交流量进行抑制，其中，比例谐振PR控制器的中心频率设为100Hz，比例谐振PR控制器输出转矩补偿量为Tcomp2；
步骤9：最后输出转矩补偿值为两种补偿值之和Tcomp＝Tcomp1+Tcomp2。
9.根据权利要求8所述的抑制直流母线电压波动的压缩机力矩补偿方法，其特征在于：在步骤4中，每隔0.25s辨识一次速度相位以及计算一次负载力矩补偿相位，连续辨识三次，三次角度值都相近则辨识成功，否则舍去第一次辨识结果。
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