CN110630554A

CN110630554A - 风机无级恒风量控制方法、风机控制装置及风机

Info

Publication number: CN110630554A
Application number: CN201910997935.4A
Authority: CN
Inventors: 罗薛; 毕磊; 毕超
Original assignee: Fengmin Technology Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Fengmin Technology Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2019-12-31
Anticipated expiration: 2039-10-18
Also published as: CN110630554B

Abstract

本发明公开了一种风机无级恒风量控制方法、风机控制装置及风机，其中，该风机无级恒风量控制方法包括：获取风机的目标恒风量值；根据目标恒风量值确定风机的目标转矩，并控制风机以目标转矩运行；获取风机运行时的实际转速和实际转矩；根据风机运行时的实际转速和实际转矩计算出风机的风量和风压，并根据风机的风量、风压以及预设的无级恒风量数学模型计算出风机的目标转速范围；确定风机达到目标转速范围所需要的电流补偿值，根据电流补偿值对风机进行电流补偿，以控制风机输出风量恒定在目标恒风量值。本发明减少了拟合风量风压特性曲线过程中复杂的测试流程和大量的计算，提高了风机在不同风压下输出恒定风量的能力。

Description

风机无级恒风量控制方法、风机控制装置及风机

技术领域

本发明涉及风机技术领域，尤其涉及一种风机无级恒风量控制方法、风机控制装置及风机。

背景技术

随着生活水平的不断提高，现今人们对环境舒适度和节能需求也越来越重视。恒定风量控制成为了风机领域中不可缺少的一部分，各大厂商不断地优化风机。由于静压会随着风机管道安装方式的不同或风道积灰而发生变化，风机恒风量控制可以实现在广泛的静压范围内持续输出恒定的风量，以维持舒适的通风效果。

现有的一些技术方案通过在出风口或风道内安装风量检测传感器来测量风量，以实现控制风机系统输出恒定风量。风量检测传感器本身成本贵，且实际安装布线麻烦，安装不方便，硬件成本较高，还存在因风量检测传感器的失效带来测量失败或不准确的风险。此外，现有技术中未安装风量检测传感器的恒风量控制方案只能实现一条或几条恒风量曲线，且每条风量特性曲线都需要进行详细的测试和大量复杂的运算，导致设计非常复杂，控制精度相对较低，实施成本也较高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种风机无级恒风量控制方法、风机控制装置及风机，提高了风机在不同风压下通过无级调速输出恒定风量的能力，简化了风量特性曲线的测试方法和计算方法，避免了大量复杂的运算。

为实现上述目的，本发明提出了一种风机无级恒风量控制方法，所述风机无级恒风量控制方法包括以下步骤：

获取所述风机的目标恒风量值；

根据所述目标恒风量值确定所述风机的目标转矩，并控制所述风机以所述目标转矩运行；

获取所述风机运行时的实际转速和实际转矩；

根据所述风机运行时的实际转速和实际转矩计算出所述风机的风量和风压，并根据所述风机的风量、风压以及预设的无级恒风量数学模型计算出所述风机的目标转速范围；

确定所述风机达到所述目标转速范围所需要的电流补偿值，根据所述电流补偿值对所述风机进行电流补偿，以控制所述风机输出风量恒定在所述目标恒风量值。

可选地，在执行所述获取风机的目标恒风量值的步骤之前，所述风机无级恒风量控制方法还包括：

采集所述风机在多个风压条件下的风量、实际转矩、实际转速、工作电压和输出电流；

根据采集的风机的风量、实际转矩、实际转速、工作电压和输出电流生成多个风压特性曲线；

对多个风压特性曲线进行拟合，以得到无级恒风量数学模型。

可选地，所述根据采集的风机的风量、实际转矩、实际转速、工作电压和输出电流生成多个风压特性曲线的步骤包括：

将采集的风机的风量、实际转矩、实际转速、工作电压和输出电流存储为多个数组；

将每一数组中的风机的风量、实际转矩、实际转速、工作电压和输出电流分别进行拟合，以得到多条风压特性曲线。

可选地，所述确定所述风机达到所述目标转速范围所需要的电流补偿值，根据所述电流补偿值对所述风机进行电流补偿，以控制所述风机输出风量恒定在所述目标恒风量值的步骤包括：

当所述风机的实际转速在所述目标转速范围时，维持所述风机当前运行状态；

当所述风机的实际转速大于所述目标转速范围的上限值时，根据所述风机的实际转速和所述目标转速范围的上限值计算出第一电流补偿值，以使所述风机输出目标恒风量值；

当所述风机的实际转速小于所述目标转速范围的下限值时，根据所述风机的实际转速和所述目标转速范围的下限值计算出第二电流补偿值，以使所述风机输出目标恒风量值。

可选地，所述根据所述目标恒风量值确定所述风机的目标转矩，并控制所述风机以所述初始转矩运行的步骤包括：

控制所述风机以预设电流启动；

控制所述风机的转矩达到所述目标转矩。

可选地，所述预设电流为风机额定工作电流的15％-50％。

为了实现上述目的，本发明还提出了一种风机控制装置，所述风机控制装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的风机无级恒风量控制程序；所述处理器执行所述风机无级恒风量控制程序时实现如上所述的风机无级恒风量控制方法。

为了实现上述目的，本发明还提出了一种风机，所述风机包括如上所述的风机控制装置。

可选地，所述风机还包括电机，所述电机为永磁同步电机或直流无刷电机。

本发明的技术方案中，由于风机无级恒风量控制方法包括获取所述风机的目标恒风量值；根据所述目标恒风量值确定所述风机的目标转矩，并控制所述风机以所述目标转矩运行；获取所述风机运行时的实际转速和实际转矩；根据所述风机运行时的实际转速和实际转矩计算出所述风机的风量和风压，并根据所述风机的风量、风压以及预设的无级恒风量数学模型计算出所述风机的目标转速范围；确定所述风机达到所述目标转速范围所需要的电流补偿值，根据所述电流补偿值对所述风机进行电流补偿，以控制所述风机输出风量恒定在所述目标恒风量值；减少了拟合风量风压特性曲线过程中复杂的测试流程和大量的计算，减少了控制误差，实现了风机系统无级调速，提高了在不同风压下输出恒定风量的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明风机控制装置一实施例的结构框图；

图2为本发明风机无级恒风量控制方法一实施例的总流程示意图；

图3为本发明风机无级恒风量控制方法一实施例的流程示意图；

图4为本发明风机无级恒风量控制方法一实施例中在执行步骤S10之前的流程示意图；

图5为本发明风机无级恒风量控制方法一实施例中步骤S02的细化流程示意图；

图6为本发明风机无级恒风量控制方法一实施例中步骤S50的细化流程示意图；

图7为本发明风机无级恒风量控制方法一实施例中步骤S20的细化流程示意图；

图8为本发明风机无级恒风量控制方法一实施例中的风量风压特性曲线。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	数据采集模块	30	电机初始运行控制模块
20	存储模块	50	比较模块
				40	转速估算模块	60	输出电流调整模块
70	电机驱动模块

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出了一种风机控制装置。

参照图1和图2，图1为本发明风机控制装置一实施例的结构框图，图2为本发明风机无级恒风量控制方法一实施例的总流程示意图。该风机控制装置包括风轮、电机及控制电路。风轮安装在电机上，电机用于驱动风轮。控制电路与电机连接，控制电路包括数据采集模块10、存储模块20和控制模块(图中未示出)，数据采集模块10分别与存储模块20和控制模块信号连接。数据采集模块10用于采集系统风量值、风机转矩、风机转速，并将风量值、风机转矩、风机转速、电压、输出电流信息发送至控制模块。存储模块20用于存储风机转矩、风机转速、风机电流与风量值的数据组。控制模块用于根据不同风压、风机转矩和风机转速之间的关系，通过算法计算将存储模块存储的不同风压下的不同风量值的数据组拟合无级恒定风量风压特性曲线，建立无级恒风量数学模型。控制模块还用于接收数据采集模块10采集的风机转矩、风机转速、电压、输出电流，控制风机转速来驱动风轮运行，从而使风机实现无级变速输出恒定风量。

可以理解的是，在本实施例中，风机控制装置通过设置数据采集模块10、存储模块20和控制模块，数据采集模块10将采集的系统风量值、风机转矩、风机转速、电压、输出电流信息发送至控制模块，并将数据组存储在存储模块20内，控制模块对数据组进行算法计算，拟合风量风压特性曲线，建立数学模型，实现了控制风机无级变速输出恒风量。同时，减少了拟合风量风压特性曲线过程中复杂的测试流程和大量的计算，减少了控制误差，实现了风机系统无级调速，提高了风机在不同风压下输出恒定风量的能力。

在一实施例中，该风机控制装置还包括与控制模块连接的转速估算模块40、比较模块50、电流调整模块60和电机驱动模块70。转速估算模块40用于检测风机在运行过程中的电压、电流，并估算风机转矩与当前的风机转速，并将风机转矩、风机转速、电压和电流发送至数据采集模块10。比较模块50用于根据当前设置的风量档位，将存储模块20中的风机转矩、风机转速与数据采集模块10采集的风机转速进行比较，从而判断实际风量是否达到目标风量值，并将对比结果输出至电流调整模块60。电流调整模块60，用于调整电机的输出电流。

需要说明的是，当比较模块50判断的实际风量未达到目标风量值的范围内时，控制模块通过控制电流调整模块60调整输出电流，进而控制电机驱动模块70来改变风机转速，从而使风机的风量达到恒定风量。

在本实施例中，控制模块可采用微控制单元(MCU)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)等，控制模块通过控制驱动电机的输出电流来调整风机的转速，使风机输出的实际风量值达到目标风量值，从而实现风机输出恒定风量。

在一实施例中，风机控制装置还包括与控制模块串联的电机初始运行控制模块30，电机初始运行控制模块30用于在预设时间内控制电机按照预设电流运行，以让电机正常启动。电机可采用永磁同步电机或直流无刷电机等，预设电流值可设置为额定电流的15％-50％。预设电流值也可根据电机参数等来具体设定以足够让电机启动正常，此处并不做限定。

需要说明的是，对于风机目标风量值的闭环调节，采用按给定输出转矩与不同风压下风机转速的比例关系进行控制，比例差值大，则电流调节幅度大，比例差值小，则电流调节幅度小，因此装置稳定性好、控制精度高，实现方式简单便捷，实施成本较低，风机系统在不同静压下输出恒定风量，能适应不同的风机应用。电机的启动电流值在上述范围内，使得风机控制由启动状态切换到恒风量控制不会有明显变化。此时，电机驱动模块70可驱动电机以预设电流值正常启动，实现了风机无级调速输出恒定风量，同时，风机稳定运行，降低了噪音，提高了舒适度。

为了实现风机输出恒定风量，本发明还提出了一种风机无级恒风量控制方法。

参考图3，图3为本发明风机无级恒风量控制方法一实施例的流程示意图。在本发明一实施例中，该风机无级恒风量控制方法包括以下步骤：

步骤S10，获取所述风机的目标恒风量值；

步骤S20，根据所述目标恒风量值确定所述风机的目标转矩，并控制所述风机以所述目标转矩运行；

步骤S30，获取所述风机运行时的实际转速和实际转矩；

步骤S40，根据所述风机运行时的实际转速和实际转矩计算出所述风机的风量和风压，并根据所述风机的风量、风压以及预设的无级恒风量数学模型计算出所述风机的目标转速范围；

步骤S50，确定所述风机达到所述目标转速范围所需要的电流补偿值，根据所述电流补偿值对所述风机进行电流补偿，以控制所述风机输出风量恒定在所述目标恒风量值。

需要说明的是，用户在设置风挡后，风机系统可读取该风挡在当前风压条件下的目标恒风量值并设定输出转矩，电机初始运行控制模块30控制电机驱动模块70使风机在预设时间内以预设电流运行，预设电流设定在足够让风机正常启动的范围内，然后控制风机以目标转矩运行。

在风机运行过程中，控制模块可定时或不定时地控制转速估算模块40检测风机在运行过程中的电压、电流，再估算风机转矩与当前的风机转速，并将风机转矩、风机转速、电压和电流发送至数据采集模块10。数据采集模块10再将采集到的数据发送给存储模块20、电机初始运行控制模块30和比较模块50。比较模块50根据当前设置的目标恒风量值，将存储模块20中的风机转矩、风机转速与数据采集模块10采集的当前风机转矩、风机转速进行比较，从而判断实际风量是否达到目标风量值，并将对比结果输出至电流调整模块60。当实际风量未达到目标风量值时，控制模块通过控制输出电流模块来调整电机的输出电流，从而改变电机转速，实现风机输出恒定的目标风量值。

在本发明一实施例中，参考图4，图4为本发明风机无级恒风量控制方法一实施例中在执行步骤S10之前的流程示意图。在执行获取风机的目标恒风量值的步骤S10之前，所述风机无级恒风量控制方法还包括：

步骤S01，采集所述风机在多个风压条件下的风量、实际转矩、实际转速、工作电压和输出电流；

步骤S02，根据采集的风机的风量、实际转矩、实际转速、工作电压和输出电流生成多个风压特性曲线；

步骤S03，对多个风压特性曲线进行拟合，以得到无级恒风量数学模型。

值得一提的是，在风道实验室进行相关数据测试时，存储模块20将风机转矩、风机转速、风机电流与风量值存储为数据组，并根据不同风量值在不同风压条件下的测试数据组通过控制模块的算法拟合无级恒定风量风压特性曲线。

结合图5，图5为本发明风机无级恒风量控制方法一实施例中步骤S02的细化流程示意图。在本实施例中，根据采集的风机的风量、实际转矩、实际转速、工作电压和输出电流生成多个风压特性曲线的步骤S02包括：

步骤S021，将采集的风机的风量、实际转矩、实际转速、工作电压和输出电流存储为多个数组；

步骤S022，将每一数组中的风机的风量、实际转矩、实际转速、工作电压和输出电流分别进行拟合，以得到多条风压特性曲线。

值得注意的是，上述无级恒风量数学模型的建立可以实现单一风量值的恒风量控制，每条风量风压特性曲线都可在风道实验室进行相关数据的测试。建立数学模型，先是根据实际测试系统中，固定输出转矩T_e，当风机处于不同风压条件下时，负载转矩T_L会发生变化，风机运行转速N也会跟随着变化，根据变化量建立数学模型，可参考测试图8，图8为本发明风机无级恒风量控制方法一实施例中的风量风压特性曲线图。同时，测试多条恒风量风压特性曲线的数据，通过控制模块的算法计算，根据不同风压、风机转矩和风机转速之间的关系，建立无级恒风量数学模型，减少复杂的测试流程和繁琐且大量的数据运算，减少了控制误差，提高了风机在不同风压下输出恒定风量的能力。

参考图8，图示横坐标代表电机转矩，纵坐标代表电机转速与风压的比值，T_e为固定输出转矩(电磁转矩)，T_L为负载转矩。当T_e大于T_L时，电机加速；当T_e小于T_L时，电机减速；当T_e等于T_L时，电机匀速；由公式T_e＝K_e*I_q(K_e：转矩常数，I_q：转矩电流)可得：

T_e与I_q成比例关系，控制转矩电流I_q即可控制输出转矩。设定T_e恒定，即I_q恒定，T_L随不同风压的改变而改变，无需在风道或风口等位置安装风压传感器，只需要判断电机转速N和转矩电流I_q之间的关系来确定风压是否发生变化，如果发生变化，再根据测试数据补偿转矩电流，从而控制电机转速来达到风机输出恒风量的效果。基于多条风量风压特性曲线的测试数据，拟合成无级恒风量的数学模型去补偿不同风压下的转矩电流来实现无级恒风量的控制。

在一实施例中，风机在一定的预设时间内可定时或不定时地采集电机运行参数。如果采集的电机实际转速未处于转速范围值内，电机转矩没有达到设定转矩时，此时风机输出的实际风量未达到目标风量值，风机系统根据风量、风压的数学模型计算电机达到目标恒风量值所需要的转矩补偿量和转速范围值，再计算出电机达到目标恒风量值所需要的电流补偿值，然后控制模块根据电流补偿值控制风机输出目标恒风量值。

进一步地，在一实施例中，参考图6，图6为本发明风机无级恒风量控制方法一实施例中步骤S50的细化流程示意图。确定所述风机达到所述目标转速范围所需要的电流补偿值，根据所述电流补偿值对所述风机进行电流补偿，以控制所述风机输出风量恒定在所述目标恒风量值的步骤S50可包括：

步骤S51，当所述风机的实际转速在所述目标转速范围时，维持所述风机当前运行状态；

步骤S52，当所述风机的实际转速大于所述目标转速范围的上限值时，根据所述风机的实际转速和所述目标转速范围的上限值计算出第一电流补偿值，以使所述风机输出目标恒风量值；

步骤S53，当所述风机的实际转速小于所述目标转速范围的下限值时，根据所述风机的实际转速和所述目标转速范围的下限值计算出第二电流补偿值，以使所述风机输出目标恒风量值。

值得注意的是，在实际应用中，当风机系统的静压趋于稳定时，若输出电流发生了变化，则可重复步骤S51至S53，直至风机系统输出的风量趋于稳定且达到目标风量值为止。

在本实施例中，考虑了静压对于风机输出风量的影响，从而影响到对风机恒风量的控制，因此，通过电流补偿以对当前风机的输出电流进行修正，调整电机转速，进而来补偿电机转矩，同时，为获得预定恒风量，需要对电流补偿值进行校准，从而最终获得达到预定恒风量的风机运行的目标转速，通过控制电机按该目标转速运行即可实现恒风量的控制。

综上所述，本发明的风机控制装置无需在风道或风口等位置安装额外的传感器设备，节省了成本。通过风机的控制装置检测风机转速、风机转矩，根据设定目标风量值和风量风压特性曲线，拟合得到在当前风压下输出目标风量值所需的转矩补偿值和转速范围值，调整风机的输出电流来改变来控制电机转速，进而输出恒定风量。该风机能自适应在不同风量在不同风压下，维持输出恒定的风量值。该风机无级恒风量控制系统的控制误差小，风机的控制装置稳定性能好，控制精度高。

本发明还提出一种风机，该风机包括如上所述的风机控制装置，该风机控制装置的具体结构参照上述实施例，由于本发明提出的风机包括上述风机控制装置的所有实施例的所有方案，因此，至少具有与所述风机控制装置相同的技术效果，此处不一一阐述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种风机无级恒风量控制方法，其特征在于，所述风机无级恒风量控制方法包括以下步骤：

获取所述风机的目标恒风量值；

获取所述风机运行时的实际转速和实际转矩；

2.如权利要求1所述的风机无级恒风量控制方法，其特征在于，在执行所述获取风机的目标恒风量值的步骤之前，所述风机无级恒风量控制方法还包括：

3.如权利要求2所述的风机无级恒风量控制方法，其特征在于，所述根据采集的风机的风量、实际转矩、实际转速、工作电压和输出电流生成多个风压特性曲线的步骤包括：

4.如权利要求1所述的风机无级恒风量控制方法，其特征在于，所述确定所述风机达到所述目标转速范围所需要的电流补偿值，根据所述电流补偿值对所述风机进行电流补偿，以控制所述风机输出风量恒定在所述目标恒风量值的步骤包括：

5.如权利要求1所述的风机无级恒风量控制方法，其特征在于，所述根据所述目标恒风量值确定所述风机的目标转矩，并控制所述风机以所述初始转矩运行的步骤包括：

控制所述风机以预设电流启动；

控制所述风机的转矩达到所述目标转矩。

6.如权利要求5所述的风机无级恒风量控制方法，其特征在于，所述预设电流为风机额定工作电流的15％-50％。

7.一种风机控制装置，其特征在于，所述风机控制装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的风机无级恒风量控制程序；所述处理器执行所述风机无级恒风量控制程序时实现如权利要求1至6中任意一项所述的风机无级恒风量控制方法。

8.一种风机，其特征在于，所述风机包括如权利要求7所述的风机控制装置。

9.如权利要求8所述的风机，其特征在于，所述风机还包括电机，所述电机为永磁同步电机或直流无刷电机。