CN111262481A - 减小单转子变频压缩机低频下转子波动的方法、电子设备、计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种减小单转子变频压缩机低频下转子波动的方法、电子设备、计算机可读存储介质，其中方法包括：步骤A.根据单转子变频压缩机的负载转矩曲线，拟合出q轴电流补偿方程iq＝kisin(ω+θ)+iav，并根据所述负载转矩曲线确定补偿相位θ，式中，ki为转矩电流补偿系数，θ为转矩电流补偿相位，ω为压缩机实际机械角速度，iav为平均转矩电流；步骤B.根据所述q轴电流补偿方程，控制单转子变频压缩机运行，并在运行过程中，控制补偿转矩电流kisin(ω+θ)与负载转矩的波动保持一致。本发明调试简单，转矩补偿不依赖任何压缩机参数，仅与压缩机实际运行状态有关，适用于不同的工况，转矩补偿采用自动调整功能，在升速或降速后，能自动调整转矩电流补偿系数ki，实现最优控制。
Description
技术领域
本发明涉及变频领域，尤其涉及一种减小单转子变频压缩机低频下转子波动的方法、电子设备、计算机可读存储介质。
背景技术
随着“节能减排，低碳经济”政策的推行，空调的能效等级也进一步提升，传统定频空调为了提高能效而增加蒸发器和冷凝器的换热面积，这使得定频空调和变频空调的成本进一步拉近，而变频空调通过控制压缩机转速的快慢达到控制室温的目的，使居室在短时间内迅速达到所需要的温度，并在低转速、低能耗状态下以较小的温差波动，实现了快速、节能和舒适控温效果。
为了进一步降低变频空调的成本，成本低的永磁同步电机驱动的单转子变频压缩机被大量应用。由于成本低、工艺简单，转子压缩机运行时负荷转矩并不稳定，导致振动较大，特别是运行在40Hz以下的低频，需要对转矩进行补偿，以减小频率波动，降低噪音。
现有技术存在两套转矩补偿方案，分别如下：
方案一：
从压缩机机械运动方程入手，分析电磁转矩和负载转矩的关系。忽略摩擦系数，得到理论负载转矩方程式，即
式中：p：压缩机极对数；ψf：转子磁链；Ld、Lq：d-q坐标系下电感量；id、iq：d-q坐标系下定子电流；J：压缩机转动惯量；Ω：压缩机机械转速。
通过上式可以估算压缩机的负载转矩，然后通过对负载转矩变化的补偿，降低压缩机低频下波动。
方案一存在的缺陷是：调试相对简单，但计算复杂，对MCU资源有一定的要求，且转矩补偿过渡依赖电机参数。
方案二：
从压缩机工作过程来分析，单转子变频压缩机机械周期分为压缩和吸气两部分，从机械周期来看，转子转到同一位置(某一角度θ)，压缩机开始压缩，需要增加电磁转矩，以保持转速，转子转过半周后，压缩机开始吸气，需要减小电磁转矩，以保持匀速，因此可通过获得角度θ以及需要变化的电磁转矩T来补偿负载转矩的变化，实现降低压缩机低频波动。
方案二存在的缺陷是：调试困难，对于不同的工况，参数会不一样，实际使用中，为了减少调试工作，一般调试3到5组参数，但这样，实际效果一般。
发明内容
本发明旨在减小单转子变频压缩机低频下转子波动。
为此，减小单转子变频压缩机低频下转子波动的方法，包括依次执行的下述步骤：
步骤A.根据单转子变频压缩机的负载转矩曲线，拟合出q轴电流补偿方程iq＝kisin(ω+θ)+iav，并根据所述负载转矩曲线确定补偿相位θ，式中，ki为转矩电流补偿系数，θ为转矩电流补偿相位，ω为压缩机实际机械角速度，iav为平均转矩电流；
步骤B.根据所述q轴电流补偿方程，控制单转子变频压缩机运行，并在运行过程中，控制补偿转矩电流kisin(ω+θ)与负载转矩的波动保持一致。
作为优选方案，步骤A中，拟合q轴电流补偿方程的方式进一步包括：
基于所述负载转矩曲线为正弦波函数的特性，将负载转矩方程式拟合成正弦波模型；
在控制压缩机的电磁转矩和负载转矩相等的前提下，将所述正弦波模型与理论负载转矩方程式相结合，从而获得所述q轴电流补偿方程。
作为优选方案，所述理论负载转矩方程式具体是
式中，p为压缩机极对数；ψf为转子磁链；Ld、Lq为d-q坐标系下电感量；id、iq为d-q坐标系下定子电流；J为压缩机转动惯量；Ω为压缩机机械转速。
作为优选方案，步骤B中，控制补偿转矩电流kisin(ω+θ)与负载转矩的波动保持一致的方式进一步包括：
计算单转子变频压缩机的压缩半周期Tdis和吸气半周期Tsuc之间的时间差ΔT；
以所述时间差ΔT为控制对象，采用模糊控制算法将所述时间差ΔT控制在设定范围。
作为优选方案，控制所述时间差ΔT为零或接近于零从而实现补偿转矩电流kisin(ω+θ)与负载转矩的波动一致。
作为优选方案，通过模糊控制算法实时调整所述电流补偿系数ki的大小从而将所述时间差ΔT控制在设定范围。
作为优选方案，所述模糊控制算法具体是PID算法。
还提供一种电子设备，其中，该电子设备包括：
控制器；以及，
被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述控制器实现上述的方法。
还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被控制器执行时，实现上述的方法。
有益效果：
1、调试简单，不需要太多的MCU资源；
2、转矩补偿不依赖任何压缩机参数，仅与压缩机实际运行状态有关，适用于不同的工况；
3、转矩补偿采用自动调整功能，在升速或降速后，能自动调整转矩电流补偿系数ki，实现最优控制。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了压缩机在不同工况下负载转矩曲线；
图2示出了通过kisin(ω+θ)控制ΔT为零或接近于零的实施原理；
图3为本发明的电子设备的结构示意图；
图4为本发明的计算机可读存储介质的结构示意图。
具体实施方式
为减小单转子变频压缩机低频下转子波动，本实施例的方案以计算压缩半周期的时间和吸气半周期的时间差ΔT为控制对象，采用PID控制，补偿低频转矩的波动，将ΔT控制在可接受的设定范围，从而减小低频下运行频率的波动。
具体而言，本实施例的方案通过以下方法实现：
由于单转子变频压缩机结构特性决定了负载转矩的波动，压缩机在不同工况下负载转矩曲线如图1所示，由图可知，压缩机负载转矩曲线类似正弦波函数，因此，可根据压缩机厂家提供的负载转矩曲线，将负载转矩方程式拟合成下述正弦波模型，并确定补偿相位θ：
TL＝K*sin(ω+θ)+Tav
为了使单转子变频压缩机在低频下运行平稳，控制压缩机的电磁转矩和负载转矩相等，因此：
TL＝Te＝1.5p[ψf+(Ld-Lq)id]*iq
换算可得，q轴电流补偿方程为：
将q轴电流补偿方程简化可得：
iq＝kisin(ω+θ)+iav
式中：
ki为转矩电流补偿系数，随负载变化而变化；
θ为转矩电流补偿相位，由压缩机结构而定；
ω为压缩机实际机械角速度；
iav为平均转矩电流，用于调节平均转速。
从公式可以看出，转矩电流iq含有两部分，分别为kisin(ω+θ)和iav。iav是平均转矩电流，由速度环控制；而kisin(ω+θ)是补偿转矩电流，因此，可根据q轴电流补偿方程控制单转子变频压缩机运行，通过控制补偿转矩电流kisin(ω+θ)，使之与负载转矩的波动保持一致，则压缩机就可以稳定运行。
由于单转子变频压缩机运行平稳意味着压缩半周期Tdis和吸气半周期Tsuc的时间差ΔT为零，也就是说，通过PID等模糊控制算法，控制kisin(ω+θ)使ΔT为零或接近于零，即可实现kisin(ω+θ)与负载转矩的波动一致，进而保障压缩机稳定运行。
具体地，见图2，通过采集单转子变频压缩机的压缩半周期Tdis和吸气半周期Tsuc，将两者送入减法器中相减，可获得时间差ΔT，然后以时间差ΔT为控制对象，通过PID控制器实时适应性调整kisin(ω+θ)中的电流补偿系数ki的大小，即可保持ΔT为零或接近于零，最终实现压缩机稳定运行。
本实施例的方法，具有以下优点：
1、调试简单，不需要太多的MCU资源；
2、转矩补偿不依赖任何压缩机参数，仅与压缩机实际运行状态有关，适用于不同的工况；
3、转矩补偿采用自动调整功能，在升速或降速后，能自动调整转矩电流补偿系数ki，实现最优控制。
需要说明的是：
本实施例所用的方法，可转化为可存储于计算机存储介质中的程序步骤及装置，通过被控制器调用执行的方式进行实施。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的检测电子设备的佩戴状态的装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
例如，图3示出了根据本发明一个实施例的电子设备的结构示意图。该电子设备传统上包括处理器31和被安排成存储计算机可执行指令(程序代码)的存储器32。存储器32可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器32具有存储用于执行实施例中的任何方法步骤的程序代码34的存储空间33。例如，用于程序代码的存储空间33可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码34。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(CD)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为例如图4所述的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质可以具有与图3的电子设备中的存储器32类似布置的存储段、存储空间等。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。通常，存储单元存储有用于执行根据本发明的方法步骤的程序代码41，即可以由诸如31之类的处理器读取的程序代码，当这些程序代码由电子设备运行时，导致该电子设备执行上面所描述的方法中的各个步骤。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
Claims (9)
1.减小单转子变频压缩机低频下转子波动的方法，其特征在于，包括依次执行的下述步骤：
步骤A.根据单转子变频压缩机的负载转矩曲线，拟合出q轴电流补偿方程iq＝kisin(ω+θ)+iav，并根据所述负载转矩曲线确定补偿相位θ，式中，ki为转矩电流补偿系数，θ为转矩电流补偿相位，ω为压缩机实际机械角速度，iav为平均转矩电流；
步骤B.根据所述q轴电流补偿方程，控制单转子变频压缩机运行，并在运行过程中，控制补偿转矩电流kisin(ω+θ)与负载转矩的波动保持一致。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中，拟合q轴电流补偿方程的方式进一步包括：
基于所述负载转矩曲线为正弦波函数的特性，将负载转矩方程式拟合成正弦波模型；
在控制压缩机的电磁转矩和负载转矩相等的前提下，将所述正弦波模型与理论负载转矩方程式相结合，从而获得所述q轴电流补偿方程。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述理论负载转矩方程式具体是
式中，p为压缩机极对数；ψf为转子磁链；Ld、Lq为d-q坐标系下电感量；id、iq为d-q坐标系下定子电流；J为压缩机转动惯量；Ω为压缩机机械转速。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中，控制补偿转矩电流kisin(ω+θ)与负载转矩的波动保持一致的方式进一步包括：
计算单转子变频压缩机的压缩半周期Tdis和吸气半周期Tsuc之间的时间差ΔT；
以所述时间差ΔT为控制对象，采用模糊控制算法将所述时间差ΔT控制在设定范围。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：控制所述时间差ΔT为零或接近于零从而实现补偿转矩电流kisin(ω+θ)与负载转矩的波动一致。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：通过模糊控制算法实时调整所述电流补偿系数ki的大小从而将所述时间差ΔT控制在设定范围。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述模糊控制算法具体是PID算法。
8.计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。
9.电子设备，其中，该电子设备包括：
控制器；以及，
被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述控制器实现如权利要求1-7任一项所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200609 |