CN111277189A - 压缩机低频振动抑制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩机低频振动抑制方法及系统，该方法包括：构建转子压缩机力矩模型与压缩机电磁转矩模型；根据转子压缩机力矩模型与压缩机电磁转矩模型，计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，生成扭矩补偿曲线；将q轴扭矩补偿电流值Δi_q与q轴电流分量参考值i_{q_ref}相加后，得到q轴前馈补偿电流分量参考值i^* _{q_ref}。本发明通过构建转子压缩机的力矩模型及压缩机电磁转矩模型，计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，并将q轴扭矩补偿电流值Δi_q前馈到电流分量参考值i_{q_ref}进行实时控制。该扭矩补偿曲线随着不同工况进行变化，可以实现不同工况下对压缩机扭矩有效补偿以及对压缩机低频振动的精确抑制。同时，本发明还提供了相应的控制系统，对压缩机进行低频噪声抑制。

Description

压缩机低频振动抑制方法及系统

技术领域

本发明属于压缩机控制技术领域，尤其涉及一种压缩机低频振动抑制方法及系统。

背景技术

现有转子式压缩机因为其偏心安装，在低速场合有周期性的力矩变化，速度控制不能高速追踪时发生速度的变动，成为空调室外机的振动、噪音的原因。目前，主要采用扭矩补偿的方式，抑制压缩机低频振动。

而现有扭矩补偿的方式主要采用曲线拟合的方式进行补偿，补偿电流幅值采用PI控制，补偿电流相位根据曲线拟合得到。扭矩曲线为一条固定曲线，通过角度补偿，使固化的扭矩曲线和实际的扭矩曲线重合，来得到补偿相位。例如，专利201510197374.1公开了一种抑制转子式压缩机低频振动的方法，其根据压缩机电机三相电流与速度纹波的相位关系，结合压缩机的极数计算出压缩机机械角度零位置与电气角度零位置之间的相位差；力矩电流输出时，在相位差的基础上叠加一个与压缩机气体腔一周内的气体阻力矩曲线相同相位的力矩调节电流，使得输出力矩与压缩机转子受力相同。该专利中提出的扭矩补偿方式是通过计算补偿角度，将扭矩曲线和实际扭矩曲线拟合的方式进行补偿。但由于该扭矩补偿方式采用固化扭矩曲线，使不同工况不同负载下都采用同一扭矩曲线，不能实现不同工况下对压缩机扭矩有效补偿以及对压缩机低频振动的精确抑制。

因此，有必要基于该通过固化扭矩曲线进行压缩机低频振动抑制的方法，进行改进，使其实现不同工况下对压缩机扭矩有效补偿以及对压缩机低频振动的精确抑制。

发明内容

本发明在上述现有抑制方法不足的基础上提供了一种压缩机低频振动抑制方法及系统，通过计算扭矩补偿曲线，使扭矩补偿曲线随着不同工况进行变化，以实现不同工况下对压缩机扭矩有效补偿以及对压缩机低频振动的精确抑制。

为了实现上述目的，本发明提供了一种压缩机低频振动抑制方法，包括：

构建转子压缩机力矩模型与压缩机电磁转矩模型；

根据转子压缩机力矩模型与压缩机电磁转矩模型，计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，生成扭矩补偿曲线；

将q轴扭矩补偿电流值Δi_q与q轴电流分量参考值i_{q_ref}相加后，得到q轴前馈补偿电流分量参考值

优选的，构建转子压缩机力矩模型的方法为：

根据压缩机力矩公式：

确定压缩机力矩模型；

式中：R为压缩机缸径，L为气缸厚度，ε＝e/R，e为偏心距，Φ为压缩机转子位置，P_φ是角度Φ下的排气压力，P₁是角度Φ下的吸气压力，缸径R、气缸厚度L以及ε都是定值。

优选的，构建压缩机电磁转矩模型的方法为：

由永磁同步电机的电磁转矩公式：

T_e＝P_n*[ψ_f*Δi_q+(L_d-L_q)*Δi_d*Δi_q] (2)

式中，P_n为极对数，ψ_f为磁通量，P_n、ψ_f为常值；L_d是d轴电感、L_q是q轴电感；Δi_d、Δi_q为d、q轴的扭矩补偿电流值，且Δi_d＝0；

则：

T_e＝P_n*ψ_f*Δi_q (3)

确定压缩机电磁转矩模型。

优选的，根据转子压缩机力矩模型与压缩机电磁转矩模型，计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，生成扭矩补偿曲线的方法为：

转子式压缩机电机运行时，输出的电磁扭矩T_e和转子力矩M是相等的，由公式(1)-(3)，则：

计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q为：

生成扭矩补偿曲线，扭矩补偿曲线是具有可变曲率的曲线，扭矩补偿曲线的可变曲率取决于实时的压缩机转子位置Φ、角度Φ下的排气压力P_φ、角度Φ下的吸气压力P₁。

优选的，所述的压缩机低频振动抑制方法还包括：

采集电机转子速度、位置角信息；

将采集的位置角信息作为位置环调节器的位置反馈值，并将位置反馈值与给定的位置目标值之间的偏差作为位置环调节器的输入，进行PI调节后，将位置环调节器输出值作为速度环调节器的速度目标值n^* _ref；将采集的电机转子速度作为速度环调节器的速度反馈值n_ref，将速度目标值n^* _ref与速度反馈值n_ref之间的偏差作为速度环调节器的输入，进行PI调节后，将速度环调节器输出值作为q轴电流分量参考值i_{q_ref}。

优选的，所述的压缩机低频振动抑制方法还包括：

采集三相输出电流进行Clarke变换与Park变换后，得到d、q轴的电流分量i_d、i_q；

将q轴电流分量i_q与q轴前馈补偿电流分量参考值

的偏差，以及d轴电流分量i_d与d轴电流分量参考值i_{d_ref}的偏差分别作为电流环调节器的输入值，进行PI调节后，电流环调节器输出需要施加的空间电压矢量的分量u_q、u_d；

将空间电压矢量的分量u_q、u_d经过Park反变换后，作为SVPWM的控制信号，驱动逆变器控制电机工作。

本发明还提供了一种压缩机低频振动抑制系统，采用所述的压缩机低频振动抑制方法，包括逆变器、电机，其特征在于，系统还包括：

前馈控制器：包括指令的存储器，所述指令在由所述前馈控制器执行时使所述前馈控制器执行包括以下的操作：

采集q轴电流分量i_q、q轴电流分量参考值i_{d_ref}、以及采集实时的压缩机转子位置Φ、角度Φ下的排气压力P_φ、角度Φ下的吸气压力P₁；

计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，并生成扭矩补偿曲线；

将q轴扭矩补偿电流值Δi_q与q轴电流分量参考值i_{d_ref}相加后，得到q轴前馈补偿电流分量参考值

优选的，系统还包括：

位置环调节器：用于将位置反馈值与给定的位置目标值之间的偏差作为位置环调节器的输入，进行PI调节后，将位置环调节器输出值作为速度环调节器的速度目标值n^* _ref；

速度环调节器：与所述位置环调节器级联，用于将速度目标值n^* _ref与速度反馈值n_ref之间的偏差作为速度环调节器的输入，进行PI调节后，将速度环调节器输出值作为q轴电流分量参考值i_{q_ref}。

优选的，系统还包括：

电流环调节器：用于将q轴电流分量i_q与q轴前馈补偿电流分量参考值

的偏差，以及d轴电流分量i_d与d轴电流分量参考值i_{d_ref}的偏差分别作为电流环调节器的输入值，进行PI调节后，电流环调节器输出需要施加的空间电压矢量的分量u_q、u_d。

优选的，系统还包括：

Clarke变换单元：用于将采集三相输出电流转换为静止坐标系下的电流分量i_α、i_β；

Park变换单元：用于将静止坐标系下的电流分量i_α、i_β转换为旋转坐标系下的d、q轴的电流分量i_d、i_q；

Park反变换单元：用于将旋转坐标系的空间电压矢量的分量u_q、u_d转换为静止坐标系下的空间电压矢量的分量u_α、u_β。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明在现有采用固化扭矩补偿曲线进行压缩机低频振动抑制的方法的基础上进行改进，通过构建转子压缩机的力矩模型以及压缩机电磁转矩模型，计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，得到扭矩补偿曲线，并将q轴扭矩补偿电流值Δi_q前馈到电流分量参考值i_{q_ref}进行实时控制。该扭矩补偿曲线取决于实时的压缩机转子位置Φ、角度Φ下的排气压力P_φ、角度Φ下的吸气压力P₁，随着不同工况进行变化，实现了不同工况下对压缩机扭矩有效补偿，提高了对压缩机低频振动控制精度，取得更好的补偿效果。同时，根据该压缩机低频抑制方法，本发明还提供了相应的控制系统，对压缩机进行低频噪声抑制。

附图说明

图1为本发明的压缩机低频振动抑制方法流程图；

图2为发明的压缩机低频振动抑制方法示意框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。

参考图1、图2所示，本发明实施例提供了一种压缩机低频振动抑制方法，具体方法为：

(1)采集电机转子速度、位置角信息，将采集的位置角信息作为位置环调节器的位置反馈值，并将位置反馈值与给定的位置目标值之间的偏差作为位置环调节器的输入，进行PI调节后，将位置环调节器输出值作为速度环调节器的速度目标值n^* _ref；将采集的电机转子速度作为速度环调节器的速度反馈值n_ref，将速度目标值n^* _ref与速度反馈值n_ref之间的偏差作为速度环调节器的输入，进行PI调节后，将速度环调节器输出值作为q轴电流分量参考值i_{q_ref}。

(2)构建转子压缩机的力矩模型以及压缩机电磁转矩模型，计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，前馈到电流分量参考值i_{q_ref}进行实时控制。

具体方法为：

①构建转子压缩机力矩模型与压缩机电磁转矩模型。具体为：

根据压缩机力矩公式：

确定压缩机力矩模型；

式中：R为压缩机缸径，L为气缸厚度，ε＝e/R，e为偏心距，Φ为压缩机转子位置，P_φ是角度Φ下的排气压力，P₁是角度Φ下的吸气压力。对于同一款压缩机，缸径R、气缸厚度L以及ε都是定值，因此，压缩机的实时力矩M与只与转子位置Φ、吸气压力P₁和排气压力P_Φ有关。

由永磁同步电机的电磁转矩公式：

T_e＝P_n*[ψ_f*Δi_q+(L_d-L_q)*Δi_d*Δi_q] (2)

式中，P_n为极对数，ψ_f为磁通量，P_n、ψ_f为常值；L_d是d轴电感、L_q是q轴电感；Δi_d、Δi_q为d、q轴的扭矩补偿电流值；为了提高电机效率，通常令Δi_d＝0。

则：

T_e＝P_n*ψ_f*Δi_q (3)

确定压缩机电磁转矩模型。

②根据转子压缩机力矩模型与压缩机电磁转矩模型，计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，生成扭矩补偿曲线。具体为：

由于转子式压缩机电机运行时，输出的电磁扭矩T_e和转子力矩M是相等的，由公式(1)-(3)，则：

计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q为：

根据式(5)可以得到压缩机的扭矩补偿曲线，在实际压缩机运行中，扭矩补偿曲线和实际的负载曲线可能会存在角度差Δφ，Δφ可以通过模糊控制算法来消除，实现最优的扭矩补偿。扭矩补偿曲线是具有可变曲率的曲线，扭矩补偿曲线的可变曲率取决于实时的压缩机转子位置Φ、角度Φ下的排气压力P_φ、角度Φ下的吸气压力P₁。在实际控制中，P₁和P_φ可以根据Δi_q的最大值和最小值来模拟，Φ是压缩机控制的必备参数，根据无位置传感器得到。

③将q轴扭矩补偿电流值Δi_q与q轴电流分量参考值i_{q_ref}相加后，得到q轴前馈补偿电流分量参考值

(3)采集三相输出电流进行Clarke变换与Park变换后，得到d、q轴的电流分量i_d、i_q。将q轴电流分量i_q与q轴前馈补偿电流分量参考值

的偏差，以及d轴电流分量i_d与d轴电流分量参考值i_{d_ref}的偏差分别作为电流环调节器的输入值，进行PI调节后，电流环调节器输出需要施加的空间电压矢量的分量u_q、u_d。将空间电压矢量的分量u_q、u_d经过Park反变换后，作为SVPWM的控制信号，驱动逆变器控制电机工作。

因此，相比于现有的采用固化扭矩补偿曲线进行压缩机低频振动抑制的方式相比，本发明通过构建转子压缩机的力矩模型以及压缩机电磁转矩模型，计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，得到扭矩补偿曲线，并将q轴扭矩补偿电流值Δi_q前馈到电流分量参考值i_{q_ref}进行实时控制。该扭矩补偿曲线取决于实时的压缩机转子位置Φ、角度Φ下的排气压力P_φ、角度Φ下的吸气压力P₁，随着不同工况进行变化，实现了不同工况下对压缩机扭矩有效补偿以及对压缩机低频振动的精确抑制。

本发明还提供了一种压缩机低频振动抑制系统，采用上述的压缩机低频振动抑制方法，参考图2所示，包括逆变器、电机；该系统还包括：

位置环调节器：用于将位置反馈值与给定的位置目标值之间的偏差作为位置环调节器的输入，进行PI调节后，将位置环调节器输出值作为速度环调节器的速度目标值n^* _ref；

速度环调节器：与位置环调节器级联，用于将速度目标值n^* _ref与速度反馈值n_ref之间的偏差作为速度环调节器的输入，进行PI调节后，将速度环调节器输出值作为q轴电流分量参考值i_{q_ref}。

前馈控制器：包括指令的存储器，指令在由前馈控制器执行时使前馈控制器执行包括以下的操作：

采集q轴电流分量i_q、q轴电流分量参考值i_{d_ref}、以及采集实时的压缩机转子位置Φ、角度Φ下的排气压力P_φ、角度Φ下的吸气压力P₁；

计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，并生成扭矩补偿曲线；

将q轴扭矩补偿电流值Δi_q与q轴电流分量参考值i_{d_ref}相加后，得到q轴前馈补偿电流分量参考值

电流环调节器：用于将q轴电流分量i_q与q轴前馈补偿电流分量参考值

的偏差，以及d轴电流分量i_d与d轴电流分量参考值i_{d_ref}的偏差分别作为电流环调节器的输入值，进行PI调节后，电流环调节器输出需要施加的空间电压矢量的分量u_q、u_d。

Clarke变换单元：用于将采集三相输出电流转换为静止坐标系下的电流分量i_α、i_β；

Park变换单元：用于将静止坐标系下的电流分量i_α、i_β转换为旋转坐标系下的d、q轴的电流分量i_d、i_q；

Park反变换单元：用于将旋转坐标系的空间电压矢量的分量u_q、u_d转换为静止坐标系下的空间电压矢量的分量u_α、u_β。

综上可知，本发明在现有采用固化扭矩补偿曲线进行压缩机低频振动抑制的方法的基础上进行改进，通过构建转子压缩机的力矩模型以及压缩机电磁转矩模型，计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，得到扭矩补偿曲线，并将q轴扭矩补偿电流值Δi_q前馈到电流分量参考值i_{q_ref}进行实时控制。该扭矩补偿曲线取决于实时的压缩机转子位置Φ、角度Φ下的排气压力P_φ、角度Φ下的吸气压力P₁，随着不同工况进行变化，实现了不同工况下对压缩机扭矩有效补偿，提高了对压缩机低频振动控制精度，取得更好的补偿效果。同时，根据该压缩机低频抑制方法，本发明还提供了相应的控制系统，对压缩机进行低频噪声抑制。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种压缩机低频振动抑制方法，其特征在于，包括：

构建转子压缩机力矩模型与压缩机电磁转矩模型；

根据转子压缩机力矩模型与压缩机电磁转矩模型，计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，生成扭矩补偿曲线；

将q轴扭矩补偿电流值Δi_q与q轴电流分量参考值i_{q_ref}相加后，得到q轴前馈补偿电流分量参考值

2.根据权利要求1所述的压缩机低频振动抑制方法，其特征在于，构建转子压缩机力矩模型的方法为：

根据压缩机力矩公式：

确定压缩机力矩模型；

式中：R为压缩机缸径，L为气缸厚度，ε＝e/R，e为偏心距，Φ为压缩机转子位置，P_φ是角度Φ下的排气压力，P₁是角度Φ下的吸气压力，缸径R、气缸厚度L以及ε都是定值。

3.根据权利要求2所述的压缩机低频振动抑制方法，其特征在于，构建压缩机电磁转矩模型的方法为：

由永磁同步电机的电磁转矩公式：

T_e＝P_n*[ψ_f*Δi_q+(L_d-L_q)*Δi_d*Δi_q] (2)

式中，P_n为极对数，ψ_f为磁通量，P_n、ψ_f为常值；L_d是d轴电感、L_q是q轴电感；Δi_d、Δi_q为d、q轴的扭矩补偿电流值，且Δi_d＝0；

则：

T_e＝P_n*ψ_f*Δi_q (3)

确定压缩机电磁转矩模型。

4.根据权利要求3所述的压缩机低频振动抑制方法，其特征在于，根据转子压缩机力矩模型与压缩机电磁转矩模型，计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，生成扭矩补偿曲线的方法为：

转子式压缩机电机运行时，输出的电磁扭矩T_e和转子力矩M是相等的，由公式(1)-(3)，则：

计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q为：

生成扭矩补偿曲线，扭矩补偿曲线是具有可变曲率的曲线，扭矩补偿曲线的可变曲率取决于实时的压缩机转子位置Φ、角度Φ下的排气压力P_φ、角度Φ下的吸气压力P₁。

5.根据权利要求4所述的压缩机低频振动抑制方法，其特征在于，该方法还包括：

采集电机转子速度、位置角信息；

将采集的位置角信息作为位置环调节器的位置反馈值，并将位置反馈值与给定的位置目标值之间的偏差作为位置环调节器的输入，进行PI调节后，将位置环调节器输出值作为速度环调节器的速度目标值n^* _ref；将采集的电机转子速度作为速度环调节器的速度反馈值n_ref，将速度目标值n^* _ref与速度反馈值n_ref之间的偏差作为速度环调节器的输入，进行PI调节后，将速度环调节器输出值作为q轴电流分量参考值i_{q_ref}。

6.根据权利要求5所述的压缩机低频振动抑制方法，其特征在于，该方法还包括：

采集三相输出电流进行Clarke变换与Park变换后，得到d、q轴的电流分量i_d、i_q；

将q轴电流分量i_q与q轴前馈补偿电流分量参考值

的偏差，以及d轴电流分量i_d与d轴电流分量参考值i_{d_ref}的偏差分别作为电流环调节器的输入值，进行PI调节后，电流环调节器输出需要施加的空间电压矢量的分量u_q、u_d；

将空间电压矢量的分量u_q、u_d经过Park反变换后，作为SVPWM的控制信号，驱动逆变器控制电机工作。

7.一种压缩机低频振动抑制系统，采用权利要求1-6任一项所述的压缩机低频振动抑制方法，包括逆变器、电机，其特征在于，系统还包括：

前馈控制器：包括指令的存储器，所述指令在由所述前馈控制器执行时使所述前馈控制器执行包括以下的操作：

采集q轴电流分量i_q、q轴电流分量参考值i_{d_ref}、以及采集实时的压缩机转子位置Φ、角度Φ下的排气压力P_φ、角度Φ下的吸气压力P₁；

计算q轴扭矩补偿电流值Δi_q，并生成扭矩补偿曲线；

将q轴扭矩补偿电流值Δi_q与q轴电流分量参考值i_{d_ref}相加后，得到q轴前馈补偿电流分量参考值

8.根据权利要求7所述的压缩机低频振动抑制系统，其特征在于，系统还包括：

位置环调节器：用于将位置反馈值与给定的位置目标值之间的偏差作为位置环调节器的输入，进行PI调节后，将位置环调节器输出值作为速度环调节器的速度目标值n^* _ref；

速度环调节器：与所述位置环调节器级联，用于将速度目标值n^* _ref与速度反馈值n_ref之间的偏差作为速度环调节器的输入，进行PI调节后，将速度环调节器输出值作为q轴电流分量参考值i_{q_ref}。

9.根据权利要求7或8所述的压缩机低频振动抑制系统，其特征在于，系统还包括：

电流环调节器：用于将q轴电流分量i_q与q轴前馈补偿电流分量参考值

的偏差，以及d轴电流分量i_d与d轴电流分量参考值i_{d_ref}的偏差分别作为电流环调节器的输入值，进行PI调节后，电流环调节器输出需要施加的空间电压矢量的分量u_q、u_d。

10.根据权利要求9所述的压缩机低频振动抑制系统，其特征在于，系统还包括：

Clarke变换单元：用于将采集三相输出电流转换为静止坐标系下的电流分量i_α、i_β；

Park变换单元：用于将静止坐标系下的电流分量i_α、i_β转换为旋转坐标系下的d、q轴的电流分量i_d、i_q；

Park反变换单元：用于将旋转坐标系的空间电压矢量的分量u_q、u_d转换为静止坐标系下的空间电压矢量的分量u_α、u_β。

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