CN111342723B - 一种永磁同步压缩机转速脉动抑制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种永磁同步压缩机转速脉动抑制方法及装置，包括：获取压缩机当前转速，并根据所述当前转速确定施加前馈补偿电流的频率，将施加所述前馈补偿电流的时刻的相位确定为参考零相位；确定所述参考零相位和所述前馈补偿电流的最优补偿相位之间的相位关系；根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位；根据所述两个起始相位进行二分迭代查找，确定所述最优补偿相位；将所述最优补偿相位确定为所述前馈补偿电流的相位进行前馈补偿以抑制转速脉动。本发明通过施加前馈补偿正弦波电流，以补偿周期性变化的压缩机负载转矩，可有效抑制压缩机的转速脉动。且前馈补偿电流的最优补偿相位可通过二分法快速查找得到，加快了收敛速度。

Description

一种永磁同步压缩机转速脉动抑制方法及装置
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种永磁同步压缩机转速脉动抑制方法及装置。
背景技术
变频空调是家用空调节能的主要研究方向，从早期的定速驱动，经过交流异步电机驱动，再到现在广泛使用的永磁同步电机直流变频驱动，经历了几十年的发展历程。变频空调之所以具有节能的优势，是因为当室内温度达到预设温度附近时，变频空调可以在中低频运行，提供维持室内温度的较小的制冷量或制热量，而不是像早期定速驱动那样简单的起停式控制。由于在中低频状态下冷媒的流速较慢，冷媒可以和室内外空气进行充分的热交换，从而大幅提升制冷/制热效率。
现有的永磁同步电机的转速脉动本质上是由转矩的脉动引起的，而转矩脉动的成因可以分为两大类：第一类是电机本体结构导致的输出转矩脉动，包括磁链谐波、齿槽效应等，这一类转矩脉动问题可以通过转子斜极、定子斜槽、分数槽绕组等电机设计技巧加以改善，也可以借助数字处理器在控制策略上进行改进；第二类是外部负载转矩的变化，例如突然加减负载、转矩周期性变化等，这一类转矩脉动问题只能依靠针对性的控制策略加以跟踪或补偿。
空调器在运行过程中，由于压缩机周期性地吸入和排出冷媒，滚动转子所处的机械角位置不同，对应的冷媒压力不同，导致压缩机负载转矩呈现出随机械角位置周期性变化的特性，引起转速脉动。尤其在1800r/min的转速以下时脉动现象十分明显，会带来显著的振动和噪声，并影响系统运行的稳定性。由于变频空调的永磁同步压缩机需要在10Hz甚至更低的运行频率下工作，所以对压缩机较低运行频率下的转速脉动抑制方法的研究具有一定的实际意义。
现有的抑制转速脉动方法中，最直接的方法是安装转矩传感器测量转矩，但受到压缩机空间和工况的限制，无法安装，且成本高昂。目前常采用的方案是负载转矩前馈补偿策略，将估测或近似得到的负载转矩对应的补偿电流与矢量控制中转速控制器输出的给定电流叠加，其中估测的方法可以通过数学模型法和观测器法实现，但是两者均对参数比较敏感，并且涉及转速的微分项，会给补偿电流带来较大的噪声。
工程上通常将忽略负载转矩的谐波成分，仅对占负载转矩主要部分的基本成分使用正弦波补偿电流进行补偿，频率为当前转速对应的机械频率、幅值和相位通过查表得到。而表格需要在某一型号压缩机出厂前进行测试，确定不同工况下对应的最优补偿的幅值和相位，固化到处理器的闪存中，用于运行时查表。但是查表法也存在一些不足之处：（1）只能离散地给出特定转速下的补偿幅值和相位，对于表格中没有的转速，只能就近选取或者插值补偿；（2）由于实际工况中转速的波动、冷媒压力变化情况与建表时的略有不同，查表得到的幅值和相位用于补偿效果不尽如人意，需要微调幅值和相位以获得理想的转速脉动抑制效果；（3）每个机型均需要做一次表格，工作量大；（4）白色家电多使用低成本的数字处理器，表格会占用有限的存储空间。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种永磁同步压缩机转速脉动抑制方法，针对工程常用的正弦波前馈补偿方案，使用二分法对最优的补偿电流相位进行在线查找而无需查表，并且受益于二分法高效的时间复杂度，具有收敛速度快的特点。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种永磁同步压缩机转速脉动抑制方法，其包括：
获取压缩机当前转速，并根据所述当前转速确定施加前馈补偿电流的频率，将施加所述前馈补偿电流的时刻的相位确定为参考零相位；
确定所述参考零相位和所述前馈补偿电流的最优补偿相位之间的相位关系；
根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位；
根据所述两个起始相位进行二分迭代查找，确定所述最优补偿相位；
将所述最优补偿相位确定为所述前馈补偿电流的相位进行前馈补偿以抑制转速脉动。
由此，通过在永磁同步电机双闭环矢量控制的转矩电流上施加前馈补偿正弦波电流，用以补偿周期性变化的压缩机负载转矩，进而抑制压缩机的转速脉动。其中，正弦波前馈电流的最优补偿相位通过二分法快速查找得到。且本发明不需要获得压缩机转子的绝对机械位置，直接以参考零相位为起点搜索相对于参考零相位的最优补偿相位，可以在不依赖查表的基础上，利用二分法快速获得最优补偿相位，因此减小了离线建表所带来的工作量，节约了低成本处理器有限的存储空间，并获得了更快的收敛速度。
进一步地，所述确定所述参考零相位和所述前馈补偿电流的最优补偿相位之间的相位关系包括：根据转速脉动抑制指标的变化趋势来确定所述参考零相位和所述最优补偿相位之间的所述相位关系。
由此，通过转速脉动抑制指标及其变化趋势可准确判断参考零相位和最优补偿相位的相位关系，便于对后续二分法选取初始相位的选择，加快处理速度。
进一步地，所述转速脉动抑制指标根据所述压缩机一个机械周期内的机械角速度的最大值和最小值之差与当前机械角速度平方根的比值来确定。
由此，通过机械角速度的最大值和最小值之差以及当前机械角速度的比值可准确判断对转速脉动的抑制情况，提高对转速脉动抑制的可靠性。
进一步地，所述根据转速脉动抑制指标的变化趋势来确定所述参考零相位和所述最优补偿相位之间的所述相位关系包括：
确定未施加所述前馈补偿电流时的初始转速脉动抑制指标；
分别确定施加所述前馈补偿电流的当前时刻的第一转速脉动抑制指标和下一时刻的第二转速脉动抑制指标；
根据所述初始转速脉动抑制指标、所述第一转速脉动抑制指标和所述第二转速脉动抑制指标来确定所述相位关系。
由此，根据多个时刻的转速脉动抑制指标进行比较，使得对相位关系的判断更为准确，可有效提高对最优补偿相位进行优化的准确度，保证系统运行的可靠性。
进一步地，所述根据所述初始转速脉动抑制指标、所述第一转速脉动抑制指标和所述第二转速脉动抑制指标来确定所述相位关系包括：
当所述第一转速脉动抑制指标大于所述初始转速脉动抑制指标，且所述第二转速脉动抑制指标小于所述第一转速脉动抑制指标时，所述相位关系为第一相位关系，所述第一相位关系表示所述参考零相位和所述前馈补偿电流的最优补偿相位之间的相位差位于第一角度与第二角度之间，其中，所述第一角度小于所述第二角度。
由此，根据对施加前馈补偿电流的前后多个时刻的脉动抑制指标的比较，结合系统转速脉动特性，对相位关系进行更为准确的划分，提高判断的准确度。
进一步地，所述根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位包括：若所述相位关系为所述第一相位关系，则使用π/3作为补偿相位进行补偿，确定对应的补偿转速脉动抑制指标，当所述补偿转速脉动抑制指标小于所述第一转速脉动抑制指标时，选择π/3和2π/3作为所述两个起始相位，否则选择2π/3和π作为所述两个起始相位。
由此，根据相位关系来合理选择起始位置，可加快最优补偿相位的收敛速度，提高运算效率。
进一步地，所述根据所述初始转速脉动抑制指标、所述第一转速脉动抑制指标和所述第二转速脉动抑制指标来确定所述相位关系还包括：当所述第一转速脉动抑制指标小于所述初始转速脉动抑制指标，且所述第二转速脉动抑制指标小于所述第一转速脉动抑制指标时，所述相位关系为第二相位关系，所述第二相位关系表示所述相位差位于零度与所述第一角度之间。
由此，根据对施加前馈补偿电流的前后多个时刻的脉动抑制指标的比较，结合系统转速脉动特性，对相位关系进行合理的划分，提高对补偿相位优化的可靠性。
进一步地，所述根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位包括：若所述相位关系为所述第二相位关系，则选择0和π/3作为所述两个起始相位。
由此，根据对起始相位的合理选择，便于利用二分法进行优化，提高对最优补偿相位的计算速度，提升计算运行速度。
进一步地，所述根据所述初始转速脉动抑制指标、所述第一转速脉动抑制指标和所述第二转速脉动抑制指标来确定所述相位关系还包括：当所述第一转速脉动抑制指标小于所述初始转速脉动抑制指标，且所述第二转速脉动抑制指标大于所述第一转速脉动抑制指标时，所述相位关系为第三相位关系，所述第三相位关系表示所述相位差位于零度与负的所述第一角度之间。
由此，结合系统转速脉动特性，以及对施加前馈补偿电流的前后多个时刻的脉动抑制指标的比较结果，使得对相位关系的判断更为准确。
进一步地，所述根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位包括：若所述相位关系为所述第三相位关系，则选择0和-π/3作为所述两个起始相位。
由此，根据参考零相位与最优补偿相位的相位差关系来选择合理的起始位置，能使得对最优补偿相位的收敛更为快速准确，提高处理效率。
进一步地，所述根据所述初始转速脉动抑制指标、所述第一转速脉动抑制指标和所述第二转速脉动抑制指标来确定所述相位关系还包括：当所述第一转速脉动抑制指标大于所述初始转速脉动抑制指标，且所述第二转速脉动抑制指标大于所述第一转速脉动抑制指标时，所述相位关系为第四相位关系，所述第四相位关系表示所述差位于负的所述第一角度与负的所述第二角度之间。
由此，根据系统转速脉动的周期性特性，结合对施加前馈补偿电流的前后多个时刻的脉动抑制指标的比较结果，使得对相位关系的判断更为快速准确，有效提高处理效率。
进一步地，所述根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位包括：若所述相位关系为所述第四相位关系，则使用-π/3作为补偿相位进行补偿，确定对应的补偿转速脉动抑制指标，当所述补偿转速脉动抑制指标小于所述第一转速脉动抑制指标时，选择-π/3和-2π/3作为所述两个起始相位，否则选择-2π/3和-π作为所述两个起始相位。
由此，使用二分法在线查找最优补偿相位，无需查表，减小了建立表格所需要的工作量，节约了处理器的存储空间。且由于二分法的对数时间复杂度，能从参考零相位所对应的两个二分起始相位开始，快速地收敛到最优补偿相位，所需迭代次数少。
本发明的第二目的在于提供一种永磁同步压缩机转速脉动抑制装置，通过施加前馈补偿电流来有效抑制压缩机的转速脉动。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种永磁同步压缩机转速脉动抑制装置，其包括：
获取单元，用于获取压缩机当前转速，并根据所述当前转速确定施加前馈补偿电流的频率，将施加所述前馈补偿电流的时刻的相位确定为参考零相位；
处理单元，用确定所述参考零相位和所述前馈补偿电流的最优补偿相位之间的相位关系；还用于根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位；还用于根据所述两个起始相位进行二分迭代查找，确定所述最优补偿相位；
控制单元，用于将所述最优补偿相位确定为所述前馈补偿电流的相位进行前馈补偿以抑制转速脉动。
所述永磁同步压缩机转速脉动抑制装置与上述永磁同步压缩机转速脉动抑制方法相对于现有技术所具有的有益效果相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法的原理示意图；
图2为本发明实施例的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法的流程示意图；
图3为本发明实施例的相位圆与相位关系示意图；
图4为本发明实施例的本发明实施例的确定相位关系的流程示意图；
图5a为本发明实施例的相位关系示意图一，图5b为本发明实施例的相位关系示意图二；
图6a为本发明实施例的二分迭代示意图一，图6b为本发明实施例的二分迭代示意图二；
图7为本发明实施例的永磁同步压缩机转速脉动抑制装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
现有的变频空调压缩机使用的永磁同步电机在运行过程中，负载会出现周期性脉动，这种周期性的负载脉动将导致压缩机输出转速的波动，影响空调正常运行的稳定性。本发明通过在永磁同步电机双闭环矢量控制的转矩电流上前馈补偿正弦波电流，用以补偿周期性变化的压缩机负载转矩，进而抑制压缩机的转速脉动。
图1所示为根据本发明实施例的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法的原理示意图。在本发明实施例，从永磁同步压缩机（PMSM，Permanent Magnet Synchronous Motor）处获取转子位置和转速，可确定负载转矩脉动的频率。在永磁同步压缩机的双闭环矢量控制转速调节器输出的转矩电流上，加上前馈正弦波补偿电流进行前馈补偿。经过前馈补偿后的电流经电流调节器调节后，经过PARK变换转换到旋转坐标系下，进行空间矢量脉宽调制(SVPWM，Space Vector Pulse Width Modulation)，以控制压缩机的转速调节，使得永磁同步压缩机的转速脉动得到有效抑制。当永磁同步压缩机未进行补偿时，其稳定运行在特定转速附近，为减小转速脉动，将施加前馈补偿电流来进行转速脉动抑制。根据二分法确定前馈补偿电流的最优补偿相位，并根据所述最优补偿相位进行正弦波补偿电流计算，确定前馈补偿正弦波电流。本发明在永磁同步压缩机的双闭环矢量控制转速调节器输出的转矩电流上，加上所述前馈正弦波补偿电流进行前馈补偿，可使得永磁同步压缩机的转速脉动得到有效抑制。
图2所示为根据本发明实施例的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法的流程示意图，包括步骤S1至S5。
在步骤S1中，获取压缩机当前转速，并根据所述当前转速确定施加前馈补偿电流的频率，将施加所述前馈补偿电流的时刻的相位确定为参考零相位。在本发明实施例中，当永磁同步压缩机未进行补偿时，获取当前的压缩机转速n 0，并确定负载转矩脉动的频率为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。为减小转速脉动，将施加前馈补偿电流来进行转速脉动抑制，此时所施加的前馈补偿电流的频率和负载转矩脉动的频率相同，也为
Figure 254803DEST_PATH_IMAGE002
。在本发明实施例中，将施加前馈补偿电流时刻的相位设置为0，即将此时前馈补偿电流的相位确定为参考零相位。
在本发明实施例中，所述前馈补偿电流的幅值为转速调节器输出的转矩电流的0.9倍。可以理解的是，前馈补偿电流的幅值可按照经验给定，本发明并不以此为限。
在步骤S2中，确定所述参考零相位和所述前馈补偿电流的最优补偿相位之间的相位关系。在本发明实施例中，根据转速脉动抑制指标的变化趋势来确定所述相位关系。其中，所述转速脉动抑制指标根据永磁同步压缩机一个机械周期内的机械角速度的最大值和最小值之差与当前机械角速度平方根的比值来确定。在本发明实施例中，转速脉动抑制指δω表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。
其中，ω max和ω min分别表示一个机械周期内的机械角速度的最大值和最小值，ω 0表示当前的给定角速度。可以理解的是，转速脉动抑制指标在一个机械周期中计算一次，考虑到随机误差的影响，在本发明其他实施例中，可使用多个机械周期的平均值作为当前补偿相位下的转速脉动抑制指标：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
其中，M表示计算平均值的机械周期个数，M越大，则当前补偿相位计算得到的转速脉动抑制指标越准确，但相应地需要更多的时间完成一次计算，收敛时间延长。
图3所示为根据本发明实施例的相位圆与相位关系示意图。在本发明实施例中，令所有可选相位分布在一个相位圆上，ϕ∈[0, 2π)，以顺时针为正方向。当参考零相位
Figure DEST_PATH_IMAGE008
确定之后，则此时相对应的最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010
存在且固定，与参考零相位
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
存在一定的相位差。但对于不同时间点施加的前馈补偿电流，其参考零相位的真实机械角位置不同，因此最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
不同，可能为在0到2π之间的任意值。因此需根据转速脉动抑制指标的变化趋势来确定参考零相位
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
与最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010AA
之间的相位差，即所述相位关系，根据所述相位差来进一步确定所述最优补偿相位。
在本发明实施例中，由于最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAA
与参考零相位
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAA
存在相位差：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
。
为判断实际补偿电流和最优补偿电流之间存在相位差的情形，假定两者幅值相同，标幺化为单位1，相位差为
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAA
。则实际补偿电流
Figure DEST_PATH_IMAGE021
和最优补偿电流
Figure DEST_PATH_IMAGE023
的差值如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
。
由上式可知，当
Figure DEST_PATH_IMAGE027
时，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，使得上述整个公式的计算结果幅值为1，表示当最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE027A
时，理论上与未叠加补偿时的效果相同。因此选
Figure DEST_PATH_IMAGE032
作为边界条件，当相位差小于
Figure DEST_PATH_IMAGE032A
时相对于未补偿时具有更好的补偿效果，大于
Figure DEST_PATH_IMAGE032AA
时则补偿效果反而变差。
由此，可以通过上式判断当补偿相位在
Figure DEST_PATH_IMAGE036
的区间内，转速脉动幅值在补偿后能够得到抑制，且越接近ϕ opt抑制效果越好；在相对角度的区间内，转速脉动幅值在补偿后反而增大，当ϕ opt=180°时约为不补偿时的两倍。
如图3所示，ϕ 0=0为参考零相位，最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAA
位于相位圆的任一位置。由上述分析已知使用
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAA
进行补偿能够获得最佳的转速脉动抑制效果，使用
Figure DEST_PATH_IMAGE040
进行补偿转速脉动幅值增大，而
Figure DEST_PATH_IMAGE042
对应的补偿效果和未补偿时相同。以此为标准，可以得到四种参考零相位与最优补偿相位的相位关系，分别为相位关系I、II、III、IV。在本发明实施例中，相位关系I表示参考零相位和最优补偿相位之间的相位差位于第一角度与第二角度之间，其中第一角度小于第二角度，相位关系II表示相位差位于零度与第一角度之间，相位关系III表示相位差位于零度与负的第一角度之间，相位关系IV表示相位差位于负的第一角度与负的第二角度之间。在本发明实施例中，第一角度为π/3，第二角度为π。可以理解的是，根据所述第一角度和所述第二角度，可进行对上述相位关系I、II、III、IV的划分。可以理解的是，在如图3所示的相位圆中，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
与
Figure DEST_PATH_IMAGE046
实际对应的是相同的位置。
在本发明实施例中，如图3所示，相位关系II和相位关系III对应的参考零相位和最优补偿相位的相位差小于π/3，即相位差分别位于区间
Figure DEST_PATH_IMAGE048
、
Figure DEST_PATH_IMAGE050
内；相位关系I和相位关系IV对应的参考零相位和最优补偿相位的相位差分别位于区间
Figure DEST_PATH_IMAGE052
、
Figure DEST_PATH_IMAGE054
内。在图3中，参考零相位和最优补偿相位的相位关系为相位关系I。
图4所示为根据本发明实施例的确定相位关系的流程示意图，包括步骤S21至S23。
在步骤S21中，确定未施加所述前馈补偿电流时的初始转速脉动抑制指标。在本发明实施例中，首先计算未施加前馈补偿电流之前的转速脉动抑制指标，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE056
。
在步骤S22中，分别确定施加所述前馈补偿电流的当前时刻的第一转速脉动抑制指标和下一时刻的第二转速脉动抑制指标。在本发明实施例中，确定参考零相位对应的时刻作为当前时刻，计算参考零相位对应的转速脉动抑制指标
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为第一转速脉动抑制指标。确定从参考零相位转动一个步长所对应的时刻作为下一时刻，使用
Figure DEST_PATH_IMAGE060
作为前馈补偿电流的下一时刻的相位，计算得到δω 1为第二转速脉动抑制指标，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE062
表示从参考零相位转动一个步长所对应的相位。
在步骤S23中，根据所述初始转速脉动抑制指标、所述第一转速脉动抑制指标和所述第二转速脉动抑制指标来确定所述相位关系。在本发明实施例中，根据参考零相位和最优补偿相位的相位关系的判断规则一、二，确定两者的相位关系。
其中，相位关系判断规则一为：判别
Figure DEST_PATH_IMAGE064
的符号。若
Figure DEST_PATH_IMAGE066
，则对应于图3中
Figure DEST_PATH_IMAGE068
的扇形区间，即参考零相位
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAA
与最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAA
对应的相位关系为II或III；若
Figure DEST_PATH_IMAGE072
，则对应于图3中另一个扇形区间内，即参考零相位
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAA
与最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAAA
对应的相位关系为I或IV。
相位关系判断规则二为：判别
Figure DEST_PATH_IMAGE076
的符号。在本发明实施例中，
Figure DEST_PATH_IMAGE076A
表示参考零相位处转速脉动抑制指标关于相位的导数，使用相邻两个相位对应的转速脉动抑制指标计算，如下所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE079
。
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE081
表示参考零相位，
Figure DEST_PATH_IMAGE083
表示参考零相位顺时针前进一个步长所对应的相位，δω 0表示
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAA
对应的转速脉动抑制指标，δω 1表示
Figure DEST_PATH_IMAGE086
对应的转速脉动抑制指标。
若
Figure DEST_PATH_IMAGE088
，即
Figure DEST_PATH_IMAGE090
，则参考零相位
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAA
与最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAAAA
对应的相位关系为III或IV；若
Figure DEST_PATH_IMAGE094
，即
Figure DEST_PATH_IMAGE096
，则参考零相位
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAAA
与最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAAAAA
对应的相位关系为I或II。
图5a所示为根据本发明实施例的相位关系示意图一，图5b所示为根据本发明实施例的相位关系示意图二，根据下表1可对相位关系进行确定。如图5a所示，当
Figure DEST_PATH_IMAGE100
时，参考零相位
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAAAA
与最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAAAAAA
为相位关系I。如图5b所示，当
Figure DEST_PATH_IMAGE104
时，参考零相位
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAAAAA
与最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAAAAAAA
为相位关系IV。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE108
在步骤S3中，根据所述相位关系，选取用于二分迭代的两个起始相位。在本发明实施例中，根据上述相位关系判断规则，参考零相位和最优补偿相位的相位关系已经确定，需要采用合适的方法来快速确定最优补偿相位。对于区间[a，b]上连续不间断且f（a）·f（b）<0的函数y=f（x），通过不断地把函数f（x）的零点所在的区间一分为二，使区间的两个端点逐步逼近零点，进而得到零点近似值的方法叫二分法。在本发明实施例中，采用二分法对最优补偿相位进行二分迭代，通过合理选择两个起始相位进行二分查找，可快速收敛到所述最优补偿相位。接下来需要确定两个二分法的起始相位，作为基于二分法进行二分查找的迭代初值。其中，两个二分起始相位的初值选择如下：
若参考零相位和最优补偿相位的相位关系为相位关系I，则使用π/3作为补偿相位进行补偿，计算对应的转速脉动抑制指标
Figure DEST_PATH_IMAGE110
，并和补偿起始时刻的转速脉动抑制指标
Figure DEST_PATH_IMAGE112
对比，若
Figure DEST_PATH_IMAGE114
，则选择π/3和2π/3作为两个二分起始相位，否则选择2π/3和π作为两个二分起始相位。
若参考零相位和最优补偿相位的相位关系为相位关系II：直接选择0和π/3作为两个二分起始相位。
若参考零相位和最优补偿相位的相位关系为相位关系III：直接选择0和-π/3作为两个二分起始相位。
若参考零相位和最优补偿相位的相位关系为相位关系IV：使用-π/3作为补偿相位进行补偿，计算对应的转速脉动抑制指标
Figure DEST_PATH_IMAGE116
，并和补偿起始时刻的转速脉动抑制指标
Figure DEST_PATH_IMAGE112A
对比，若
Figure DEST_PATH_IMAGE119
，则选择-π/3和-2π/3作为两个二分起始相位，否则选择-2π/3和-π作为两个二分起始相位。
在步骤S4中，根据所述两个起始相位进行二分迭代查找，确定所述最优补偿相位。在本发明实施例中，在第1次迭代计算时，将上述步骤确定的两个二分起始相的补偿电流送入前馈环节进行补偿，计算转速脉动抑制指标。将其中转速脉动抑制指标较大的相位记作
Figure DEST_PATH_IMAGE121
，其中转速脉动抑制指标较小的相位记作
Figure DEST_PATH_IMAGE123
，转速脉动抑制指标为
Figure DEST_PATH_IMAGE125
，计算两者的平均相位
Figure DEST_PATH_IMAGE127
：
Figure DEST_PATH_IMAGE129
。
通过二分法的原理可以确定，最优补偿相位在
Figure DEST_PATH_IMAGE123A
和
Figure DEST_PATH_IMAGE127A
之间。
然后，将
Figure DEST_PATH_IMAGE127AA
作为补偿相位进行前馈控制，计算对应的转速脉动抑制指标
Figure DEST_PATH_IMAGE134
。判断
Figure DEST_PATH_IMAGE125A
r和
Figure DEST_PATH_IMAGE134A
大小，若
Figure DEST_PATH_IMAGE138
，则赋值：
Figure DEST_PATH_IMAGE140
，
Figure DEST_PATH_IMAGE142
；若
Figure DEST_PATH_IMAGE144
，则赋值：
Figure DEST_PATH_IMAGE146
，
Figure DEST_PATH_IMAGE148
，并计算第2次迭代的平均相位
Figure DEST_PATH_IMAGE150
。在本发明实施例中，将计算出的转速脉动抑制指标
Figure DEST_PATH_IMAGE152
与
Figure DEST_PATH_IMAGE154
比较，并根据比较结果进行类似上述的赋值过程。以此类推进行上述二分迭代计算，随着迭代次数i的增加，
Figure DEST_PATH_IMAGE156
会收敛于最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAAAAAAAA
。
图6a所示为根据本发明实施例的二分迭代示意图一，图6b所示为根据本发明实施例的二分迭代示意图二，以参考零相位和最优补偿相位的相位关系为相位关系I为例，图6a和图6b分别给出了第1次迭代和第2次迭代的赋值过程。如图6a所示，确定两个初始相位对应的转速脉动抑制指标，将其中转速脉动抑制指标较大的相位记作
Figure DEST_PATH_IMAGE121A
，其中转速脉动抑制指标较小的相位记作
Figure DEST_PATH_IMAGE123AA
，并计算两者的平均相位
Figure DEST_PATH_IMAGE127AAA
。如图6b所示，将
Figure DEST_PATH_IMAGE127AAAA
作为补偿相位进行前馈控制，计算对应的转速脉动抑制指标
Figure DEST_PATH_IMAGE134AA
。此时
Figure DEST_PATH_IMAGE138A
，则将
Figure DEST_PATH_IMAGE127AAAAA
赋值给
Figure DEST_PATH_IMAGE166
，将
Figure DEST_PATH_IMAGE123AAA
赋值给
Figure DEST_PATH_IMAGE169
，实现向最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAAAAAAAAA
的逐渐收敛。
在步骤S5中，将所述最优补偿相位确定为所述前馈补偿电流的相位进行前馈补偿以抑制转速脉动。在本发明实施例中，将二分法优化迭代后确定的最优补偿相位
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAAAAAAAAAA
对应的正弦波前馈补偿电流进行补偿，以此实现对永磁同步压缩机转速脉动的有效抑制。
本发明提供的一种永磁同步压缩机转速脉动抑制方法，通过在永磁同步电机双闭环矢量控制的转矩电流上施加前馈补偿正弦波电流，用以补偿周期性变化的压缩机负载转矩，进而抑制压缩机的转速脉动。其中，正弦波前馈电流的最优补偿相位通过二分法快速查找得到。且本发明不需要获得压缩机转子的绝对机械位置，直接以参考零相位为起点搜索相对于参考零相位的最优补偿相位，可以在不依赖查表的基础上，利用二分法快速获得最优补偿相位，因此减小了离线建表所带来的工作量，节约了低成本处理器有限的存储空间，并获得了更快的收敛速度。
图7所示为本发明实施例的永磁同步压缩机转速脉动抑制装置700的结构示意图，包括获取单元701、处理单元702和控制单元703。
获取单元701用于获取压缩机当前转速，并根据所述当前转速确定施加前馈补偿电流的频率，将施加所述前馈补偿电流的时刻的相位确定为参考零相位。
处理单元702用于确定所述参考零相位和所述前馈补偿电流的最优补偿相位之间的相位关系；还用于根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位；还用于根据所述两个起始相位进行二分迭代查找，确定所述最优补偿相位。
控制单元703用于将所述最优补偿相位确定为所述前馈补偿电流的相位进行前馈补偿以抑制转速脉动。
在本发明实施例中，处理单元702还用于根据转速脉动抑制指标来确定所述参考零相位和所述最优补偿相位之间的所述相位关系。
处理单元702还用于确定未施加所述前馈补偿电流时的初始转速脉动抑制指标；还用于分别确定施加所述前馈补偿电流的当前时刻的第一转速脉动抑制指标和下一时刻的第二转速脉动抑制指标；还用于根据所述初始转速脉动抑制指标、所述第一转速脉动抑制指标和所述第二转速脉动抑制指标来确定所述相位关系。
所述永磁同步压缩机转速脉动抑制装置700的各个单元的更具体实现方式可以参见对于本发明的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法的描述，且具有与之相似的有益效果，在此不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种永磁同步压缩机转速脉动抑制方法，其特征在于，包括：
获取压缩机当前转速，并根据所述当前转速确定施加前馈补偿电流的频率，将施加所述前馈补偿电流的时刻的相位确定为参考零相位；
确定所述参考零相位和所述前馈补偿电流的最优补偿相位之间的相位关系，包括：
确定未施加所述前馈补偿电流时的初始转速脉动抑制指标；
分别确定施加所述前馈补偿电流的当前时刻的第一转速脉动抑制指标和下一时刻的第二转速脉动抑制指标；
根据所述初始转速脉动抑制指标、所述第一转速脉动抑制指标和所述第二转速脉动抑制指标来确定所述相位关系，其中，所述相位关系预先划分为四种，分别对应所述参考零相位与所述最优补偿相位之间不同的相位差；
根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位；
根据所述两个起始相位进行二分迭代查找，确定所述最优补偿相位；
将所述最优补偿相位确定为所述前馈补偿电流的相位进行前馈补偿以抑制转速脉动。
2.如权利要求1所述的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法，其特征在于，所述转速脉动抑制指标根据所述压缩机一个机械周期内的机械角速度的最大值和最小值之差与当前机械角速度平方根的比值来确定。
3.如权利要求1所述的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法，其特征在于，所述根据所述初始转速脉动抑制指标、所述第一转速脉动抑制指标和所述第二转速脉动抑制指标来确定所述相位关系包括：
当所述第一转速脉动抑制指标大于所述初始转速脉动抑制指标，且所述第二转速脉动抑制指标小于所述第一转速脉动抑制指标时，所述相位关系为第一相位关系，所述第一相位关系表示所述参考零相位和所述前馈补偿电流的最优补偿相位之间的相位差位于预设的第一角度与预设的第二角度之间，其中，所述第一角度为π/3，所述第二角度为π。
4.如权利要求3所述的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法，其特征在于，所述根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位包括：若所述相位关系为所述第一相位关系，则使用π/3作为补偿相位进行补偿，确定对应的补偿转速脉动抑制指标，当所述补偿转速脉动抑制指标小于所述第一转速脉动抑制指标时，选择π/3和2π/3作为所述两个起始相位，否则选择2π/3和π作为所述两个起始相位。
5.如权利要求3所述的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法，其特征在于，所述根据所述初始转速脉动抑制指标、所述第一转速脉动抑制指标和所述第二转速脉动抑制指标来确定所述相位关系还包括：
当所述第一转速脉动抑制指标小于所述初始转速脉动抑制指标，且所述第二转速脉动抑制指标小于所述第一转速脉动抑制指标时，所述相位关系为第二相位关系，所述第二相位关系表示所述相位差位于零度与所述第一角度之间。
6.如权利要求5所述的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法，其特征在于，所述根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位包括：若所述相位关系为所述第二相位关系，则选择0和π/3作为所述两个起始相位。
7.如权利要求3所述的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法，其特征在于，所述根据所述初始转速脉动抑制指标、所述第一转速脉动抑制指标和所述第二转速脉动抑制指标来确定所述相位关系还包括：
当所述第一转速脉动抑制指标小于所述初始转速脉动抑制指标，且所述第二转速脉动抑制指标大于所述第一转速脉动抑制指标时，所述相位关系为第三相位关系，所述第三相位关系表示所述相位差位于零度与负的所述第一角度之间。
8.如权利要求7所述的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法，其特征在于，所述根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位包括：若所述相位关系为所述第三相位关系，则选择0和-π/3作为所述两个起始相位。
9.如权利要求3所述的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法，其特征在于，所述根据所述初始转速脉动抑制指标、所述第一转速脉动抑制指标和所述第二转速脉动抑制指标来确定所述相位关系还包括：
当所述第一转速脉动抑制指标大于所述初始转速脉动抑制指标，且所述第二转速脉动抑制指标大于所述第一转速脉动抑制指标时，所述相位关系为第四相位关系，所述第四相位关系表示所述相位差位于负的所述第一角度与负的所述第二角度之间。
10.如权利要求9所述的永磁同步压缩机转速脉动抑制方法，其特征在于，所述根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位包括：若所述相位关系为所述第四相位关系，则使用-π/3作为补偿相位进行补偿，确定对应的补偿转速脉动抑制指标，当所述补偿转速脉动抑制指标小于所述第一转速脉动抑制指标时，选择-π/3和-2π/3作为所述两个起始相位，否则选择-2π/3和-π作为所述两个起始相位。
11.一种永磁同步压缩机转速脉动抑制装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取压缩机当前转速，并根据所述当前转速确定施加前馈补偿电流的频率，将施加所述前馈补偿电流的时刻的相位确定为参考零相位；
处理单元，用于确定所述参考零相位和所述前馈补偿电流的最优补偿相位之间的相位关系，包括：
用于确定未施加所述前馈补偿电流时的初始转速脉动抑制指标；
用于分别确定施加所述前馈补偿电流的当前时刻的第一转速脉动抑制指标和下一时刻的第二转速脉动抑制指标；
用于根据所述初始转速脉动抑制指标、所述第一转速脉动抑制指标和所述第二转速脉动抑制指标来确定所述相位关系，其中，所述相位关系预先划分为四种，分别表示所述参考零相位与所述最优补偿相位之间不同的相位差；还用于根据所述相位关系，选取两个用于二分迭代的起始相位；还用于根据所述两个起始相位进行二分迭代查找，确定所述最优补偿相位；
控制单元，用于将所述最优补偿相位确定为所述前馈补偿电流的相位进行前馈补偿以抑制转速脉动。
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