CN111541413A - 压缩机控制方法、控制装置及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压缩机控制方法、控制装置及空调器，所述方法包括：压缩机启动后，实时获取当前转速设定值、当前q轴电流设定值；根据当前转速设定值、当前q轴电流设定值及已知的磁通量、d轴电感、q轴电感和限值电压，确定当前弱磁控制的d轴电流i_d1；根据当前q轴电流设定值、磁通量、d轴电感、q轴电感，确定当前MTPA控制的d轴电流i_d2；选取所述i_d1和所述i_d2中的绝对值较小者，确定为当前d轴电流设定值；将当前d轴电流设定值和当前q轴电流设定值作为输入量输入到压缩机控制用电流环中，对压缩机进行控制。应用本发明，可以解决现有技术的压缩机在MTPA控制和弱磁控制的切换过程中容易产生电流冲击而造成压缩机运行不平稳的技术问题。

Description

压缩机控制方法、控制装置及空调器

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体地说，是涉及压缩机控制方法、控制装置及空调器。

背景技术

目前在空调压缩机驱动领域，广泛采用变频驱动方式。所谓变频，就是将单相或三相电整流成直流电，然后再通过功率模块逆变成UVW三相电驱动压机。

采用永磁同步电机的压缩机，由于永磁同步电机d轴电感和q轴电感不相等，因此存在磁阻转矩，故在低频和正常运转范围内，产生的反电动势小于最大电压限值，可采用MTPA(最大转矩电流比)控制，以降低电机铜耗，提高运行效率。随着电机转速的提高，磁场产生的反电动势随之加大，当达到最大电压限值时，若要进一步拓宽压缩机频率，需要采用FW(弱磁)控制，以增大d轴电流，削弱定子永磁体的磁通量，拓转转速范围。

在压缩机的控制中，MTPA控制和FW控制的切换尤为重要。现有技术中，通常根据反电动势是否达到最大电压限值作为切换控制的判断依据。但在实际应用中，根据该判断依据执行MTPA控制和FW控制的切换过程中，容易产生较大的电流冲击，影响变频器的输出性能，造成压缩机失步，运行不平稳。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种压缩机控制方法、控制装置及空调器，解决现有技术的压缩机在MTPA控制和弱磁控制的切换过程中容易产生电流冲击而造成压缩机运行不平稳的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种压缩机控制方法，包括：

压缩机启动后，实时获取当前转速设定值ω_r、当前q轴电流设定值i_qr；

根据所述ω_r、所述i_qr及已知的磁通量ψ_a、d轴电感Ld、q轴电感Lq和限值电压Vom，确定当前弱磁控制的d轴电流i_d1：

其中，

根据所述i_qr、所述ψ_a、所述Ld和所述Lq，确定当前MTPA控制的d轴电流i_d2：

其中，

选取所述i_d1和所述i_d2中的绝对值较小者，确定为当前d轴电流设定值i_dr；

将所述i_dr和所述i_qr作为输入量输入到压缩机控制用电流环中，对压缩机进行控制。

如上所述的压缩机控制方法，实时获取所述当前q轴电流设定值i_qr，具体包括：

获取压缩机的当前转速估计值，将所述当前转速估计值和所述当前转速设定值ω_r作为输入量输入到压缩机控制用速度环中，利用所述速度环中的PI调节器处理，输出所述当前q轴电流设定值i_qr。

如上所述的压缩机控制方法，将所述i_dr和所述i_qr作为输入量输入到压缩机控制用电流环中，对压缩机进行控制，具体包括：

所述当前d轴电流设定值i_dr和当前d轴实际电流作比较后输入到所述电流环中的PI调节器，运算得到当前d轴设定电压；所述当前q轴电流设定值i_qr和当前q轴实际电流作比较后输入到所述电流环中的PI调节器，运算得到当前q轴设定电压；

将所述当前d轴设定电压和所述当前q轴设定电压作park逆变换，获得两相静止坐标系下的当前α轴设定电压和当前β轴设定电压；

根据所述当前α轴设定电压和所述当前β轴设定电压，通过空间矢量调制产生PWM信号控制逆变器，输出三相电压指令，驱动压缩机运行。

如上所述的压缩机控制方法，所述实时获取当前转速设定值ω_r、当前q轴电流设定值i_qr，具体包括：

将载波周期作为采样周期，在一个载波周期内，执行一次检测和获取所述当前转速设定值ω_r和所述当前q轴电流设定值i_qr的过程。

一种压缩机控制装置，包括：

当前转速设定值获取单元，用于实时获取当前转速设定值ω_r；

当前q轴电流设定值获取单元，用于实时获取当前q轴电流设定值i_qr；

当前d轴电流设定值确定单元，用于根据所述ω_r、所述i_qr及已知的磁通量ψ_a、d轴电感Ld、q轴电感Lq和限值电压Vom，确定当前弱磁控制的d轴电流i_d1：

其中，

还用于根据所述i_qr、所述ψ_a、所述Ld和所述Lq，确定当前MTPA控制的d轴电流i_d2：

其中，

还用于选取所述i_d1和所述i_d2中的绝对值较小者，确定为当前d轴电流设定值i_dr；

压缩机控制单元，至少用于将所述i_dr和所述i_qr作为输入量输入到压缩机控制用电流环中，对压缩机进行控制。

如上所述的压缩机控制装置，实时获取所述当前q轴电流设定值i_qr，具体包括：

获取压缩机的当前转速估计值，将所述当前转速估计值和所述当前转速设定值ω_r作为输入量输入到压缩机控制用速度环中，利用所述速度环中的PI调节器处理，输出所述当前q轴电流设定值i_qr。

如上所述的压缩机控制装置，将所述i_dr和所述i_qr作为输入量输入到压缩机控制用电流环中，对压缩机进行控制，具体包括：

所述当前d轴电流设定值i_dr和当前d轴实际电流作比较后输入到所述电流环中的PI调节器，运算得到当前d轴设定电压；所述当前q轴电流设定值i_qr和当前q轴实际电流作比较后输入到所述电流环中的PI调节器，运算得到当前q轴设定电压；

将所述当前d轴设定电压和所述当前q轴设定电压作park逆变换，获得两相静止坐标系下的当前α轴设定电压和当前β轴设定电压；

根据所述当前α轴设定电压和所述当前β轴设定电压，通过空间矢量调制产生PWM信号控制逆变器，输出三相电压指令，驱动压缩机运行。

如上所述的压缩机控制装置，所述实时获取当前转速设定值ω_r、当前q轴电流设定值i_qr，具体包括：

将载波周期作为采样周期，在一个载波周期内，执行一次检测和获取所述当前转速设定值ω_r和所述当前q轴电流设定值i_qr的过程。

一种空调器，包括压缩机，所述空调器还包括有如上的压缩机控制装置。

本发明还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有可读程序，所述可读程序配置为在运行时执行上述的压缩机控制方法。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提供的压缩机控制方法、控制装置及空调器，实时确定基于弱磁控制原理所获得的当前弱磁控制的d轴电流和基于MTPA控制原理所获得的当前MTPA控制的d轴电流，并取两个电流中绝对值较小的d轴电流作为当前d轴电流设定值，参与到压缩机电流环控制，不仅能够实现在高频阶段从MTPA控制到弱磁控制时电流的平稳切换，使得压缩机在低频领域和高频领域均能够稳定运行，还能够使得在输出力矩一定的条件下输入功率最小，实现输入功率的最优化；另外，采用本发明提供的方案，容易实现MTPA控制与弱磁控制的切换，便于在压缩机控制领域广泛采用。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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获得其他的附图。

图1是基于本发明压缩机控制方法一个实施例的流程图；

图2是图1中控制原理示意图；

图3是应用图1方法所产生的波形图；

图4是基于本发明压缩机控制装置一个实施例的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

请参见图1，该图示出了基于本发明压缩机控制方法一个实施例的流程图。具体来说，为了解决现有技术中MTPA控制和弱磁控制切换过程中容易产生电流冲击而造成压缩机运行不平稳的问题，该实施例采用具有下述步骤的过程实现压缩机控制。

步骤11：压缩机启动后，实时获取当前转速设定值、当前q轴电流设定值。

实时获取当前转速设定值ω_r、当前q轴电流设定值i_qr，具体包括：

将载波周期作为采样周期，在一个载波周期内，执行一次检测和获取当前转速设定值ω_r和所述当前q轴电流设定值i_qr的过程。当然，也还可以采用其他设置采样周期的方式，譬如，将采样周期设定为已知的其他固定值，以能够合理采集到当前转速设定值ω_r当前q轴电流设定值i_qr为宜。

对于当前转速设定值ω_r，是压缩机控制系统能够方便地获取的值。而且，压缩机的转速并非是瞬间达到最终给定的转速设定值，而是按照一定的加速度逐渐增加。譬如，转速设定值为60rps，设定的加速度为4rps/s，则第一秒的转速设定值为4rps，第二秒为8rps，经过15s后达到60rps。那么，根据采样周期，当前转速设定值为第二秒内的转速设定值，则该值应为8rps，而非60rps。

对于当前q轴电流设定值i_qr，优选的，通过压缩机控制用的速度环中获取得到。具体而言，参见图2示出的控制原理示意图，获取压缩机的当前转速估计值ω，将当前转速估计值ω和当前转速设定值ω_r作为输入量输入到压缩机控制用速度环中，利用速度环中的PI调节器处理，输出当前q轴电流设定值i_qr。当前转速估计值ω可以采用速度位置检测手段进行估算，具体估算方式为现有技术，在此不作具体描述。

步骤12：确定当前弱磁控制的d轴电流和当前MTPA控制的d轴电流。

当前弱磁控制的d轴电流，是指依据弱磁控制原理计算得出的d轴电流值。具体而言，是根据当前转速设定值ω_r、当前q轴电流设定值i_qr及已知的磁通量ψ_a、d轴电感Ld、q轴电感Lq和限值电压Vom，确定当前弱磁控制的d轴电流i_d1，确定公式如下：

其中，

在上述公式中，ω_r和i_qr通过步骤11的方式获取，磁通量ψ_a、d轴电感Ld和q轴电感Lq是电机的额定参数，压缩机确定后，这些参数都是已知的。限值电压Vom表示弱磁切入的限值电压，该值根据实际情况预先设定，也是已知的。

上述公式中，在确定d轴电流i_d1时，为公式表示简洁，用b表示开方值，b值为正。关于公式推导如下：

根据弱磁控制原理，存在如下公式：

当L_di_d1+ψ_a≥0时，满足

当L_di_d1+ψ_a≤0时，满足

当前MTPA控制的d轴电流，是指依据MTPA控制原理计算得出的d轴电流值。具体而言，是根据当前q轴电流设定值i_qr、磁通量ψ_a、d轴电感Ld和q轴电感Lq，确定当前MTPA控制的d轴电流i_d2：

其中，

上述公式中，各参数的含义与确定当前弱磁控制的d轴电流中相同。

步骤13：选取两个d轴电流中的绝对值较小者，确定为当前d轴电流设定值。

在步骤12确定了当前弱磁控制的d轴电流i_d1和当前MTPA控制的d轴电流i_d2后，将两个电流均取绝对值，比较大小，将绝对值小的电流值确定为当前d轴电流设定值。

步骤14：将当前d轴电流设定值和当前q轴电流设定值作为输入量输入到压缩机控制用电流环中，对压缩机进行控制。

在确定了d轴电流设定值和q轴电流设定值之后，就可以采用电流环对压缩机进行控制。具体来说，参考图2所示的控制原理示意图，当前d轴电流设定值i_dr和当前d轴实际电流Id作比较后输入到电流环中的PI调节器，运算得到当前d轴设定电压Vd；当前q轴电流设定值i_qr和当前q轴实际电流Iq作比较后输入到电流环中的PI调节器，运算得到当前q轴设定电压Vq。当前d轴实际电流Id和当前q轴实际电流Iq的获取方式为现有技术，在此不作复述。

然后，将当前d轴设定电压Vd和当前q轴设定电压Vq作park逆变换，获得两相静止坐标系下的当前α轴设定电压Vα和当前β轴设定电压Vβ。

然后，根据当前α轴设定电压Vα和当前β轴设定电压Vβ，通过空间矢量调制产生PWM信号控制逆变器，输出三相电压指令，驱动压缩机运行。

图3所示为应用图1的方法所产生的波形图，图中，横轴表示时间，Idr、Iqr分别为d轴电流设定值波形和q轴电流设定值波形，Iu为压缩机U相输入电流波形，F_ph为弱磁标志位。通过波形分析可以看出，在MTPA控制和弱磁控制切换点处，压缩机U相输入电流波形平稳，未发生突变；整个U相输入波形为正常的正弦波形，无明显畸变。而且，d轴电流设定值和q轴电流设定值也正常，无突变，满足平稳运行的要求。

采用上述实施例的方法对压缩机进行控制，实时确定基于弱磁控制原理所获得的当前弱磁控制的d轴电流和基于MTPA控制原理所获得的当前MTPA控制的d轴电流，并取两个电流中绝对值较小的d轴电流作为当前d轴电流设定值，参与到压缩机电流环控制，不仅能够实现在高频阶段从MTPA控制到弱磁控制时电流的平稳切换，使得压缩机在低频领域和高频领域均能够稳定运行，还能够使得在输出力矩一定的条件下输入功率最小，实现输入功率的最优化。另外，采用上述实施例提供的方案，整个处理过程简单易行，容易实现MTPA控制与弱磁控制的切换，便于在压缩机控制领域广泛采用。

图4所示为基于本发明压缩机控制装置一个实施例的结构框图，具体来说，是为了解决现有技术中MTPA控制和弱磁控制切换过程中容易产生电流冲击而造成压缩机运行不平稳的问题而采用的一个压缩机控制装置的实施例。该实施例的压缩机控制装置包括的结构单元、结构单元的功能及相互连接关系如下：

当前转速设定值获取单元21，用于实时获取当前转速设定值ω_r。

当前q轴电流设定值获取单元22，用于实时获取当前q轴电流设定值i_qr。

当前d轴电流设定值确定单元23，用于根据当前转速设定值获取单元21输出的当前转速设定值ω_r、当前q轴电流设定值获取单元22输出的当前q轴电流设定值i_qr及已知的磁通量ψ_a、d轴电感Ld、q轴电感Lq和限值电压Vom，确定当前弱磁控制的d轴电流i_d1；还用于根据i_qr、ψ_a、Ld和Lq，确定当前MTPA控制的d轴电流i_d2；还用于选取i_d1和i_d2中的绝对值较小者，确定为当前d轴电流设定值i_dr。

压缩机控制单元，至少用于将当前d轴电流设定值确定单元23输出的当前d轴电流设定值i_dr和当前q轴电流设定值获取单元22输出的当前q轴电流设定值i_qr作为输入量输入到压缩机控制用电流环中，对压缩机进行控制。

具有上述结构的压缩机控制装置，结合压缩机控制系统，运行相应的软件程序，按照图1方法实施例的过程进行压缩机进行控制，产生与方法实施例相同的技术效果。

上述实施例所描述的压缩机控制装置，可以应用于变频空调中，尤其是采用无电解电容的变频空调中，实现对空调压缩机的控制。

本发明实施例还提供一种可读存储介质，在可读存储介质中存储有可读程序，可读程序配置为在运行时执行上述实施例的压缩机控制方法。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种压缩机控制方法，其特征在于，所述方法包括：

压缩机启动后，实时获取当前转速设定值ω_r、当前q轴电流设定值i_qr；

根据所述ω_r、所述i_qr及已知的磁通量ψ_a、d轴电感Ld、q轴电感Lq和限值电压Vom，确定当前弱磁控制的d轴电流i_d1：

其中，

根据所述i_qr、所述ψ_a、所述Ld和所述Lq，确定当前MTPA控制的d轴电流i_d2：

其中，

选取所述i_d1和所述i_d2中的绝对值较小者，确定为当前d轴电流设定值i_dr；

将所述i_dr和所述i_qr作为输入量输入到压缩机控制用电流环中，对压缩机进行控制。

2.根据权利要求1所述的压缩机控制方法，其特征在于，实时获取所述当前q轴电流设定值i_qr，具体包括：

获取压缩机的当前转速估计值，将所述当前转速估计值和所述当前转速设定值ω_r作为输入量输入到压缩机控制用速度环中，利用所述速度环中的PI调节器处理，输出所述当前q轴电流设定值i_qr。

3.根据权利要求1所述的压缩机控制方法，其特征在于，将所述i_dr和所述i_qr作为输入量输入到压缩机控制用电流环中，对压缩机进行控制，具体包括：

所述当前d轴电流设定值i_dr和当前d轴实际电流作比较后输入到所述电流环中的PI调节器，运算得到当前d轴设定电压；所述当前q轴电流设定值i_qr和当前q轴实际电流作比较后输入到所述电流环中的PI调节器，运算得到当前q轴设定电压；

将所述当前d轴设定电压和所述当前q轴设定电压作park逆变换，获得两相静止坐标系下的当前α轴设定电压和当前β轴设定电压；

根据所述当前α轴设定电压和所述当前β轴设定电压，通过空间矢量调制产生PWM信号控制逆变器，输出三相电压指令，驱动压缩机运行。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩机控制方法，其特征在于，所述实时获取当前转速设定值ω_r、当前q轴电流设定值i_qr，具体包括：

将载波周期作为采样周期，在一个载波周期内，执行一次检测和获取所述当前转速设定值ω_r和所述当前q轴电流设定值i_qr的过程。

5.一种压缩机控制装置，其特征在于，所述装置包括：

当前转速设定值获取单元，用于实时获取当前转速设定值ω_r；

当前q轴电流设定值获取单元，用于实时获取当前q轴电流设定值i_qr；

当前d轴电流设定值确定单元，用于根据所述ω_r、所述i_qr及已知的磁通量ψ_a、d轴电感Ld、q轴电感Lq和限值电压Vom，确定当前弱磁控制的d轴电流i_d1：

其中，

还用于根据所述i_qr、所述ψ_a、所述Ld和所述Lq，确定当前MTPA控制的d轴电流i_d2：

其中，

还用于选取所述i_d1和所述i_d2中的绝对值较小者，确定为当前d轴电流设定值i_dr；

压缩机控制单元，至少用于将所述i_dr和所述i_qr作为输入量输入到压缩机控制用电流环中，对压缩机进行控制。

6.根据权利要求5所述的压缩机控制装置，其特征在于，实时获取所述当前q轴电流设定值i_qr，具体包括：

获取压缩机的当前转速估计值，将所述当前转速估计值和所述当前转速设定值ω_r作为输入量输入到压缩机控制用速度环中，利用所述速度环中的PI调节器处理，输出所述当前q轴电流设定值i_qr。

7.根据权利要求5所述的压缩机控制装置，其特征在于，将所述i_dr和所述i_qr作为输入量输入到压缩机控制用电流环中，对压缩机进行控制，具体包括：

所述当前d轴电流设定值i_dr和当前d轴实际电流作比较后输入到所述电流环中的PI调节器，运算得到当前d轴设定电压；所述当前q轴电流设定值i_qr和当前q轴实际电流作比较后输入到所述电流环中的PI调节器，运算得到当前q轴设定电压；

将所述当前d轴设定电压和所述当前q轴设定电压作park逆变换，获得两相静止坐标系下的当前α轴设定电压和当前β轴设定电压；

根据所述当前α轴设定电压和所述当前β轴设定电压，通过空间矢量调制产生PWM信号控制逆变器，输出三相电压指令，驱动压缩机运行。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的压缩机控制装置，其特征在于，所述实时获取当前转速设定值ω_r、当前q轴电流设定值i_qr，具体包括：

将载波周期作为采样周期，在一个载波周期内，执行一次检测和获取所述当前转速设定值ω_r和所述当前q轴电流设定值i_qr的过程。

9.一种空调器，包括压缩机，其特征在于，所述空调器还包括有上述权利要求5至7中任一项所述的压缩机控制装置。

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有可读程序，所述可读程序配置为在运行时执行上述权利要求1至4中任一项所述的压缩机控制方法。

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