CN111946608A - 一种水泵自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泵自动控制方法，包括：跟踪水泵转子的启动位置，具体为，基于三相电获取水泵电压Vα、Vβ和水泵电流iα、iβ，基于一阶低通滤波器对所述电压Vα与Vβ进行滤波，基于滤波后的电压VαLpf、VβLpf和所述水泵电流iα、iβ，计算电动势Eα和Eβ；基于一阶低通滤波器对所述电动势Eα和Eβ进行滤波；基于滤波后的电动势EαLpf和EβLpf进行反正切,计算得出转子位置θ；设置第一工况表，所述第一工况表中存储有所述水泵实时反馈电流Iq、所述水泵实时转速n与所述水泵出口实时背压p的第一映射关系；设置第二工况表，所述第二工况表中存储有所述水泵出口实时背压p与所述水泵目标功率P的第二映射关系；基于所述第一工况表和第二工况表，自动匹配所述水泵的目标功率P。本发明可以实现水泵在低转速下转子的快速定位，以及水泵在运行过程中功率的自动匹配。

Description

一种水泵自动控制方法

技术领域

本说明书涉及控制领域，特别是一种水泵自动控制方法。

背景技术

水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。

电机作为水泵的驱动核心，其工作过程中的控制方法直接影响着水泵的扬程等重要的性能指标。如何快速的启动水泵的运转，使水泵尽快处于正常工作状态，以及如何使水泵适应不同的水泵出口背压的工况，保证水泵的正常性能，是该领域的一个重要的研究课题。

传统电机的“直流定位+开环强拖+闭环运行”启动方式，该算法主要是通过低速下的位置跟踪与位置补偿相结合实现电机的快速闭环，以实现电机快速启动，但是该方案会造成电机的额外发热和晃动，引起电机零部件磨损，进而影响水泵寿命。

更进一步地，相关技术中，水泵的转速仅仅按照预定的程序以定转速运转或者以无法与工况匹配的变频方式运转，前述运转方式都无法使水泵更好的适应运行工况，无法更好地发挥水泵性能。

发明内容

本说明书实施例的目的在于，提供了一种水泵自动控制方法，该方法可以实现水泵在低转速下转子的快速定位，以及水泵在运行过程中功率的自动匹配。

为达到上述目的，一方面，本说明书实施例提供了一种水泵自动控制方法，包括：

跟踪水泵转子的启动位置，具体为，基于三相电获取水泵电压Vα、Vβ和水泵电流iα、iβ，基于一阶低通滤波器对所述电压Vα与Vβ进行滤波，基于滤波后的电压VαLpf、VβLpf和所述水泵电流iα、iβ，计算电动势Eα和Eβ；基于一阶低通滤波器对所述电动势Eα和Eβ进行滤波；基于滤波后的电动势EαLpf和EβLpf进行反正切,计算得出转子位置θ；

设置第一工况表，所述第一工况表中存储有所述水泵实时反馈电流Iq、所述水泵实时转速n与所述水泵出口实时背压p的第一映射关系；

设置第二工况表，所述第二工况表中存储有所述水泵出口实时背压p与所述水泵目标功率P的第二映射关系；

基于所述第一工况表和第二工况表，自动匹配所述水泵的目标功率P。

由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例通过对电机电压的滤波后，结合电机电流计算电极的电动势，对电动势进行反正切实现对水泵转子位置的快速定位，进一步地，在电机启动后，结合预先设置的实时反馈电流-转速-背压表和背压-功率表，针对性的实现各个背压工况下电机目标功率的匹配。本方案在实现水泵在低转速下转子的快速定位的同时，完成了水泵在运行过程中功率的自动匹配。

附图说明

图1为本说明书一些实施例的水泵自动控制方法的示意图。

图2为本说明书一些实施例的水泵快速启动的原理图。

图3为本说明书一些实施例的第一工况表的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

如图1所示，本说明书一些实施例中提供了一种水泵自动控制方法，包括，

跟踪水泵转子的启动位置，具体为，基于三相电获取水泵电压Vα、Vβ和水泵电流iα、iβ，所述水泵电压Vα、Vβ和水泵电流iα、iβ是在α-β静止坐标系中的电压值和电流值，可基于Clarker变换得到，基于一阶低通滤波器对所述电压Vα与Vβ进行滤波，基于滤波后的电压VαLpf、VβLpf和所述水泵电流iα、iβ，计算电动势Eα和Eβ；基于一阶低通滤波器对所述电动势Eα和Eβ进行滤波；基于滤波后的电动势EαLpf和EβLpf进行反正切,计算得出转子位置θ；

具体而言，结合图2，执行过程如下：

首先，将Vα与Vβ经过一阶低通滤波器进行滤波，滤除低速下的干扰。

其次，根据电机模型，由滤波后的Vα、Vβ和iα、iβ经过计算得出电动势Eα和Eβ。

而后，对反电动势Eα和Eβ进行一阶低通滤波。

最后，对滤波后的Eα和Eβ进行反正切计算得出位置θ。

由于位置计算过程中多次使用了一阶低通滤波器，导致有相位延迟。因此对计算后的位置进行了延迟补偿，延迟补偿会在下文中进行介绍。

设置第一工况表，所述第一工况表中存储有所述水泵实时反馈电流Iq、所述水泵实时转速n与所述水泵出口实时背压p的第一映射关系，所述水泵实时反馈电流Iq是q坐标轴的电流；设置第二工况表，所述第二工况表中存储有所述水泵出口实时背压p与所述水泵目标功率P的第二映射关系；基于所述第一工况表和第二工况表，自动匹配所述水泵的目标功率P。

在本说明书一些实施例中，所述水泵启动第二预设时间后才自动匹配所述水泵的目标功率，所述基于所述第一工况表和第二工况表，自动匹配所述水泵的目标功率，具体为，获取水泵实时反馈电流Iq和所述水泵实时转速n，基于所述第一映射关系，获取所述水泵出口实时背压p，基于所述水泵出口实时背压p和所述第二映射关系，获取所述水泵目标功率P，调整水泵实时功率至所述水泵目标功率P。

结合图3，在本说明书一些实施例中，设置第一实时转速阈值和第二实时转速阈值，所述第一实时转速阈值小于所述第二实时转速阈值；所述第一实时转速阈值包括384RPM，所述第二实时转速阈值包括1792RPM；设置所述水泵出口实时背压p的等级，所述水泵出口实时背压p的等级包括10个压力等级LV0至LV9，所述压力等级从LV0至LV9依次增大；当所述水泵实时转速n小于所述第一实时转速阈值时，设置所述水泵出口实时背压为最低背压等级LV0；当所述水泵实时转速n大于所述第二实时转速阈值时，设置所述水泵出口实时背压为最高背压等级LV9。当所述水泵实时转速n处于所述第一实时转速阈值和所述第二实时转速阈值之间时，才基于所述第一映射关系，获取所述水泵出口实时背压p，具体为，计算所述水泵实时转速n在所述第一工况表中的行号，所述行号Row＝(Speed-384)/128；将所述水泵实时转速n的任意相邻两行分成16个区域，所述区域的区域号Area＝((Speed-384)-Row*128)/16)；

基于所述行号和所述区域号确定所述水泵实时反馈电流Iq在所述第一工况表中的位置；基于所述水泵实时反馈电流Iq在所述第一工况表中的位置和所述行号和所述区域号，确定所述水泵出口实时背压p的等级,需要指出的是，水泵优选采用BLDC电机。

总体而言，根据水泵驱动反馈的实时转速、Iq电流和标定好的转速-电流-压力表格计算出相应的压力等级，然后根据压力等级和目标功率表计算出需要控制的目标功率。

此外，压力等级共细分为2+9*16＝146级。计算过程中选用的都是2的倍数，使用移位操作，便于提高单片机的计算速度。

在本说明书一些实施例中，还包括，补偿所述启动位置，具体为，当所述转子位置θ的变化量低于第一预设值且持续第一预设时间，则对位置θ进行位置补偿，使位置逐渐累加，直至所述转子位置θ的变化量超过第二预设值。

具体而言，为了防止0速下位置跟踪不到或者观测器跑死，加入位置补偿，位置不动就增加一点，以驱动电机运转，补偿进入和退出条件及补偿方法如下：

位置补偿进入条件为，位置变化低于补偿进入设定值且持续一段时间。

位置补偿方法为，进入位置补偿后，位置渐渐的累加。

位置补偿退出条件为，检测到位置变化超过补偿退出设定值。

需要说明的是，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、或者设备不仅包括那些要素，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、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于装置实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。以上仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种水泵自动控制方法，其特征在于，包括，

跟踪水泵转子的启动位置，具体为，基于三相电获取水泵电压Vα、Vβ和水泵电流iα、iβ，基于一阶低通滤波器对所述电压Vα与Vβ进行滤波，基于滤波后的电压VαLpf、VβLpf和所述水泵电流iα、iβ，计算电动势Eα和Eβ；基于一阶低通滤波器对所述电动势Eα和Eβ进行滤波；基于滤波后的电动势EαLpf和EβLpf进行反正切,计算得出转子位置θ；

设置第一工况表，所述第一工况表中存储有所述水泵实时反馈电流Iq、所述水泵实时转速n与所述水泵出口实时背压p的第一映射关系；

设置第二工况表，所述第二工况表中存储有所述水泵出口实时背压p与所述水泵目标功率P的第二映射关系；

基于所述第一工况表和第二工况表，自动匹配所述水泵的目标功率P。

2.根据权利要求1所述的水泵自动控制方法，其特征在于，还包括，

所述水泵启动第二预设时间后才自动匹配所述水泵的目标功率，

所述基于所述第一工况表和第二工况表，自动匹配所述水泵的目标功率，具体为，获取水泵实时反馈电流Iq和所述水泵实时转速n，基于所述第一映射关系，获取所述水泵出口实时背压p，基于所述水泵出口实时背压p和所述第二映射关系，获取所述水泵目标功率P，调整水泵实时功率至所述水泵目标功率P。

3.根据权利要求2所述的水泵自动控制方法，其特征在于，还包括

设置第一实时转速阈值和第二实时转速阈值，所述第一实时转速阈值小于所述第二实时转速阈值；所述第一实时转速阈值包括384RPM，所述第二实时转速阈值包括1792RPM；

设置所述水泵出口实时背压p的等级，所述水泵出口实时背压p的等级包括10个压力等级LV0至LV9，所述压力等级从LV0至LV9依次增大；

当所述水泵实时转速n小于所述第一实时转速阈值时，设置所述水泵出口实时背压为最低背压等级LV0；

当所述水泵实时转速n大于所述第二实时转速阈值时，设置所述水泵出口实时背压为最高背压等级LV9。

4.根据权利要求3所述的水泵自动控制方法，其特征在于，

当所述水泵实时转速n处于所述第一实时转速阈值和所述第二实时转速阈值之间时，才基于所述第一映射关系，获取所述水泵出口实时背压p，具体为，

计算所述水泵实时转速n在所述第一工况表中的行号，所述行号Row＝(Speed-384)/128；

将所述水泵实时转速n的任意相邻两行分成16个区域，所述区域的区域号Area＝((Speed-384)-Row*128)/16)；

基于所述行号和所述区域号确定所述水泵实时反馈电流Iq在所述第一工况表中的位置；

基于所述水泵实时反馈电流Iq在所述第一工况表中的位置和所述行号和所述区域号，确定所述水泵出口实时背压p的等级。

5.根据权利要求4所述的水泵自动控制方法，其特征在于，还包括，

基于三相电获取水泵电压Vα、Vβ和电流iα、iβ，具体为，基于Clarke变换,将三相电电压和电流转换为水泵电压Vα、Vβ和所述水泵电流iα、iβ

补偿所述启动位置，具体为，当所述转子位置θ的变化量低于第一预设值且持续第一预设时间，则对位置θ进行位置补偿，使位置逐渐累加，直至所述转子位置θ的变化量超过第二预设值。

6.根据权利要求5所述的水泵自动控制方法，其特征在于，

所述水泵包括BLDC电机。

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