CN112558648A - 一种控制方法、控制装置及控制器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种控制方法、控制装置及控制器，用于控制电机。该控制方法包括步骤：获取位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量；对位置误差与所述位置误差机械频率波动量作差，得到更新后的位置误差；根据所述更新后的位置误差计算推算角速度；将所述角速度机械频率波动量叠加至所述推算角速度，得到更新后的角速度，并根据更新后的角速度计算转子电角度位置；再根据所述更新后的角速度及所述转子电角度位置进行电机控制。本申请实施例能够对电机的推算位置误差值进行前馈补偿，提升转子位置跟踪能力，从而起到提升效率的作用。

Description

一种控制方法、控制装置及控制器

技术领域

本申请涉及电控技术领域，更具体的说，涉及关于电机的一种控制方法、控制装置及控制器。

背景技术

在当前空调器的压缩机控制中，发明人发现：由于压缩机的结构原因，在运行过程中，压缩机的实际瞬时转速将存在机械转速周期的波动，并非稳定于目标转速；由于压缩机转速存在机械周期的波动，推算的转速可能产生偏离实际位置的机械转速周期的波动，进而影响效率。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种控制方法、控制装置及控制器，能够对电机的推算位置误差值进行补偿，提升转子位置跟踪能力，从而起到提升效率的作用。

为解决上述技术问题，本申请采用了如下技术方案：

一种控制方法，用于控制电机，包括以下步骤：

获取位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量；

对位置误差与所述位置误差机械频率波动量作差，得到更新后的位置误差；

根据所述更新后的位置误差计算推算角速度；

将所述角速度机械频率波动量叠加至所述推算角速度，得到更新后的角速度，并根据所述更新后的角速度计算转子电角度位置；

根据所述更新后的角速度及所述转子电角度位置得到用于控制电机的控制信号。

可选的，所述获取位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量包括步骤：

根据转子机械位置和电机频率从预存数据中选取位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量，所述预存数据中包含位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量与转子位置和电机频率的对应信息。

可选的，获取所述位置误差机械频率波动量包括步骤：

计算所述位置误差；

提取所述位置误差的位置谐波分量系数，利用所述位置谐波分量系数与所述位置谐波分量系统对应的三角函数相乘后并相加得到所述位置误差机械频率波动量。

可选的，计算所述位置误差包括步骤：

获取所述电机的实时d轴电流、实时q轴电流、d轴电压给定值和q轴电压给定值；

根据所述实时d轴电流、实时q轴电流、d轴电压给定值和q轴电压给定值计算所述位置误差。

可选的，所述提取所述位置误差的位置谐波分量系数包括以下步骤：

将所述位置误差与所述位置谐波分量系数对应的三角函数、2、-1相乘并进行低通滤波；

其中低通滤波设置在与所述对应的三角函数相乘之后。

可选的，获取角速度机械频率波动量包括以下步骤：对所述位置谐波分量系数进行PI计算得到角速度谐波分量系数，利用所述角速度谐波分量系数与所述角速度谐波分量系数对应的三角函数相乘后并相加得到所述角速度机械频率波动量。

一种控制装置，用于控制电机，包括PLL模块和控制模块，所述PLL模块包括：

获取单元，用于获取位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量；

位置误差补偿单元，用于对位置误差与所述位置误差机械频率波动量作差，得到更新后的位置误差；

推算角速度计算单元，用于根据所述更新后的位置误差计算推算角速度；

角速度补偿单元，用于将所述角速度机械频率波动量叠加至所述推算角速度，得到更新后的角速度，并根据所述更新后的角速度计算转子电角度位置；

所述控制模块用于根据所述更新后的角速度及所述转子电角度位置得到用于控制电机的控制信号。

可选的，上述控制装置还包括：

机械频率补偿预存模块，用于存储位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量的信息；其中，所述位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量对应于转子位置和电机频率。

可选的，上述控制装置还包括机械频率补偿模块，所述机械频率补偿模块包括：

信息获取单元，用于获取所述电机的实时d轴电流、实时q轴电流、d轴电压给定值和q轴电压给定值；

位置误差计算单元，用于根据所述实时d轴电流、实时q轴电流、d轴电压给定值和q轴电压给定值计算所述位置误差；

位置误差机械频率波动计算单元，用于提取所述位置误差的位置谐波分量系数，利用所述位置谐波分量系数与所述位置谐波分量系数对应的三角函数相乘后并相加得到所述位置误差机械频率波动量；

角速度机械频率波动量计算单元，用于对所述位置谐波分量系数进行PI计算得到角速度谐波分量系数，利用所述角速度谐波分量系数与所述角速度谐波分量系数对应的三角函数相乘后并相加得到所述角速度机械频率波动量。

一种控制器，用于控制空调压缩机，包括上述的控制装置。

一种控制器，用于控制空调压缩机，包括至少一个处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序或指令，所述处理器用于执行所述计算机程序或指令，以使所述控制器实现如下操作：

获取位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量；

对位置误差与所述位置误差机械频率波动量作差，得到更新后的位置误差；

根据所述更新后的位置误差计算推算角速度；

将所述角速度机械频率波动量叠加至所述推算角速度，得到更新后的角速度，并根据所述更新后的角速度计算转子电角度位置；

根据所述更新后的角速度及所述转子电角度位置得到用于控制电机的控制信号。

本申请实施例提供了一种控制方法，用于控制电机，该方法利用位置误差机械频率波动量对位置误差进行补偿后得到更新后的位置误差；再利用该更新后的位置误差计算电机推算角速度，并将角速度机械频率波动量补偿至推算角速度，得到更新后的角速度，并根据更新后的角速度计算转子电角度位置；再通过更新后的角速度和转子电角度位置进行电机控制。该方法不仅进行了角速度补偿，还进行位置误差补偿，能够进一步降低电机相电流波动幅度，从而提高电机效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为一种PLL控制中信号流向示意图；

图2为一种使用图1所示PLL控制的控制器的信号波形示意图；

图3为本申请实施例提供的一种控制方法流程图；

图4为本申请实施例提供的一种控制装置示意框图；

图5为本申请实施例提供的结合控制电路和信号流向的一种控制器示意图；

图6为本申请实施例提供的结合控制电路和信号流向的另一种控制器示意图；

图7为本申请实施例提供的一种控制器的信号波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在空调器压缩机的控制中，由于压缩机的结构原因，在运行过程中，压缩机的实际瞬时转速将存在机械转速周期的波动，并非稳定于目标转速；如图1所示，当压缩机的电机控制采用无传感器的矢量控制时，可在电机速度推算中，采用PLL(PhaseLockedLoop：锁相环)控制。然而，当PLL控制中采用PI(proportional integral：比例积分)控制时，控制中会存在一定的延时，由于压缩机转速存在机械周期的波动，PLL中所推算的转速必会产生偏离实际位置的机械转速周期的波动，使电机的位置观测也会产生周期的波动，进而影响电机相电流，使得相电流高低波动，从而影响电机效率。图1中，PLL控制中，首先由Δθ计算模块根据id、iq、Ud、Uq计算出Δθ值；再通过PI控制器计算出推算速度W_pll，最终使Δθ收束到一目标值，比如0；再通过积分环节计算出转子电角度位置θm。其中，Δθ为位置误差，即电机转子实际位置与推算位置的偏差；id和iq分别为电机的实时d轴电流和实时q轴电流，Ud和Uq分别为电机的d轴电压给定值和q轴电压给定值。

图2示出了某单转子压缩机在60Hz运行时的波形；如图2所示，存在位置误差Δθ，且其波形趋近于正弦波；电机相电流Iv也趋近于正弦波，但是存在高低波。相电流波形出现明显的上下波动，将使电机效率降低。

为了减小/消除位置误差Δθ或者减轻相电流波形高低波的现象，本申请实施例提供了一种控制方法，用于控制电机，比如空调压缩机；如图3所示，该控制方法包括以下步骤：

S11：获取位置误差机械频率波动量Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift。其中，位置误差机械频率波动量Δθ_shift为位置误差Δθ的机械频率波动成分；角速度机械频率波动量ΔW_shift为接近真实的电机转子角速度机械频率部分的波动量，即，使用本申请提供的控制方法后得到的电机转子角速度机械频率部分的波动量。

S12：利用位置误差机械频率波动量Δθ_shift对位置误差Δθ进行前馈补偿，具体为，对位置误差Δθ与所述位置误差机械频率波动量Δθ_shift作差，得到更新后的位置误差Δθ_p；通过位置误差的前馈补偿消除位置误差Δθ的机械频率波动成分，提升PI控制的稳定性。具体的，如图6所示，可以在PLL模块中，利用位置误差Δθ与位置误差机械频率波动量Δθ_shift相减(即作差)得到更新后的位置误差Δθ_p；再将该更新后的位置误差Δθ_p与目标位置波动量(图6中，目标位置波动量为0)作差，输入到PI控制中；区别于图1中，直接将未作前馈补偿的位置误差与目标位置波动量作差,本实施例提供的控制方法考虑到电机运行中产生的位置误差的影响，使PLL控制中的PI控制输入波动变小，PI控制稳定性较好，有利于消除位置误差带来的效率低或者噪声等影响。

S13：根据更新后的位置误差Δθ_p计算推算角速度W_pll；

S14：将角速度机械频率波动量ΔW_shift补偿至推算角速度W_pll，具体为，将所述角速度机械频率波动量ΔW_shift叠加至所述推算角速度W_pll，得到更新后的角速度W_p；通过将角速度机械频率波动量ΔW_shift补偿至推算角速度W_pll，能够还原角速度实际波动情况。再根据更新后的角速度W_p计算转子电角度位置θm。

S15：根据更新后的角速度W_p和转子电角度位置θm进行电机控制，换句话说，即根据所述更新后的角速度及所述转子电角度位置得到用于控制电机的控制信号。具体的，可采用图5/图6所示的控制模块2中的控制方式。

本实施例中，由于提取出位置误差机械频率波动量Δθ_shift进行前馈补偿，使PLL控制中的PI控制输入波动变小，PI控制稳定性较好。同时由于计算了角速度的波动量，并进行补偿，很好的还原了单转子压缩机速度波动的真实情况，位置角计算更准确，使得相电流峰值明显变小，波动幅度变小，Δθ平稳。本实施例中，对推算角速度W_pll进行补偿，利用补偿后的，即更新后的角速度W_p和转子电角度位置θm进行电机控制；并且在角速度补偿之前，还对位置误差进行前馈补偿，从而能够消除位置误差由于波动带来的推算角速度的影响，使位置推定更准确，进一步减小了电机转速的机械波动和位置误差，提高电机效率。

进一步的，在一个实施例中，位置误差机械频率波动量Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift预先存储在某个存储模块，比如存储在图5中的机械频率补偿预存模块32中，本实施例中，步骤S11：获取位置误差机械频率Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift包括步骤：

从预存数据中选取位置误差机械频率波动量Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift；预存数据中包含位置误差机械频率Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift的信息，并且位置误差机械频率波动量Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift与转子位置θn和电机频率f对应，它们的对应关系可以表格形式存储在机械频率补偿预存模块32中。步骤S11具体为根据转子位置θn和电机频率f从上述表格中选取对应位置误差机械频率波动量Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift。

进一步的，在一个实施例中，位置误差机械频率波动量Δθ_shift通过计算得到，具体的，先计算位置误差Δθ，再提取位置误差Δθ的位置谐波分量系数，利用所述位置谐波分量系数与其对应的三角函数相乘后并相加得到位置误差机械频率波动量Δθ_shift。其中，位置误差Δθ的计算可以通过针对包含位置信息的各种参数进行处理得到，对此不做限定。在一个具体实施例中，位置误差Δθ的计算包括以下步骤：

获取电机的实时d轴电流、实时q轴电流、d轴电压给定值和q轴电压给定值；

根据上述实时d轴电流、实时q轴电流、d轴电压给定值和q轴电压给定值计算位置误差Δθ。

需要说明的是，位置误差Δθ可以表达为直流分量和谐波分量之和，谐波分量包括第一次谐波分量、第二次谐波分量、第三次谐波分量……第n次谐波分量(n为正整数)，谐波分量为谐波分量系数与三角函数相乘，具体的，第一次谐波分量f1＝k11*cos(θn)-k12*sin(θn)，第二次谐波分量f2＝k21*cos(2θn)-k22*sin(2θn)……第n次谐波分量fn＝kn1*cos(nθn)-kn2*sin(nθn),其中θn为电机转子位置角度，kn1/kn2为对应的位置谐波分量系数，kn1为第n次谐波分量对应的余弦系数，kn2为第n次谐波分量对应的正弦系数；cos(nθn)/sin(nθn)为第n次谐波分量对应的三角函数，cos(nθn)为第n次谐波分量对应的余弦函数，sin(nθn)为第n次谐波分量对应的正弦函数。其中，随着位置误差Δθ的变动，谐波分量也会变动，因此谐波分量对应的谐波系数也会产生变动。进一步的，需要说明的是，“提取所述位置误差的位置谐波分量系数，利用所述位置谐波分量系数与其对应的三角函数相乘后并相加得到所述位置误差机械频率波动量”中的“对应”表示谐波分量次数对应、正弦/正弦对应、余弦/余弦对应，比如，假设所述位置谐波分量系数为第一次谐波分量的余弦函数的系数k11，则与该置位谐波分量系数对应的谐波分量的三角函数为cos(θn)；假设所述位置谐波分量系数为第一次谐波分量的正弦函数的系数k12，则与该位置谐波分量系数对应的谐波分量的三角函数为sin(θn)；且第一次谐波分量既包括第一次正弦谐波分量，也包括第一次余弦谐波分量，对应的，第一次位置谐波分量系数既包括第一次谐波分量的余弦函数的系数k11,也包括第一次谐波分量的正弦函数的系数k12；即，第n次位置谐波分量系数既包括第n次谐波分量的余弦函数的系数kn1,也包括第n次谐波分量的正弦函数的系数kn2。而“利用所述位置谐波分量系数与其对应的三角函数相乘后并相加得到所述位置误差机械频率波动量”指的是位置误差机械频率波动量Δθ_shift＝k11*cos(θn)-k12*sin(θn)+k21*cos(2θn)-k22*sin(2θn)+……+kM1*cos(Mθn)-kM2*sin(Mθn)。另外，在一个实施例中，“提取所述位置误差的位置谐波分量系数”可以是仅提取第一次谐波分量的位置谐波分量系数，此时，Δθ_shift＝k11*cos(θn)-k12*sin(θn)。在另一个实施例中，“提取所述位置误差的位置谐波分量系数”也可以是提取第一次和第二次的谐波分量的位置谐波分量系数，此时，Δθ_shift＝k11*cos(θn)-k12*sin(θn)+k21*cos(2θn)-k22*sin(2θn)。当然，在其它实施例，也可以是提取第一次、第二次……第M次的谐波分量的位置谐波分量系数，其中M为正整数，此时，Δθ_shift＝k11*cos(θn)-k12*sin(θn)+k21*cos(2θn)-k22*sin(2θn)+……+kM1*cos(Mθn)-kM2*sin(Mθn)。具体的，提取次数可以视运算量、系统运算能力及位置精确度要求做相适应的改变。

进一步的，参照图6，提取位置误差Δθ的位置谐波分量系数包括以下步骤：

将所述位置误差与所述位置谐波分量系数对应的三角函数、2、-1相乘并进行低通滤波，从而得到位置谐波分量；

其中低通滤波设置在与所述对应的三角函数相乘之后。

具体的，如图6所示，如果需要提取第一次位置谐波分量系数，则将位置误差Δθ乘以2后，与第一次位置谐波分量系数对应的三角函数cos(θn)/sin(θn)相乘后，进行低通滤波(LPF)后，再与-1相乘得到对应的位置谐波分量系数，即第一次位置谐波分量系数；同理，如果需要提取第二次位置谐波分量系数，则将位置误差Δθ乘以2后，与第二次位置谐波分量系数对应的三角函数cos(2θn)/sin(2θn)相乘后，进行低通滤波(LPF)后，再与-1相乘得到对应的位置谐波分量系数，即第二次位置谐波分量系数；同样也可以得到第三次位置谐波分量系数……第n次位置谐波分量系数。

需要说明的，位置误差与需要提取的位置谐波分量系数对应的三角函数、2、-1的先后相乘顺序不做限制，当然也可以将乘以2再乘以-1改成直接乘以-2。但是低通滤波必须设置在进行了三角函数相乘之后；具体可以是，直接在其后面进行滤波，也可以间隔其它乘式之后再进行滤波。

进一步地，在上述实施例中，为了步骤S11中的获取角速度机械频率波动量ΔW_shift包括以下步骤：

对所述位置谐波分量系数kn1/kn2进行PI计算后，得到角速度谐波分量系数jn1/jn2，再利用角速度谐波分量系数jn1/jn2与所述角速度谐波分量系数对应的三角函数相乘并相加后得到所述角速度机械频率波动量ΔW_shift，即，ΔW_shift＝j11*cos(θn)-j12*sin(θn)+j21*cos(2θn)-j22*sin(2θn)+……+jM1*cos(Mθn)-jM2*sin(Mθn)，M为预设谐波次数。

具体的，假设位置谐波分量系数为第一次位置谐波分量系数k11/k12，则对第一次位置谐波分量系数k11/k12进行PI计算后，得到第一次角速度谐波分量系数j11/j12，而第一次角速度谐波分量系数对应的三角函数为cos(θn)/sin(θn),此时，利用第一次角速度谐波分量系数与其对应的三角函数相乘后并相加可以得到第一次角速度机械波动量ΔW1_shift，即ΔW1_shift＝j11*cos(θn)-j12*sin(θn)；

同样，假设位置谐波分量系数为第二次位置谐波分量系数k21/k22，则对第一次位置谐波分量系数k21/k22进行PI计算后，得到第二次角速度谐波分量系数j21/j22，而第二次角速度谐波分量系数对应的三角函数为cos(2θn)/sin(2θn),此时，利用第二次角速度谐波分量系数与其对应的三角函数相乘后并相加可以得到第二次角速度机械波动量ΔW2_shift，即ΔW2_shift＝j21*cos(2θn)-j22*sin(2θn)；进一步的，第M次角速度谐波分量系数与其对应的三角函数相乘后并相加可以得到第M次角速度机械波动量ΔWM_shift,即，ΔWM_shift＝jM1*cos(Mθn)-jM2*sin(Mθn)。而角速度机械波动量ΔW_shift为第一次角速度机械波动量ΔW1_shift、第二次角速度机械波动量ΔW2_shift与……第M次角速度机械波动量ΔWM_shift之和，具体的M的取值，即角速度机械频率波动量ΔW_shift包含的谐波次数可以视运算量、系统运算能力及位置精确度要求做相适应的改变；具体的，可以和位置误差机械频率波动量Δθ_shift包含的谐波次数相同。

需要说明的是，位置谐波分量系数随着位置误差Δθ变化而变化，即系统运行时，位置谐波分量系数并非一个恒定值，换句话说，第一、二、n次位置谐波分量系数并非一个恒定值。

基于上述控制方法，本申请实施例还提供了一种控制装置，用于控制电机，如图4所示，包括PLL模块1和控制模块2，PLL模块1包括：

获取单元11，用于获取位置误差机械频率波动量Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift；

位置误差补偿单元12，用于利用位置误差机械频率波动量Δθ_shift对位置误差Δθ进行前馈补偿，即，对位置误差与所述位置误差机械频率波动量作差，得到更新后的位置误差Δθ_p；

推算角速度计算单元13，用于根据更新后的位置误差Δθ_p计算推算角速度W_pll；

角速度补偿单元14，用于将角速度机械频率波动量ΔW_shift补偿至所述推算角速度W_pll，即，将所述角速度机械频率波动量叠加至所述推算角速度，得到更新后的角速度W_p，并根据更新后的角速度W_p计算转子电角度位置θm；

控制模块2用于根据更新后的角速度W_p和转子电角度位置θm进行电机控制，换句话说，即根据所述更新后的角速度及所述转子电角度位置得到用于控制电机的控制信号。

本实施例中，由于提取出位置误差机械频率Δθ_shift进行前馈补偿，使PLL控制中的PI控制输入波动变小，PI控制稳定性较好。同时由于计算了角速度的波动量，并进行补偿，很好的还原了单转子压缩机速度波动的真实情况，位置角计算更准确，使得相电流峰值明显变小，波动幅度变小，Δθ平稳。另外，对推算角速度W_pll进行补偿，利用补偿后的角速度W_p和转子电角度位置θm进行电机控制；并且在角速度补偿之前，还对位置误差进行前馈补偿，从而能够消除位置误差波动带来的推算角速度的影响，从而得到接近真实的电机转子角速度机械频率部分的波动量，使位置推定更准确，进一步减小了电机转速的机械波动和位置误差，提高电机效率。

进一步的，如图5所示，在一个实施例中，该控制装置还包括机械频率补偿预存模块32；机械频率补偿预存模块32用于存储位置误差机械频率和角速度机械频率波动量的信息。获取单元11从该机械频率补偿预存模块中获取位置误差机械频率和角速度机械频率波动量。预存数据中包含位置误差机械频率Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift的信息，并且位置误差机械频率波动量Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift与转子位置θn和电机频率f对应，它们的对应关系可以表格形式存储在机械频率补偿预存模块32中。步骤S11具体为根据转子位置θn和电机频率f从上述表格中选取对应位置误差机械频率波动量Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift。

在另一个实施例中，如图6所示，该控制装置包括PLL模块1、控制模块2和机械频率补偿模块31,其中，机械频率补偿模块31包括：

信息获取单元，用于获取所述电机的实时d轴电流id、实时q轴电流iq、d轴电压给定值Ud和q轴电压给定值Uq；

位置误差Δθ计算单元，用于根据所述实时d轴电流id、实时q轴电流iq、d轴电压给定值Ud和q轴电压给定值Uq计算所述位置误差Δθ；

位置误差机械频率波动计算单元，用于提取所述位置误差Δθ的位置谐波分量系数，利用所述位置谐波分量系数与其对应的三角函数相乘并相加得到所述位置误差机械频率波动量Δθ_shift。

角速度机械频率波动量计算单元，用于对所述位置谐波分量系数进行PI计算后得到角速度谐波分量系数，再利用角速度谐波分量系数与其对应的三角函数相乘并相加得到所述角速度机械频率波动量ΔW_shift。

其中，位置误差Δθ可以表达为直流分量和谐波分量之和，谐波分量包括第一次谐波分量、第二次谐波分量、第三次谐波分量……第n次谐波分量(n为正整数)，谐波分量为谐波分量系数与三角函数相乘，具体的，第一次谐波分量f1＝k11*cos(θn)-k12*sin(θn)，第二次谐波分量f2＝k21*cos(2θn)-k22*sin(2θn)……第n次谐波分量fn＝kn1*cos(nθn)-kn2*sin(nθn),其中θn为电机转子位置角度，kn1/kn2为对应的位置谐波分量系数，kn1为第n次谐波分量对应的余弦系数，kn2为第n次谐波分量对应的正弦系数；cos(nθn)/sin(nθn)为第n次谐波分量对应的三角函数，cos(nθn)为第n次谐波分量对应的余弦函数，sin(nθn)为第n次谐波分量对应的正弦函数。其中，随着位置误差Δθ的变动，谐波分量也会变动，因此谐波分量对应的谐波系数也会产生变动。进一步的，需要说明的是，“提取所述位置误差的位置谐波分量系数，利用所述位置谐波分量系数与其对应的三角函数相乘并相加后得到所述位置误差机械频率波动量”中的“对应”表示谐波分量次数对应、正弦/正弦对应、余弦/余弦对应，比如，假设所述位置谐波分量系数为第一次谐波分量的余弦函数的系数k11，则与该谐波分量系数对应的三角函数为cos(θn)；假设所述位置谐波分量系数为第一次谐波分量的正弦函数的系数k12，则与该谐波分量系数对应的三角函数为sin(θn)；且第一次谐波分量既包括第一次正弦谐波分量，也包括第一次余弦谐波分量；对应的，第一次位置谐波分量系数既包括第一次谐波分量的余弦函数的系数k11,也包括第一次谐波分量的正弦函数的系数k12；即，第n次位置谐波分量系数既包括第n次谐波分量的余弦函数的系数kn1,也包括第n次谐波分量的正弦函数的系数kn2。而“利用所述位置谐波分量系数与其对应的三角函数相乘后并相加得到所述位置误差机械频率波动量”指的是位置误差机械频率波动量Δθ_shift＝k11*cos(θn)-k12*sin(θn)+k21*cos(2θn)-k22*sin(2θn)+……+kM1*cos(Mθn)-kM2*sin(Mθn)。另外，在一个实施例中，“提取所述位置误差的位置谐波分量系数”可以是仅提取第一次谐波分量的谐波分量系数，此时，Δθ_shift＝k11*cos(θn)-k12*sin(θn)。在另一个实施例中，“提取所述位置误差的位置谐波分量系数”也可以是提取第一次和第二次的谐波分量的位置谐波分量系数，此时，Δθ_shift＝k11*cos(θn)-k12*sin(θn)+k21*cos(2θn)-k22*sin(2θn)。当然，在其它实施例，也可以是提取第一次、第二次……第M次的谐波分量的位置谐波分量系数，其中M为正整数，此时，Δθ_shift＝k11*cos(θn)-k12*sin(θn)+k21*cos(2θn)-k22*sin(2θn)+……+kM1*cos(Mθn)-kM2*sin(Mθn)。具体的，提取次数可以视运算量、系统运算能力和位置精确度要求做相适应的改变。

进一步的，参照图6，提取位置误差Δθ的位置谐波分量系数包括以下步骤：

将所述位置误差的位置谐波分量与其对应的三角函数、2、-1相乘并进行低通滤波；

其中低通滤波设置在与所述对应的三角函数相乘之后。

具体的，如图6所示，如果需要提取第一次位置谐波分量系数，则将位置误差Δθ乘以2后，与第一次位置谐波分量系数对应的三角函数cos(θn)/sin(θn)相乘，进行低通滤波(LPF)后，再与-1相乘得到对应的位置谐波分量系数，即第一次位置谐波分量系数；同理，如果需要提取第二次位置谐波分量系数，则将位置误差Δθ乘以2后，与第二次位置谐波分量系数对应的三角函数cos(2θn)/sin(2θn)相乘后，进行低通滤波(LPF)后，再与-1相乘得到对应的位置谐波分量系数，即第二次位置谐波分量系数；同样也可以得到第三次位置谐波分量系数……第n次位置谐波分量系数。

需要说明的，位置误差与需要提取的位置谐波分量系数对应的三角函数、2、-1的先后相乘顺序不做限制，当然也可以将乘以2再乘以-1改成直接乘以-2。但是低通滤波必须设置在进行了三角函数相乘之后；具体可以是，直接在其后面进行滤波，也可以间隔其它乘式之后再进行滤波。

基于上述用于控制电机的控制方法和控制装置，本申请实施例还提供一种控制器，如图5/6所示，用于控制空调压缩机，该控制器包括上述的控制装置，具体的该控制装置包括PLL模块1和控制模块2，PLL模块1包括：

获取单元11，用于获取位置误差机械频率Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift；

位置误差补偿单元12，用于利用所述位置误差机械频率Δθ_shift对位置误差Δθ进行前馈补偿，得到更新后的位置误差Δθ_p；

推算角速度计算单元13，用于根据所述更新后的位置误差Δθ_p计算推算角速度W_pll；

角速度补偿单元14，用于将所述角速度机械频率波动量ΔW_shift补偿至所述推算角速度W_pll，得到更新后的角速度W_p，并根据所述更新后的角速度计算转子电角度位置θm；

控制模块2用于根据更新后的角速度W_p和转子电角度位置θm进行电机控制。图5/6给出了一种控制模块的示意图，在该控制模块中，电流采样模块采样电机三相相电流后，利用转子电角度位置θm，通过坐标转换得到d轴电流实际值id和q轴电流实际值iq，对PLL模块得到的更新后的角速度W_p和角速度指令值W_c(角速度指令值W_c可由系统设置)的误差值进行PI(比例积分)控制，得到总电流指令值Is，总电流指令值Is经过弱磁模块得到q轴电流指令值iqc和d轴电流指令值idc，d/q轴电流指令值idC/iqC与d/q轴电流实际值id/iq的差值输入电压指令运算模块后得到d轴电压Ud和q轴电压Uq，再通过坐标转换将d轴电压Ud和q轴电压Uq转换为三相相电压指令，最后再通过SVPWM((Space Vector Pulse WidthModulation:空间矢量脉宽调制)生成模块生成PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)信号，控制6个开关管的开关，从而控制电机的工作。需要说明的是，此处仅举例说明了一种控制模块控制电机的电机控制方法，其它能实现角速度控制的电机控制方法也适用于本申请实施例中的控制模块。

图7示出了使用本申请实施例提供的控制器的信号波形示意图，由图7可进一步可知，由于控制中提取出位置误差机械频率波动量Δθ_shift进行前馈补偿，使PLL控制中的PI控制输入波动变小，PI控制稳定性较好。同时由于计算了角速度的波动量，并进行补偿，很好的还原了单转子压缩机速度波动的真实情况，位置角计算更准确。进一步的，由于PI控制器稳定性更好，位置角更准确，可使电机相电流的波动情况大幅减少，对比图2中所示的某单转子压缩机60Hz波形，使用本申请实施例提供的控制器，使得相电流峰值明显变小，波动幅度变小，Δθ平稳。

本实施例中，对推算角速度W_pll进行补偿，利用补偿后(更新后)的角速度W_p和利用转子电角度位置θm进行电机控制，可以减小电机转速的机械波动；并且在角速度补偿之前，还对位置误差进行前馈补偿，从而能够消除位置误差带来的推算角速度的影响，使位置推定更准确，进一步减小了电机转速的机械波动和位置误差，提高电机效率。

进一步的，如图5所示，在一个实施例中，该控制装置还包括机械频率补偿预存模块32；机械频率补偿预存模块32用于存储位置误差机械频率和角速度机械频率波动量的信息。获取单元11从该机械频率补偿预存模块中获取位置误差机械频率和角速度机械频率波动量。预存数据中包含位置误差机械频率Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift的信息，并且位置误差机械频率波动量Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift与转子位置θn和电机频率f对应，它们的对应关系可以表格形式存储在机械频率补偿预存模块32中。步骤S11具体为根据转子位置θn和电机频率f从上述表格中选取对应位置误差机械频率波动量Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift。

在另一个实施例中，如图6所示，该控制装置还包括机械频率补偿模块31，机械频率补偿模块31包括：

信息获取单元，用于获取所述电机的实时d轴电流id、实时q轴电流iq、d轴电压给定值Ud和q轴电压给定值Uq；

位置误差Δθ计算单元，用于根据所述实时d轴电流id、实时q轴电流iq、d轴电压给定值Ud和q轴电压给定值Uq计算所述位置误差Δθ；

位置误差机械频率波动计算单元，用于提取所述位置误差Δθ的位置谐波分量系数，利用所述位置谐波分量系数与其对应的三角函数相乘后并相加得到所述位置误差机械频率波动量Δθ_shift。

角速度机械频率波动量计算单元，用于对所述位置谐波分量系数进行PI计算后得到角速度谐波分量，再利用所述角速度谐波分量与其对应的三角函数相乘后并相加得到所述角速度机械频率波动量ΔW_shift。

基于上述控制方法和控制装置，本申请实施例还提供了一种控制器，用于控制空调压缩机，包括至少一个处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序或指令，所述处理器用于执行所述计算机程序或指令，以使所述控制器实现如下操作：

获取位置误差机械频率波动量Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift；

对位置误差Δθ与所述位置误差机械频率波动量Δθ_shift作差，得到更新后的位置误差Δθ_p；

根据所述更新后的位置误差Δθ_p计算推算角速度W_pll；

将所述角速度机械频率波动量ΔW_shift补偿至所述推算角速度W_pll，即，将所述角速度机械频率波动量叠加至所述推算角速度，得到更新后的角速度W_p，并根据所述更新后的角速度W_p计算转子电角度位置θm；

根据所述更新后的角速度W_p和转子电角度位置θm进行电机控制，即，根据所述更新后的角速度及所述转子电角度位置得到用于控制电机的控制信号。

进一步的，在一个实施例中，处理器还用于执行计算机程序或者指令，以使控制器实现如下操作：从预存数据中获取位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量；其中，所述预存数据中包含位置误差机械频率和角速度机械频率波动量信息。预存数据中包含位置误差机械频率Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift的信息，并且位置误差机械频率波动量Δθ_shift和角速度机械频率波动量ΔW_shift与转子位置θn和电机频率f对应，它们的对应关系可以表格形式存储在机械频率补偿预存模块32中。

进一步的，在另一个实施例中，处理器还用于执行计算机程序或者指令，以使控制器实现如下操作：

获取所述电机的实时d轴电流、实时q轴电流、d轴电压给定值和q轴电压给定值；

根据所述实时d轴电流、实时q轴电流、d轴电压给定值和q轴电压给定值计算所述位置误差；

提取位置误差Δθ的位置谐波分量系数，利用所述位置谐波分量系数与其对应的三角函数相乘后并相加得到位置误差机械频率波动量Δθ_shift。

进一步的，在一个实施例中，处理器还用于执行计算机程序或者指令，以使控制器实现如下操作：将所述位置误差的位置谐波分量与其对应的三角函数、2、-1相乘并进行低通滤波；其中低通滤波设置在与所述对应的三角函数相乘之后，从而得到位置谐波分量系数。进一步的，在一个实施例中，处理器还用于执行计算机程序或者指令，以使控制器实现如下操作：对所述位置谐波分量系数进行PI计算后得到角速度谐波分量，再利用所述角速度谐波分量与其对应的三角函数相乘后并相加得到所述角速度机械频率波动量。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种控制方法，用于控制电机，其特征在于，包括以下步骤：

获取位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量；

对位置误差与所述位置误差机械频率波动量作差，得到更新后的位置误差；

根据所述更新后的位置误差计算推算角速度；

将所述角速度机械频率波动量叠加至所述推算角速度，得到更新后的角速度，并根据所述更新后的角速度计算转子电角度位置；

根据所述更新后的角速度及所述转子电角度位置得到用于控制电机的控制信号。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量包括步骤：

根据转子机械位置和电机频率从预存数据中选取位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量，所述预存数据中包含位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量与转子位置和电机频率的对应信息。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，获取所述位置误差机械频率波动量包括步骤：

计算所述位置误差；

提取所述位置误差的位置谐波分量系数，利用所述位置谐波分量系数与所述位置谐波分量系数对应的三角函数相乘后并相加得到所述位置误差机械频率波动量。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，计算所述位置误差包括步骤：

获取所述电机的实时d轴电流、实时q轴电流、d轴电压给定值和q轴电压给定值；

根据所述实时d轴电流、实时q轴电流、d轴电压给定值和q轴电压给定值计算所述位置误差。

5.根据权利要求3或4所述的控制方法，其特征在于，所述提取所述位置误差的位置谐波分量系数包括以下步骤：

将所述位置误差与所述位置谐波分量系数对应的三角函数、2、-1相乘并进行低通滤波后得到所述位置谐波分量系数；

其中低通滤波设置在与所述对应的三角函数相乘之后。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，获取角速度机械频率波动量包括以下步骤：对所述位置谐波分量系数进行PI计算得到角速度谐波分量系数，利用所述角速度谐波分量系数与所述角速度谐波分量系数对应的的三角函数相乘后并相加得到所述角速度机械频率波动量。

7.一种控制装置，用于控制电机，其特征在于，包括PLL模块和控制模块，所述PLL模块包括：

获取单元，用于获取位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量；

位置误差补偿单元，用于对位置误差与所述位置误差机械频率波动量作差，得到更新后的位置误差；

推算角速度计算单元，用于根据所述更新后的位置误差计算推算角速度；

角速度补偿单元，用于将所述角速度机械频率波动量叠加至所述推算角速度，得到更新后的角速度，并根据所述更新后的角速度计算转子电角度位置；

所述控制模块用于根据所述更新后的角速度及所述转子电角度位置得到用于控制电机的控制信号。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，还包括：

机械频率补偿预存模块，用于存储位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量的信息；其中，所述位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量对应于转子位置和电机频率。

9.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，还包括机械频率补偿模块，所述机械频率补偿模块包括：

信息获取单元，用于获取所述电机的实时d轴电流、实时q轴电流、d轴电压给定值和q轴电压给定值；

位置误差计算单元，用于根据所述实时d轴电流、实时q轴电流、d轴电压给定值和q轴电压给定值计算所述位置误差；

位置误差机械频率波动计算单元，用于提取所述位置误差的位置谐波分量系数，利用所述位置谐波分量系数与所述位置谐波分量系数对应的三角函数相乘后并相加得到所述位置误差机械频率波动量；

角速度机械频率波动量计算单元，用于对所述位置谐波分量系数进行PI计算得到角速度谐波分量系数，利用所述角速度谐波分量系数与所述角速度谐波分量系数对应的三角函数相乘后并相加得到所述角速度机械频率波动量。

10.一种控制器，用于控制空调压缩机，其特征在于，包括如权利要求7-9任一项所述的控制装置。

11.一种控制器，用于控制空调压缩机，其特征在于，包括至少一个处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序或指令，所述处理器用于执行所述计算机程序或指令，以使所述控制器实现如下操作：

获取位置误差机械频率波动量和角速度机械频率波动量；

对位置误差与所述位置误差机械频率波动量作差，得到更新后的位置误差；

根据所述更新后的位置误差计算推算角速度；

将所述角速度机械频率波动量叠加至所述推算角速度，得到更新后的角速度，并根据所述更新后的角速度计算转子电角度位置；

根据所述更新后的角速度及所述转子电角度位置得到用于控制电机的控制信号。

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