CN112727745B - 压缩机的控制方法、装置、制冷设备和可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种压缩机的控制方法、装置、制冷设备和可读存储介质，压缩机的控制方法包括：获取压缩机的回转速度信号；根据回转速度信号，确定压缩机的转速谐波；根据转速谐波，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿。本发明提出的压缩机的控制方法，对压缩机的补偿方式，为前馈补偿和反馈补偿共同进行，一方面克服了单独的反馈补偿的动态过程响应慢的问题，另一方面也避免只使用前馈补偿的参数依赖和鲁棒性差的问题，通过合理的设计融合策略，可以极大的结合这两种方法的优点，实现高响应速度和高鲁棒性，极大的优化系统性能，有效抑制压缩机的振动谐波，改善压缩机的噪音问题。

Description

压缩机的控制方法、装置、制冷设备和可读存储介质

技术领域

本发明涉及压缩机领域，具体而言涉及一种压缩机的控制方法、一种压缩机的控制装置、一种制冷设备和一种可读存储介质。

背景技术

在相关技术中，旋转式单转子压缩机的基本工作原理是通过偏心曲轴带动滚动活塞作旋转运动，其中，在气缸压缩工作时，压缩腔内部气体压力以周期性规律进行变化，从而造成气缸与转动曲轴之间产生周期性变化的力矩脉动，这是引起压缩机发生扭转振动的基本原因。

而压缩机的扭转振动，造成了压缩机的工作噪音较大，影响听感。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的第一方面提出了一种压缩机的控制方法。

本发明的第二方面提出了一种压缩机的控制装置。

本发明的第三方面提出了一种制冷设备。

本发明的第四方面提出了一种可读存储介质。

有鉴于此，根据本发明的第一方面，本发明提出了一种压缩机的控制方法，包括：获取压缩机的回转速度信号；根据回转速度信号，确定压缩机的转速谐波；根据转速谐波，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿。

本发明提出的压缩机的控制方法，获取压缩机的回转速度信号，持续的回转速度信号形成一个连续的波形，再根据压缩机的回转速度信号，确定出压缩机的转速谐波，而转速谐波是压缩机的产生噪音的关键，进而根据转速谐波，可以更好地对压缩机进行补偿，以降低谐波的产生。

具体地，本发明对压缩机的补偿方式，为前馈补偿和反馈补偿共同进行，一方面克服了单独的反馈补偿的动态过程响应慢的问题，另一方面也避免只使用前馈补偿的参数依赖和鲁棒性差的问题，通过合理的设计融合策略，可以极大的结合这两种方法的优点，实现高响应速度和高鲁棒性，极大的优化系统性能，有效抑制压缩机的振动谐波，改善压缩机的噪音问题。

另外，根据本发明提供的上述技术方案中的压缩机的控制方法，还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，进一步地，根据回转速度信号，确定压缩机的转速谐波的步骤，具体包括：将回转速度信号输入预设变换模型中，并通过滤波器提取出转速谐波。

在该技术方案中，根据回转速度信号，确定压缩机的转速谐波的步骤，具体包括：以预设变换模型，对压缩机的回转速度信号进行变形，再利用滤波器，剔除干扰信号，进而得到压缩机的转速谐波，进而利用预设变换模型和滤波器可以得到准确地压缩机的转速谐波。

在上述任一技术方案中，进一步地，在获取压缩机的回转速度信号的步骤之前，还包括：构建回转速度参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系；建立由回转速度参考坐标系到谐波同步轴参考坐标系的预设变换模型。

在该技术方案中，在获取压缩机的回转速度信号的步骤之前，构建回转速度参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系，其中，回转速度参考坐标系为与回转速度对应的真实参考坐标系，其内的参数为真实值，而谐波同步轴参考坐标系则是，以谐波为基准的虚拟参数坐标起，其内的参数为虚拟值，但是，在这个虚拟的谐波同步轴参考坐标系中，便于转速谐波的提取，因此，通过预设的变换模型将真实参数，转换为更易于计算的虚拟参数，提升转速谐波的提取的便利性与准确性。

在上述任一技术方案中，进一步地，滤波器包括：巴特沃兹低通滤波器。

在该技术方案中，巴特沃兹低通滤波器的低频性能较佳，因此，选择设计巴特沃兹低通滤波器进行转速谐波的提取，得到更准确的转速谐波。

在上述任一技术方案中，进一步地，根据转速谐波，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿的步骤，具体包括：根据转速谐波，通过第一调节器，确定虚拟电流值；利用变换模型，将虚拟电流值进行逆向变换，得到谐波补偿电流值；根据谐波补偿电流值，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿。

在该技术方案中，根据转速谐波，利用第一调节器进行闭环调节，进而得到基于谐波同步轴参考坐标系的虚拟电流值，再利用变换模型进行逆向变换，即将基于谐波同步轴参考坐标系的虚拟电流值，在变换为基于回转速度参考坐标系的谐波补偿电流值，进而该谐波补偿电流值则是真实的电流数据，进而基于谐波补偿电流值对压缩机的进行前馈补偿和反馈补偿，可以起到更佳的补偿效果。

在上述任一技术方案中，进一步地，根据谐波补偿电流值，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿的步骤，具体包括：根据谐波补偿电流值，确定前馈补偿电压值；根据前馈补偿电压值，对压缩机进行前馈补偿。

在该技术方案中，根据谐波补偿电流值，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿的步骤，具体包括：利用同步电机的电压方程，根据谐波补偿电流值，计算出前馈补偿电压值，再将前馈补偿电压值，叠加到对压缩机的输入电压上，从而完成对压缩机的前馈补偿，进而实现对多压缩机的补偿的快速相应。

在上述任一技术方案中，进一步地，根据谐波补偿电流值，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿的步骤，具体包括：根据谐波补偿电流值，利用第二调节器，确定反馈补偿电压值；根据反馈补偿电压值，对压缩机进行反馈与补偿。

在该技术方案中，根据谐波补偿电流值，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿的步骤，具体包括：利用第二调节器，通过谐波补偿电流值，计算出反馈补偿电压值，根据反馈补偿电压值，对压缩机进行反馈与补偿，进而依赖反馈控制补偿方法的高鲁棒性，对参数变化带来的误差进行在线校正补偿，使得对压缩机的补偿更准确。

在上述任一技术方案中，进一步地，第二调节器包括：线性调节器和谐振调节器。

在该技术方案中，第二调节器可以是线性调节器和谐振调节器，即进线性调节器和谐振调节器并联，进而将线性调节器和谐振调节器结合，利用线性调节器实现阶跃信号的无静差跟踪，利用谐振调节器实现高频振动谐波的抑制，从而使得在任意的谐波范围内，均可以准确地确定地得到反馈补偿电压值。

在上述任一技术方案中，进一步地，获取压缩机的回转速度信号的步骤，具体包括：通过传感器获取压缩机的回转速度信号；或通过观测器获取压缩机的回转速度信号。

在该技术方案，对于压缩机的回转速度信号的获取，可以利用硬件的传感器，测量压缩机的加速度信号或振动信号等，再根据加速度信号或振动信号确定回转速度信号。

对于压缩机的回转速度信号的获取，也可以利用软件形式获取，即利用观测器获取压缩机的相关参数，并经过计算得到回转速度信号。

在上述任一技术方案中，进一步地，传感器包括：振动传感器或加速度传感器；观测器包括：高带宽无传感观测器。

在该技术方案中，传感器包括：振动传感器或加速度传感器，进而利用振动传感器或加速度传感器可以检测出，压缩机转子的振动或加速度，进而可以计算出回转速度信号。

而高带宽无传感观测器，其全阶观测器和改进的滑模观测器都可以实现高带宽和高鲁棒性，结合高带宽的锁相环设计，可以极大地增加系统抗干扰的能力。

根据本发明的第二方面，本发明提出了一种压缩机的控制装置，包括：存储器，其上存储有程序或指令；处理器，配置为执行程序或指令时实现如上述技术方案中任一项提出的压缩机的控制方法。

本发明提出的压缩机的控制装置，包括存储器和处理器，存储器内的程序或指令，被处理器执行时，实现如上述技术方案中任一项提出的压缩机的控制方法，因此，本发明提出的压缩机的控制装置，具有如上述技术方案中任一项提出的压缩机的控制方法的全部的有益效果，在此不再一一陈述。

在上述技术方案中，进一步地，还包括：传感器，与处理器相连接，用于获取压缩机的回转速度信号；和/或滤波器，与处理器相连接，用于提取转速谐波；和/或调节器，与处理器相连接，用于确定虚拟电流值。

在该技术方案中，压缩机的控制装置还包括：以下器件中的至少一个：传感器、滤波器和调节器，以便于配合处理器，执行如上述技术方案中任一项提出的压缩机的控制方法。

根据本发明的第三方面，本发明提出了一种制冷设备，包括：压缩机；以及如上述技术方案中任一项提出的压缩机的控制装置。

本发明提出的压缩机的控制装置，因包括如上述技术方案中任一项提出的压缩机的控制装置，因此，具有如上述技术方案中任一项提出的压缩机的控制装置的全部有益效果，在此不再一一陈述。

根据本发明的第四方面，本发明提出了一种可读存储介质，其上存储有程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现如上述技术方案中任一项提出的压缩机的控制方法。

本发明提出的可读存储介质，因存储有被处理器执行时，实现如上述技术方案中任一项提出的压缩机的控制方法的程序或指令，因此，具有如上述技术方案中任一项提出的压缩机的控制方法的全部有益效果，在此不再一一陈述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出本发明第一个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图；

图2示出本发明第二个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图；

图3示出本发明第三个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图；

图4示出本发明第四个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图；

图5示出本发明第五个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图；

图6示出本发明第六个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图；

图7示出本发明第七个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图；

图8示出本发明第八个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图；

图9示出本发明提供的压缩机的控制方法中坐标系变换的框图；

图10示出本发明提供的压缩机的控制方法中计算谐波补偿电流的框图；

图11示出本发明提供的压缩机的控制方法中观测器的锁相环系统框图；

图12示出本发明提供的压缩机的控制方法中电压前馈补偿的波形图；

图13示出本发明提供的压缩机的控制方法中谐振调节器实现谐波电流补偿信号的零误差跟踪；

图14示出本发明提供的压缩机的控制方法中压缩机噪音谐波自动注入和补偿控制系统框图；

图15示出本发明提供的压缩机与相关技术中的压缩机转速波动的对比图；

图16示出本发明提供的压缩机的控制方法相关技术中的压缩机的转速波动频谱对比图；

图17示出本发明提供的压缩机的控制方法与相关技术中的电机的噪音OA值的对比图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图17来描述根据本发明一些实施例提供的压缩机的控制方法、压缩机的控制装置、制冷设备和可读存储介质。

实施例1：

图1示出本发明第一个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图。

如图1所示，本发明第一个实施例提供的压缩机的控制方法的流程步骤如下：

步骤102：获取压缩机的回转速度信号；

步骤104：根据回转速度信号，确定压缩机的转速谐波；

步骤106：根据转速谐波，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿。

在该实施例中，压缩机的控制方法，获取压缩机的回转速度信号，持续的回转速度信号形成一个连续的波形，再根据压缩机的回转速度信号，确定出压缩机的转速谐波，而转速谐波是压缩机的产生噪音的关键，进而根据转速谐波，可以更好地对压缩机进行补偿，以降低谐波的产生。

具体地，本发明对压缩机的补偿方式，为前馈补偿和反馈补偿共同进行，一方面克服了单独的反馈补偿的动态过程响应慢的问题，另一方面也避免只使用前馈补偿的参数依赖和鲁棒性差的问题，通过合理的设计融合策略，可以极大的结合这两种方法的优点，实现高响应速度和高鲁棒性，极大的优化系统性能，有效抑制压缩机的振动谐波，改善压缩机的噪音问题。

步骤102为获取压缩机实时回转速度信号，进而压缩机的回转速度信号会形成一个连续的波形，从而在最终补偿时，是对压缩机进行一个连续性的补偿。

具体地，可以通过传感器获取压缩机的回转速度信号，例如：振动传感器或加速度传感器。

通过振动传感器或加速度传感器采集压缩机实时加速度信号，进而获取压缩机实时回转速度信号；

对振动传感器或加速度传感器采集的数据进行预处理，然后经过积分运算就可以得到压缩机实时回转速度信号，获得的压缩机实时回转速度信号表示如下：

其中，ω表示回转速度信号，

表示回转速度信号的直流分量，

表示回转速度信号的波动分量中n次谐波余弦分量的幅值，

表示回转速度信号的波动分量中n次谐波正弦分量的幅值。

具体地，可以通过观测器获取压缩机的回转速度信号，例如：高带宽无传感观测器。

设计高带宽无传感观测器获取压缩机实时回转速度信号，其中，全阶观测器和改进的滑模观测器都可以实现高带宽和高鲁棒性，结合高带宽的锁相环设计，可以很大的增加系统抗干扰的能力。

如图11所示，使用全阶结合高带宽的锁相环设计系统框图，

获得的压缩机实时回转速度信号表示如下：

其中，ω表示回转速度信号，

表示回转速度信号的直流分量，

表示回转速度信号的波动分量中n次谐波余弦分量的幅值，

表示回转速度信号的波动分量中n次谐波正弦分量的幅值。

实施例2：

图2示出本发明第二个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图。

如图2所示，本发明第二个实施例提供的压缩机的控制方法的流程步骤如下：

步骤202：获取压缩机的回转速度信号；

步骤204：将回转速度信号输入预设变换模型中，并通过滤波器提取出转速谐波；

步骤206：根据转速谐波，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿。

具体地，滤波器为巴特沃兹低通滤波器。

在实施例1的基础上，进一步地，根据回转速度信号，确定压缩机的转速谐波的步骤，具体包括：以预设变换模型，对压缩机的回转速度信号进行变形，再利用滤波器，剔除干扰信号，进而得到压缩机的转速谐波，进而利用预设变换模型和滤波器可以得到准确地压缩机的转速谐波。

具体地，如图9所示，通过滤波器取得转速谐波分量，

其中，ω_qn为q轴即交轴的转速谐波分量，ω_dn为d轴即直轴的转速谐波分量。

实施例3：

图3示出本发明第三个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图。

如图3所示，本发明第三个实施例提供的压缩机的控制方法的流程步骤如下：

步骤302：构建回转速度参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系；

步骤304：建立由回转速度参考坐标系到谐波同步轴参考坐标系的预设变换模型；

步骤306：获取压缩机的回转速度信号；

步骤308：将回转速度信号输入预设变换模型中，并通过滤波器提取出转速谐波；

步骤310：根据转速谐波，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿。

在实施例2的基础上，进一步地，在获取压缩机的回转速度信号的步骤之前，构建回转速度参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系，其中，回转速度参考坐标系为与回转速度对应的真实参考坐标系，其内的参数为真实值，而谐波同步轴参考坐标系则是，以谐波为基准的虚拟参数坐标起，其内的参数为虚拟值，但是，在这个虚拟的谐波同步轴参考坐标系中，便于转速谐波的提取，因此，通过预设的变换模型将真实参数，转换为更易于计算的虚拟参数，提升转速谐波的提取的便利性与准确性。具体地，回转速度参考坐标系也作回转速度虚拟参考坐标系。

具体地，在对压缩机控制的闭环系统稳态情况下，

其中，

表示速度误差信号。

首先，构建速度误差信号的回转速度参考坐标系，

其中，ω_dq1为速度误差信号在回转速度参考坐标系内的矩阵。

将其变换到n次谐波同步参考坐标系，设计的变换矩阵，即变换模型，

其中，

为变换矩阵。

坐标变换：公式6×公式7，

实施例4：

图4示出本发明第四个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图。

如图4所示，本发明第四个实施例提供的压缩机的控制方法的流程步骤如下：

步骤402：构建回转速度参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系；

步骤404：建立由回转速度参考坐标系到谐波同步轴参考坐标系的预设变换模型；

步骤406：获取压缩机的回转速度信号；

步骤408：将回转速度信号输入预设变换模型中，并通过滤波器提取出转速谐波；

步骤410：根据转速谐波，通过第一调节器，确定虚拟电流值；

步骤412：利用变换模型，将虚拟电流值进行逆向变换，得到谐波补偿电流值；

步骤414：根据谐波补偿电流值，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿。

在实施例3的基础上，进一步地，根据转速谐波，利用第一调节器进行闭环调节，进而得到基于谐波同步轴参考坐标系的虚拟电流值，再利用变换模型进行逆向变换，即将基于谐波同步轴参考坐标系的虚拟电流值，在变换为基于回转速度参考坐标系的谐波补偿电流值，进而该谐波补偿电流值则是真实的电流数据，进而基于谐波补偿电流值对压缩机的进行前馈补偿和反馈补偿，可以起到更佳的补偿效果。

具体地，如图4所示，提取得到转速谐波后，可以通过合理的设计直流信号调节器进行转速谐波的调节；第一调节器为PI调节器(proportional integral controller，即比例积分控制器)，工程上常用的PI调节器对于阶跃信号可以实现零稳态误差的跟踪，为了避免PI调节器的积分饱和对控制性能的影响，此处设计反馈计算抗积分饱和的PI调节器进行转速谐波的调节，闭环调节得到基于谐波同步轴参考坐标系的虚拟电流值i_qn和i_dn，其中，i_qn为q轴即交轴的虚拟电流值，i_dn为d轴即直轴的虚拟电流值。

并根据构建的压缩机的回转速度参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系，建立逆向变换矩阵，

进行坐标系的逆向变换，

最终得到基于回转速度参考坐标系的闭环的谐波补偿电流，Iq_comp＝i_q1和Id_comp＝i_d1。

其中，Iq_comp为q轴即交轴的谐波补偿电流值，Id_comp为d轴即直轴的谐波补偿电流值，i_q1表示具体电流值，i_d1表示具体电流值。

实施例5：

图5示出本发明第五个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图。

如图5所示，本发明第五个实施例提供的压缩机的控制方法的流程步骤如下：

步骤402：构建回转速度参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系；

步骤504：建立由回转速度参考坐标系到谐波同步轴参考坐标系的预设变换模型；

步骤506：获取压缩机的回转速度信号；

步骤508：将回转速度信号输入预设变换模型中，并通过滤波器提取出转速谐波；

步骤510：根据转速谐波，通过第一调节器，确定虚拟电流值；

步骤512：利用变换模型，将虚拟电流值进行逆向变换，得到谐波补偿电流值；

步骤514：根据谐波补偿电流值，确定前馈补偿电压值；

步骤516：根据前馈补偿电压值，对压缩机进行前馈补偿；

步骤518：根据谐波补偿电流值，利用第二调节器，确定反馈补偿电压值；

步骤520：根据反馈补偿电压值，对压缩机进行反馈与补偿。

在实施例4的基础上，进一步地，根据谐波补偿电流值，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿的步骤，具体包括：利用同步电机的电压方程，根据谐波补偿电流值，计算出前馈补偿电压值，再将前馈补偿电压值，叠加到对压缩机的输入电压上，从而完成对压缩机的前馈补偿，进而实现对多压缩机的补偿的快速相应。

压缩机运行在动态工况时，为了克服反馈控制补偿方法的动态过程收敛慢，响应时间长的问题，可以更加依赖前馈补偿方法的快速响应能力；

结合同步电机的电压方程，前馈补偿电压值如下：

V_d＝(r_s+r_damp)×i_d+(-ω×l_q×i_q) (公式11)，

V_q＝(r_s+r_damp)×i_q+(ω×l_d×i_d+ω_ε×ψ_f) (公式12)，

将Iq_comp＝i_q1和Id_comp＝i_d1代入方程，计算得到前馈补偿电压值

和

实现高频补偿谐波信号的快速响应，实际得到的前馈补偿电压波形结果，如图12所示。

并且，根据谐波补偿电流值，对压缩机进行前馈补偿和反馈补偿的步骤，具体包括：利用第二调节器，通过谐波补偿电流值，计算出反馈补偿电压值，根据反馈补偿电压值，对压缩机进行反馈与补偿，进而依赖反馈控制补偿方法的高鲁棒性，对参数变化带来的误差进行在线校正补偿，使得对压缩机的补偿更准确。

第二调节器可以是线性调节器和谐振调节器。其中，线性调节器可以是PI调节器。

具体地，压缩机运行在稳态工况时，为了避免只使用前馈补偿的参数依赖和鲁棒性差的问题，可以更加依赖反馈控制补偿方法的高鲁棒性，对参数变化带来的误差进行在线校正补偿。

因为要实现谐波补偿电流Iq_comp＝i_q1和Id_comp＝i_d1的无静差控制，传统PI调节器无法很好的实现交流信号的无静差跟踪，特别是此处高频谐波补偿电流的控制，需要特别设计交流信号调节器。

谐振调节器可以由正弦信号的内模模型推导而来，其在谐振频率点具有无穷大增益和零相位延迟的优良特性，因此可以对特定频率进行理想的控制，实现任意频率的无静差跟踪。

并且，将谐振调节器应用到压缩机的高频振动谐波抑制上，在PI控制结构上，并联比例谐振调节器。

PI控制器可以实现阶跃信号的无静差跟踪，并联的比例谐振PR调节器实现高频振动谐波的抑制。

在实际应用中，为了保证系统的稳定性，设计的准比例谐振调节器传输函数如下：

其中，k_p代表比例增益，k_ir代表谐振增益，ω₀代表谐振频率，ω_c代表滤波带宽。k_ir增大，可以加大调节器的增益，ω_c不仅影响调节器的增益，还影响谐振调节器的选频特性，要结合系统的稳定性综合选取最佳参数。

以上的谐振调节器参数设计方法可以通过其传递函数的伯德图进行具体分析，具体如图13所示。

根据设计的准比例谐振调节器实现谐波电流补偿信号的零误差跟踪，得到反馈补偿电压为

和

具体地，压缩机运行在动态工况时，为了克服反馈控制补偿方法的动态过程收敛慢，响应时间长的问题，可以更加依赖前馈补偿方法的快速响应能力；压缩机运行在稳态工况时，为了避免只使用前馈补偿的参数依赖和鲁棒性差的问题，可以更加依赖反馈控制补偿方法的高鲁棒性，对参数变化带来的误差进行在线校正补偿。

进而通过合理的设计融合策略，将前馈补偿与反馈补偿相结合，可以极大的结合这两种方法的优点，实现高响应速度和高鲁棒性，极大的优化系统性能。

具体地，前馈补偿和反馈补偿的融合为，

其中，k代表融合比例因子，可以根据压缩机加速度指令即转速指令的微分值

来进行设计。

根据以上设计的压缩机噪音谐波自动补偿的注入方法，结合压缩机变频驱动控制系统，设计的控制系统框图如图14所示，其中，除了FOC控制的各个基本模块外，主要包括本发明设计的高频振动谐波自动补偿控制系统模块，基于振动传感器或加速度传感器的速度谐波提取，高带宽无位置观测器的设计和速度提取技术，实现稳定的闭环高频振动噪声抑制。

本发明设计的压缩机噪音谐波自动补偿的注入方法的实际效果对比如图15、图16和图17所示，可以验证本发明设计的压缩机噪音谐波自动补偿的注入方法和控制系统可以有效的抑制压缩机高频振动谐波，进而有效的改善压缩机高频谐波噪音问题。

如图15所示，采用本发明提供得到压缩机的控制方法控制的压缩机，转速波动明显小于相关技术中的压缩机的转速波动。

如图16所示，采用本发明提供得到压缩机的控制方法控制的压缩机，转速波动频谱明显低于相关技术中的压缩机的转速波动频谱。其中，浅色为本发明。

如图17所示，本发明提供的压缩机的控制方法，相对于相关技术中的压缩机的控制方法，对比结果，其中，深色为采用本发明提供的压缩机的控制方法对压缩机进行控制后的噪音OA值，显然，其在相应的频率是要由于相关技术中压缩机的噪音的。

具体地，在250赫兹时，本发明为33.78分贝，相关技术为50.53分贝，在315赫兹时，本发明为34.80分贝，相关技术为34.61分贝，在400赫兹时，本发明为36.02分贝，相关技术为37.87分贝，在500赫兹时，本发明为39.73分贝，相关技术为45.47分贝，在630赫兹时，本发明为37.67分贝，相关技术为38.89分贝，在800赫兹时，本发明为36.98分贝，相关技术为38.44分贝，在1000赫兹时，本发明为38.49分贝，相关技术为37.96分贝，在1250赫兹时，本发明为37.17分贝，相关技术为37.15分贝。可见，本发明在大多数频率上的降噪效果是要优于先关技术中的。

实施例6：

图6示出本发明第六个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图。

如图6所示，本发明第六个实施例提供的压缩机的控制方法的流程步骤如下：

步骤602：实时获取压缩机的回转速度信号；

步骤604：构建压缩机的回转速度虚拟参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系，进行压缩机转动谐波同步轴坐标变换；

步骤606：压缩机转速谐波的提取和控制；

步骤608：根据构建的同步坐标变换系，进行压缩机转速谐波同步轴左边逆变换；

步骤610：基于前馈补偿和反馈控制的混合策略进行谐波注入和自动补偿控制。

具体地，步骤602：实时获取压缩机的回转速度信号：

压缩机回转速度信号的谐波分量对应压缩机高频谐波振动，MCU(微控制器)实时获取压缩机回转速度信号值，并对实时速度信号预处理，作为后续振动噪音抑制和谐波注入的输入变量。

步骤604：构建压缩机的回转速度虚拟参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系，进行压缩机转动谐波同步轴坐标变换：

根据得到的当前压缩机回转速度信号值，构建压缩机回转速度虚拟参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系，相应的就得到了谐波同步坐标轴变换矩阵，进而可以进行压缩机回转速度谐波同步坐标变换。

步骤606：压缩机转速谐波的提取和控制：

经过谐波同步轴坐标变换后，压缩机回转速度的谐波分量从交流量变为直流量，相应的设计直流信号的提取和调节策略，就可以很好的实现压缩机转速谐波的提取和控制。

步骤608：根据构建的同步坐标变换系，进行压缩机转速谐波同步轴左边逆变换：

根据得到的压缩机转速谐波调节器输出值和构建的同步坐标变换系，进行压缩机转速谐波同步轴坐标逆变换。

步骤610：基于前馈补偿和反馈控制的混合策略进行谐波注入和自动补偿控制：

根据压缩机转速谐波同步轴坐标逆变换的输出值，设计基于前馈补偿和反馈控制的混合策略进行谐波注入和自动补偿控制。

在该实施例中，本发明针对压缩机噪音谐波进行自动补偿的注入，针对压缩机负载转矩谐波特性所引起的系统高频谐波振动和噪音问题，创新的引入压缩机回转速度虚拟参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系，从而克服了高频谐波信号难以调节和跟踪问题。

同时该方法很大的优化了运算复杂度，相比其他复杂方法，本发明只需要调用变频驱动系统已有的三角变换函数，通过合理的设计直流信号调节器，就可以很好的实现压缩机转速谐波的提取和控制。

另外一个创新点，本发明基于前馈补偿和反馈控制的混合策略进行谐波注入和自动补偿控制，一方面克服了反馈控制补偿的动态过程响应慢的问题，另一方面也避免只使用前馈补偿的参数依赖和鲁棒性差的问题，通过合理的设计融合策略，可以极大的结合这两种方法的优点，实现高响应速度和高鲁棒性，极大的优化系统性能。

实施例7：

图7示出本发明第七个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图。

如图7所示，本发明第七个实施例提供的压缩机的控制方法的流程步骤如下：

步骤702：通过振动传感器或加速度传感器采集压缩机的实时加速度信号，进而获取压缩机的实时回转速度信号；

步骤704：构建压缩机的回转速度虚拟参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系，进行压缩机转动谐波同步轴坐标变换；

步骤706：压缩机转速谐波的提取和控制；

步骤708：根据构建的同步坐标变换系，进行压缩机转速谐波同步轴左边逆变换；

步骤710：基于前馈补偿和反馈控制的混合策略进行谐波注入和自动补偿控制。

在该实施例中，步骤702：通过振动传感器或加速度传感器采集压缩机的实时加速度信号，进而获取压缩机的实时回转速度信号：

对振动传感器或加速度传感器采集的数据进行预处理，然后经过积分运算就可以得到压缩机实时回转速度信号，获得的压缩机实时回转速度信号表示如下：

其中，ω表示回转速度信号，

表示回转速度信号的直流分量，

表示回转速度信号的波动分量中n次谐波余弦分量的幅值，

表示回转速度信号的波动分量中n次谐波正弦分量的幅值。

步骤704：构建压缩机的回转速度虚拟参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系，进行压缩机转动谐波同步轴坐标变换：

在闭环控制系统稳态情况下，

其中，

表示速度误差信号。

首先构建速度误差信号虚拟参考坐标系如下：

将其变换到n次谐波同步参考坐标系，设计的变换矩阵为：

进行坐标变换公式17乘以公式18：

步骤706：压缩机转速谐波的提取和控制：

通过压缩机转速谐波变换到谐波同步参考坐标下，转速谐波分量变换为直流量，可以通过合理的设计滤波器进行提取。

因为巴特沃兹低通滤波器的低频性能比较好，此处选择设计巴特沃兹低通滤波器进行直流分量的提取，如图9所示，提取得到的转速谐波分量为，

提取得到转速谐波后，可以通过合理的设计直流信号调节器进行转速谐波的调节；工程上常用的PI调节器对于阶跃信号可以实现零稳态误差的跟踪，为了避免PI调节器的积分饱和对控制性能的影响，此处设计反馈计算抗积分饱和的PI调节器进行转速谐波的调节，闭环调节得到虚拟电流值i_qn和i_dn。

步骤708：根据构建的同步坐标变换系，进行压缩机转速谐波同步轴左边逆变换：

根据构建压缩机回转速度虚拟参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系，逆变换矩阵为：

进行坐标逆变换，

最终得到基于回转速度参考坐标系的闭环的谐波补偿电流，Iq_comp＝i_q1和Id_comp＝i_d1。

以上压缩机回转速度虚拟参考坐标系和谐波同步轴参考坐标变换的压缩机转速谐波提取和调节方法设计框图，如图9和图10所示。

步骤710：基于前馈补偿和反馈控制的混合策略进行谐波注入和自动补偿控制：

压缩机运行在动态工况时，为了克服反馈控制补偿方法的动态过程收敛慢，响应时间长的问题，可以更加依赖前馈补偿方法的快速响应能力；压缩机运行在稳态工况时，为了避免只使用前馈补偿的参数依赖和鲁棒性差的问题，可以更加依赖反馈控制补偿方法的高鲁棒性，对参数变化带来的误差进行在线校正补偿。通过合理的设计融合策略，可以极大的结合这两种方法的优点，实现高响应速度和高鲁棒性，极大的优化系统性能。

实施例8：

图8示出本发明第八个实施例提供的压缩机的控制方法的流程图。

如图8所示，本发明第八个实施例提供的压缩机的控制方法的流程步骤如下：

步骤802：通过高带宽无传感观测器获取压缩机的实时回转速度信号；

步骤804：构建压缩机的回转速度虚拟参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系，进行压缩机转动谐波同步轴坐标变换；

步骤806：压缩机转速谐波的提取和控制；

步骤808：根据构建的同步坐标变换系，进行压缩机转速谐波同步轴左边逆变换；

步骤810：基于前馈补偿的谐波注入和自动补偿控制；

步骤812：基于反馈控制的谐波注入和自动补偿控制；

步骤814：基于前馈和反馈融合策略的谐波注入和自动补偿控制；

步骤816：基于谐波注入和自动补偿控制的压缩机变频驱动控制。

在该实施例中，步骤802：通过高带宽无传感观测器获取压缩机的实时回转速度信号：

此处设计高带宽无传感观测器获取压缩机实时回转速度信号，其中全阶观测器和改进的滑模观测器都可以实现高带宽和高鲁棒性，结合高带宽的锁相环设计，可以很大的增加系统抗干扰的能力。使用全阶结合高带宽的锁相环设计系统框图，如图11所示。

获得的压缩机实时回转速度信号表示如下，

其中，ω表示回转速度信号，

表示回转速度信号的直流分量，

表示回转速度信号的波动分量中n次谐波余弦分量的幅值，

表示回转速度信号的波动分量中n次谐波正弦分量的幅值。

步骤804：构建压缩机的回转速度虚拟参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系，进行压缩机转动谐波同步轴坐标变换：

在闭环控制系统稳态情况下，

其中，

表示速度误差信号。

首先，构建速度误差信号的回转速度参考坐标系，

其中，ω_dq1为速度误差信号在回转速度参考坐标系内的矩阵。

将其变换到n次谐波同步参考坐标系，设计的变换矩阵，即变换模型，

其中，

为变换矩阵。

坐标变换：公式26×公式27，

步骤806：压缩机转速谐波的提取和控制：

通过压缩机转速谐波变换到谐波同步参考坐标下，转速谐波分量变换为直流量，可以通过合理的设计滤波器进行提取。因为巴特沃兹低通滤波器的低频性能比较好，此处选择设计巴特沃兹低通滤波器进行直流分量的提取，参见图9，提取得到的转速谐波分量为，

提取得到转速谐波后，可以通过合理的设计直流信号调节器进行转速谐波的调节；工程上常用的PI调节器对于阶跃信号可以实现零稳态误差的跟踪，为了避免PI调节器的积分饱和对控制性能的影响，此处设计反馈计算抗积分饱和的PI调节器进行转速谐波的调节，闭环调节得到基于谐波同步轴参考坐标系的虚拟电流值i_qn和i_dn，其中，i_qn为q轴即交轴的虚拟电流值，i_dn为d轴即直轴的虚拟电流值。

步骤808：根据构建的同步坐标变换系，进行压缩机转速谐波同步轴左边逆变换：

根据构建压缩机回转速度虚拟参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系，逆变换矩阵为：

以上压缩机回转速度虚拟参考坐标系和谐波同步轴参考坐标变换的压缩机转速谐波提取和调节方法设计框图，如图9和图10所示。

坐标逆变换过程计算如下：

最终得到基于回转速度参考坐标系的闭环的谐波补偿电流，Iq_comp＝i_q1和Id_comp＝i_d1。

步骤810：基于前馈补偿的谐波注入和自动补偿控制：

压缩机运行在动态工况时，为了克服反馈控制补偿方法的动态过程收敛慢，响应时间长的问题，可以更加依赖前馈补偿方法的快速响应能力；

结合同步电机的电压方程，电压前馈补偿信号计算如下：

V_d＝(r_s+r_damp)×i_d+(-ω×l_q×i_q) (公式33)，

V_q＝(r_s+r_damp)×i_q+(ω×l_d×i_d+ω_ε×ψ_f) (公式34)，

将Iq_comp＝i_q1和Id_comp＝i_d1代入方程，计算得到前馈补偿电压值

和

实现高频补偿谐波信号的快速响应，实际得到的前馈补偿电压波形结果，如图12所示。

步骤812：基于反馈控制的谐波注入和自动补偿控制：

压缩机运行在稳态工况时，为了避免只使用前馈补偿的参数依赖和鲁棒性差的问题，可以更加依赖反馈控制补偿方法的高鲁棒性，对参数变化带来的误差进行在线校正补偿。

因为要实现谐波补偿电流Iq_comp＝i_q1和Id_comp＝i_d1的无静差控制，传统PI调节器无法很好的实现交流信号的无静差跟踪，特别是此处高频谐波补偿电流的控制，需要特别设计交流信号调节器。

谐振调节器可以由正弦信号的内模模型推导而来，其在谐振频率点具有无穷大增益和零相位延迟的优良特性，因此可以对特定频率进行理想的控制，实现任意频率的无静差跟踪。

并且，将谐振调节器应用到压缩机的高频振动谐波抑制上，在PI控制结构上，并联比例谐振调节器。

PI控制器可以实现阶跃信号的无静差跟踪，并联的比例谐振PR调节器实现高频振动谐波的抑制。

在实际应用中，为了保证系统的稳定性，设计的准比例谐振调节器传输函数如下：

其中，k_p代表比例增益，k_ir代表谐振增益，ω₀代表谐振频率，ω_c代表滤波带宽。k_ir增大，可以加大调节器的增益，ω_c不仅影响调节器的增益，还影响谐振调节器的选频特性，要结合系统的稳定性综合选取最佳参数。

以上的谐振调节器参数设计方法可以通过其传递函数的伯德图进行具体分析，具体如图13。

根据设计的准比例谐振调节器实现谐波电流补偿信号的零误差跟踪，得到反馈补偿电压为

和

步骤814：基于前馈和反馈融合策略的谐波注入和自动补偿控制：

压缩机运行在动态工况时，为了克服反馈控制补偿方法的动态过程收敛慢，响应时间长的问题，可以更加依赖前馈补偿方法的快速响应能力；压缩机运行在稳态工况时，为了避免只使用前馈补偿的参数依赖和鲁棒性差的问题，可以更加依赖反馈控制补偿方法的高鲁棒性，对参数变化带来的误差进行在线校正补偿。

进而通过合理的设计融合策略，将前馈补偿与反馈补偿相结合，可以极大的结合这两种方法的优点，实现高响应速度和高鲁棒性，极大的优化系统性能。

具体地，前馈补偿和反馈补偿的融合为，

其中，k代表融合比例因子，可以根据压缩机加速度指令即转速指令的微分值

来进行设计。

步骤816：基于谐波注入和自动补偿控制的压缩机变频驱动控制：

根据以上设计的压缩机噪音谐波自动补偿的注入方法，结合压缩机变频驱动控制系统，设计的控制系统框图如图14所示，其中，除了FOC控制的各个基本模块外，主要包括本发明设计的高频振动谐波自动补偿控制系统模块，基于振动传感器或加速度传感器的速度谐波提取，高带宽无位置观测器的设计和速度提取技术，实现稳定的闭环高频振动噪声抑制。

本发明设计的压缩机噪音谐波自动补偿的注入方法的实际效果对比如图15、图16和图17所示，可以验证本发明设计的压缩机噪音谐波自动补偿的注入方法和控制系统可以有效的抑制压缩机高频振动谐波，进而有效的改善压缩机高频谐波噪音问题。

实施例9：

本发明提供了一种压缩机的控制装置，包括：存储器，其上存储有程序或指令；处理器，配置为执行程序或指令时实现如上述任一实施例提供的压缩机的控制方法。

本发明提供的压缩机的控制装置，包括存储器和处理器，存储器内的程序或指令，被处理器执行时，现如上述任一实施例提供的压缩机的控制方法，因此，本发明提出的压缩机的控制装置，具有如上述任一实施例提供的压缩机的控制方法的全部的有益效果，在此不再一一陈述。

实施例10：

在实施例9的基础上，进一步地，还包括：传感器，与处理器相连接，用于获取压缩机的回转速度信号；和/或滤波器，与处理器相连接，用于提取转速谐波；和/或调节器，与处理器相连接，用于确定虚拟电流值。

在该实施例中，压缩机的控制装置还包括：以下器件中的至少一个：传感器、滤波器和调节器，以便于配合处理器，执行如上述技术方案中任一项提出的压缩机的控制方法。

实施例11：

本发明提供了一种制冷设备，包括：压缩机；以及如上述任一实施例提供的压缩机的控制装置。

本发明提供的压缩机的控制装置，因包括如上述任一实施例提供的压缩机的控制装置，因此，具有如上述任一实施例提供的压缩机的控制装置的全部有益效果，在此不再一一陈述。

实施例12：

本发明提供了一种可读存储介质，其上存储有程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现如上述任一实施例提供的压缩机的控制方法。

本发明提供的可读存储介质，因存储有被处理器执行时，实现如上述任一实施例提供的压缩机的控制方法的程序或指令，因此，具有如上述任一实施例提供的压缩机的控制方法的全部有益效果，在此不再一一陈述。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种压缩机的控制方法，其特征在于，包括：

获取压缩机的回转速度信号；

根据所述回转速度信号，确定所述压缩机的转速谐波；

根据所述转速谐波，对所述压缩机进行前馈补偿和反馈补偿；

所述根据所述回转速度信号，确定所述压缩机的转速谐波的步骤，具体包括：

将所述回转速度信号输入预设变换模型中，并通过滤波器提取出所述转速谐波。

2.根据权利要求1所述的压缩机的控制方法，其特征在于，在所述获取压缩机的回转速度信号的步骤之前，还包括：

构建回转速度参考坐标系和谐波同步轴参考坐标系；

建立由所述回转速度参考坐标系到谐波同步轴参考坐标系的所述预设变换模型。

3.根据权利要求1所述的压缩机的控制方法，其特征在于，所述滤波器包括：

巴特沃兹低通滤波器。

4.根据权利要求1所述的压缩机的控制方法，其特征在于，所述根据所述转速谐波，对所述压缩机进行前馈补偿和反馈补偿的步骤，具体包括：

根据所述转速谐波，通过第一调节器，确定虚拟电流值；

利用所述变换模型，将所述虚拟电流值进行逆向变换，得到谐波补偿电流值；

根据所述谐波补偿电流值，对所述压缩机进行前馈补偿和反馈补偿。

5.根据权利要求4所述的压缩机的控制方法，其特征在于，所述根据所述谐波补偿电流值，对所述压缩机进行前馈补偿和反馈补偿的步骤，具体包括：

根据所述谐波补偿电流值，确定前馈补偿电压值；

根据所述前馈补偿电压值，对所述压缩机进行前馈补偿。

6.根据权利要求4所述的压缩机的控制方法，其特征在于，所述根据所述谐波补偿电流值，对所述压缩机进行前馈补偿和反馈补偿的步骤，具体包括：

根据所述谐波补偿电流值，利用第二调节器，确定反馈补偿电压值；

根据所述反馈补偿电压值，对所述压缩机进行反馈与补偿。

7.根据权利要求6所述的压缩机的控制方法，其特征在于，所述第二调节器包括：线性调节器和谐振调节器。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的压缩机的控制方法，其特征在于，所述获取压缩机的回转速度信号的步骤，具体包括：

通过传感器获取所述压缩机的回转速度信号；或

通过观测器获取所述压缩机的回转速度信号。

9.根据权利要求8所述的压缩机的控制方法，其特征在于，

所述传感器包括：振动传感器或加速度传感器；

所述观测器包括：高带宽无传感观测器。

10.一种压缩机的控制装置，其特征在于，包括：

存储器，其上存储有程序或指令；

处理器，配置为执行所述程序或指令时实现如权利要求1至9中任一项所述的压缩机的控制方法。

11.根据权利要求10所述的压缩机的控制装置，其特征在于，还包括：

传感器，与所述处理器相连接，用于获取压缩机的回转速度信号；和/或

滤波器，与所述处理器相连接，用于提取转速谐波；和/或

调节器，与所述处理器相连接，用于确定虚拟电流值。

12.一种制冷设备，其特征在于，包括：

压缩机；以及

如权利要求10或11所述的压缩机的控制装置。

13.一种可读存储介质，其上存储有程序或指令，其特征在于，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1至9中任一项所述的压缩机的控制方法。

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