CN112953334B - 一种用于压缩机的转矩补偿系统、方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于压缩机的转矩补偿方法，包括以下步骤：S1：获取压缩机运行时的有效波动负载；S2：使用无位置算法观测的电角度重构机械角度；S3：利用有效波动负载和机械角度，构建非线性负反馈，通过迭代求解补偿转矩；S4：将补偿转矩转换为电流命令输出。本发明提供的方案能够实现压缩机的谐波转矩补偿，减小转速波动以及系统的震动。
Description
技术领域
本发明属于压缩机控制技术领域，具体涉及一种用于压缩机的转矩补偿系统、方法。
背景技术
对于压缩机来说，由于其本身的机械结构决定了压缩机吸气侧与排气侧存在较大的压力差，导致压缩机每个机械周期存在较大的负载波动。如果不采用特殊的补偿方法，就会引起压缩机转速波动以及系统的剧烈震荡。这些震荡不仅会产生巨大的噪声，还会影响机械结构的不稳定。
如专利公开号为CN106762653A的专利中公开了一种压缩机转矩补偿方法、装置和压缩机及其控制方法，其中转矩补偿方法包括以下步骤：获取压缩机的目标速度和反馈速度，并根据目标速度和反馈速度生成速度波动曲线；对速度波动曲线进行傅里叶变换以获取基波速度和谐波速度；根据基波速度和谐波速度计算对应的基波转矩补偿电流和谐波转矩补偿电流；根据压缩机的运行频率、基波转矩补偿电流和谐波转矩补偿电流计算转矩补偿电流，并根据转矩补偿电流对压缩机进行转矩补偿。该方法能够减小压缩机在低频运行时的振动，保证压缩机稳定运行。
上述专利和常规的转矩补偿方法是通过标定，傅里叶变换或者一些观测器获取压缩机的负载曲线进行前馈补偿。但压缩机在不同工况下，负载的非线性变化会使预设的负载曲线很难满足所有工况下的要求。即使通过大量实验获取了足够的数据，如何兼容成本问题，根据具体条件索引曲线仍是个难以解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于压缩机的转矩补偿系统、方法，能够实现压缩机的谐波转矩补偿，减小转速波动以及系统的震动。
本发明的技术方案如下所示：
一种用于压缩机的转矩补偿方法，包括以下步骤：
S1：获取压缩机运行时的有效波动负载；
S2：使用无位置算法观测的电角度重构机械角度；
S3：利用有效波动负载和机械角度，构建非线性负反馈，通过迭代求解补偿转矩；
S4：将补偿转矩转换为电流命令输出。
优选的，所述步骤S1中利用观测器来获取有效波动负载，所述观测器的构建公式为：
其中x为无位置算法观测的机械速度，J为电机转动惯量，B为摩擦系数，l为观测增益，
为有效波动负载，p为无物理意义的中间变量，
为p对时间的导数。
优选的，所述电角度和机械角度的数学关系为：
其中P为极对数，
为观测的电角度，θ(k)为k时刻的机械角度。
优选的，所述补偿转矩的获取过程具体为：
S3.1：通过机械角度、有效波动负载计算补偿转矩的相位和幅值；
S3.2：通过机械角度、相位、幅值计算补偿转矩；
S3.3：通过压缩机的波动负载和计算获取的补偿转矩重新计算新的有效波动负载；
S3.4：将新的有效波动负载代入S3.1，并重复步骤S3.1～S3.3，以迭代的方式动态调整相位和幅值直至新的有效波动负载的值衰减为0后获得最终的压缩机需要的补偿转矩。
优选的，所述补偿转矩获取的迭代公式为：
其中
为补偿转矩
的在k时刻的相位，
为补偿转矩
的在k-1时刻的相位，
为补偿转矩
的在k时刻的幅值，
为补偿转矩
的在k-1时刻的幅值。
优选的，所述电流命令通过电流环接收补偿转矩经处理后输出。
本发明还提供了一种用户设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述用于压缩机的转矩补偿方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现所述用于压缩机的转矩补偿方法的步骤。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种压缩机转矩补偿方法，无需进行标定或复杂的曲线选择逻辑，以简单的形式实现转矩补偿；本发明采用非线性闭环反馈的形式，补偿幅值与相位可自动迭代调节，可以更好的应对实际工况中负载的变化。
附图说明
图1为本发明的提供的方法流程图。
图2为本发明提供的压缩机控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1所示，一种用于压缩机的转矩补偿方法，包括以下步骤：
1、使用任意观测器获取压缩机运行时的有效波动负载；
其中，观测器构建过程如下：
已知电机的运动方程为：
其中，ωm为电机的机械转速，
为电机机械转速对时间的导数；
构建如下负载观测器：
其中式中：x为无位置算法观测的机械速度，J为电机转动惯量，
为摩擦系数，l为观测增益，p为无物理意义的中间变量，
为p对时间的导数。
其中
为上述观测的有效波动负载，TL(k)为压缩机的波动负载，
2、利用图2中的无位置观测器获取的观测角度构建机械角度，作为本发明一种实施方式，观测角度构建机械角度的数学关系如下：
式中：P为极对数，
为观测电角度，θ(k)为k时刻的机械角度，其中无位置观测器由反电势观测器和锁相环组成。
3、利用步骤1中获取的有效波动负载
步骤2中获取的机械角度，构建非线性负反馈，通过迭代求解所需补偿的补偿转矩
作为本发明的一种实施方式，补偿转矩
的计算公式如下：
利用上述公式对补偿转矩进行迭代计算，直至有效波动负载衰减为零，用于动态调整幅值和相位。
上述公式中的收敛性证明如下：
若压缩机的波动负载为：
则补偿的转矩为：
将上述表达式带入非线性负反馈的表达式中可得：
展开可得：
两式中除了第一项为直流有效分量，其余项为高频正弦分量，在累加过程中等效为0。
因此上式可进一步等效为：
上式的平衡点为：
将上述平衡点带入
的表达式，可得
因此可以完全补偿波动补偿转矩。
4、将步骤3中获取的所需补偿的补偿转矩
转换为电流命令输出。本步骤利用电流环来完成。
上述补偿转矩的计算过程在单片机中完成，本实施中采用STM32f302，同时步骤1中的无位置算法也存储于单片机中。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种用于压缩机的转矩补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取压缩机运行时的有效波动负载；
S2：使用无位置算法观测的电角度重构机械角度；
S3：利用有效波动负载和机械角度，构建非线性负反馈，通过迭代求解补偿转矩；
S4：将补偿转矩转换为电流命令输出。
2.根据权利要求1所述的用于压缩机的转矩补偿方法，其特征在于，所述步骤S1中利用观测器来获取有效波动负载，所述观测器的构建公式为：
其中x为无位置算法观测的机械速度，J为电机转动惯量，B为摩擦系数，l为观测增益，
为有效波动负载，p为无物理意义的中间变量，
为p对时间的导数。
3.根据权利要求2所述的用于压缩机的转矩补偿方法，其特征在于，所述电角度和机械角度的数学关系为：
其中P为极对数，
为观测的电角度，θ(k)为k时刻的机械角度。
4.根据权利要求3所述的用于压缩机的转矩补偿方法，其特征在于，所述补偿转矩的获取过程具体为：
S3.1：通过机械角度、有效波动负载计算补偿转矩的相位和幅值；
S3.2：通过机械角度、相位、幅值计算补偿转矩；
S3.3：通过压缩机的波动负载和计算获取的补偿转矩重新计算新的有效波动负载；
S3.4：将新的有效波动负载代入S3.1，并重复步骤S3.1～S3.3，以迭代的方式动态调整相位和幅值直至新的有效波动负载的值衰减为0后获得最终的压缩机需要的补偿转矩。
5.根据权利要求4所述的用于压缩机的转矩补偿方法，其特征在于，所述补偿转矩获取的迭代公式为：
其中
为补偿转矩
的在k时刻的相位，
为补偿转矩
的在k-1时刻的相位，
为补偿转矩
的在k时刻的幅值，
为补偿转矩
的在k-1时刻的幅值。
6.根据权利要求1所述的用于压缩机的转矩补偿方法，其特征在于，所述电流命令通过电流环接收补偿转矩经处理后输出。
7.一种用户设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
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