CN114337420A - 电机控制方法、装置、压缩机、存储介质及空调器 - Google Patents

电机控制方法、装置、压缩机、存储介质及空调器 Download PDF

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CN114337420A CN202111631739.9A CN202111631739A CN114337420A CN 114337420 A CN114337420 A CN 114337420A CN 202111631739 A CN202111631739 A CN 202111631739A CN 114337420 A CN114337420 A CN 114337420A
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王乐三
曹锐
尹磊
刘晓飞
张明磊
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Hisense Shandong Air Conditioning Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种电机控制方法、装置、压缩机、存储介质及空调器，所述方法包括：获取电机转子机械角位置误差；根据电机转子机械角位置误差和基于扩张状态观测器的锁相环获取电机的估计转子电角位置和电角速度；根据电机的估计转子电角位置和电角速度对电机进行控制，该方法根据基于扩张状态观测器的锁相环和反电动势信息获取电机的估计转子电角位置和电角速度，其受位置误差中干扰信号的影响更小，得到的电机转速更加平滑。同时，将电磁转矩与负载转矩的影响考虑在内，计算得到的电机转速与位置具有更高的动态精度。进一步的，通过对观测得到电机的负载转矩进行修正，可以消除相位滞后与幅值衰减，实现压缩机的自适应转矩补偿，抑制系统振动。

Description

电机控制方法、装置、压缩机、存储介质及空调器
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其是涉及一种电机控制方法、装置、压缩机、存储介质及空调器。
背景技术
在压缩机的应用当中，尤其是家用空调所采用的单转子压缩机，有两大核心问题，分别为：①准确并且稳定、平滑的估算出压缩机的转速以及转子位置；②抑制压缩机周期性波动负载导致的系统振动。
现有相关技术中，一方面，通常采用传统的PI(Proportional-Integral，比例积分)锁相环方法进行转子位置及速度的估算，其存在以下问题：①由于PI锁相环中比例环节(即P环节)的存在，电机转速与位置误差之间存在直接的比例关系，使得估算转速容易受位置误差中干扰信号的影响，导致获得的估算转速含有较多毛刺，平滑性较差，影响控制可靠性；②对电机电流以及负载变化的响应速度较慢，在压缩机控制中动态精度较低。
另一方面，通常采用根据固定转矩曲线进行补偿的方法，以及根据电机的转速波动进行补偿的方法进行系统振动抑制-转矩补偿，但固定转矩曲线补偿对于不同压缩机的适应性较差，更换压缩机时转矩补偿曲线需重新设置与调试；而电机转速波动补偿方法在估算转速与实际转速之间始终存在相位滞后与幅值衰减，均会影响系统振动的抑制效果。
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，本发明的目的在于提出一种电机控制方法、装置、压缩机、存储介质及空调器。
本发明提出的一种电机控制方法，包括以下步骤：
获取电机转子机械角位置误差；
根据所述电机转子机械角位置误差和基于扩张状态观测器的锁相环获取电机的估计转子电角位置和电角速度；
根据所述电机的估计转子电角位置和电角速度对所述电机进行控制。
另外，根据本发明实施例的电机控制方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，获取电机转子机械角位置误差，包括：
Figure BDA0003440441710000021
其中，θm-err为电机转子机械角位置误差，θe-err为根据反电动势观测器或轴差观测器计算得到的转子位置误差，Pn为电机极对数。
进一步地，根据所述电机转子机械角位置误差和基于扩张状态观测器的锁相环获取电机的估计转子电角位置和电角速度，包括：
Figure BDA0003440441710000022
Figure BDA0003440441710000023
其中，
Figure BDA0003440441710000024
为电机的估计转子电角位置，
Figure BDA0003440441710000025
为电机的电角速度，
Figure BDA0003440441710000026
为电机的转子机械角位置的观测值，
Figure BDA0003440441710000027
为电机的机械角速度的观测值，Pn为电机极对数。
进一步地，所述电机的转子机械角位置的观测值满足以下条件：
Figure BDA0003440441710000028
其中，
Figure BDA0003440441710000029
为所述电机的机械角速度的观测值，β1为基于扩张状态观测器的锁相环的第一观测系数，θm-err为所述电机转子机械角位置误差。
进一步地，所述电机机械角速度的观测值满足以下条件：
Figure BDA00034404417100000210
其中，Te为电磁转矩，J为转动惯量，
Figure BDA00034404417100000211
为与负载转矩相关的外部扰动分量的观测值，β2为基于扩张状态观测器的锁相环的第二观测系数，θm-err为所述电机转子机械角位置误差。
进一步地，所述外部扰动分量的观测值满足以下条件：
Figure BDA00034404417100000212
其中，β3为基于扩张状态观测器的锁相环的第三观测系数，θm-err为所述电机转子机械角位置误差。
进一步地，该电机控制方法还包括：
根据所述基于扩张状态观测器的锁相环获取电机负载转矩的观测值；
对所述电机负载转矩的观测值进行修正；
根据所述修正后的电机负载转矩的观测值对电机q轴电流的目标值进行补偿。
进一步地，根据所述基于扩张状态观测器的锁相环获取电机负载转矩的观测值，包括：
Figure BDA0003440441710000031
其中，
Figure BDA0003440441710000032
为所述电机负载转矩的观测值，J为转动惯量，
Figure BDA0003440441710000033
为与所述负载转矩相关的外部扰动分量的观测值。
进一步地，对所述电机负载转矩的观测值进行修正，包括：
获取所述电机负载转矩的观测值的交流分量；
对所述电机负载转矩的观测值的交流分量进行相位与幅度修正。
进一步地，获取所述电机负载转矩的观测值的交流分量，包括：
Figure BDA0003440441710000034
或
Figure BDA0003440441710000035
其中，
Figure BDA0003440441710000036
为电机负载转矩的观测值经高通滤波后的交流分量，
Figure BDA0003440441710000037
为电机负载转矩的观测值经带通滤波后的交流分量，
Figure BDA0003440441710000038
为所述电机负载转矩的观测值的交流分量，
Figure BDA0003440441710000039
为所述电机负载转矩的观测值。
进一步地，对所述电机负载转矩的观测值的交流分量进行相位与幅度修正，包括：
Figure BDA00034404417100000310
其中，
Figure BDA00034404417100000311
为所述电机负载转矩的观测值的交流分量，
Figure BDA00034404417100000312
为相位和幅值修正后的电机负载转矩的观测值的交流分量，ωL为压缩机负载的波动频率。
进一步地，根据所述修正后的电机负载转矩的观测值对电机q轴电流的目标值进行补偿，包括：
Figure BDA00034404417100000313
其中，△iq*为补偿后的电机q轴电流的目标值，
Figure BDA00034404417100000314
Figure BDA00034404417100000315
表示负载转矩观测值经低通滤波后的直流分量；
Figure BDA00034404417100000316
为相位和幅值修正后的电机负载转矩的观测值的交流分量；KT为电机的转矩系数。
进一步地，所述基于扩张状态观测器的锁相环与所述压缩机负载的波动频率满足以下条件：
Figure BDA0003440441710000041
其中，β1为基于扩张状态观测器的锁相环的第一观测系数，β2为基于扩张状态观测器的锁相环的第二观测系数，β3为基于扩张状态观测器的锁相环的第三观测系数，ωL为所述压缩机负载的波动频率。
根据本发明实施例的电机控制方法，通过根据基于扩张状态观测器的锁相环和反电动势信息获取电机的估计转子电角位置和电角速度，电机转速与位置误差之间不存在直接的比例关系，而是经过二阶积分与一阶积分得到，有滤波作用，其受位置误差中干扰信号的影响更小，得到的电机转速更加平滑。同时，在计算电机转速与位置的过程中，将电磁转矩与负载转矩的影响考虑在内，对于二者的变化具有更快的响应速度，计算得到的电机转速与位置具有更高的动态精度。进一步的，通过观测得到电机的负载转矩，经过进一步的自动相位与幅值修正，可以消除与真实负载转矩之间的相位滞后与幅值衰减，将其应用于转矩补偿，可实现压缩机的自适应转矩补偿，有效抑制系统振动。
针对上述存在的问题，本发明还提出一种电机控制装置，该装置包括：
第一获取模块，用于获取电机转子机械角位置误差；
第二获取模块，用于根据所述电机转子机械角位置误差和基于扩张状态观测器的锁相环获取电机的估计转子电角位置和电角速度；
控制模块，用于根据所述电机的估计转子电角位置和电角速度对所述电机进行控制。
根据本发明实施例的电机控制装置，通过根据基于扩张状态观测器的锁相环和反电动势信息获取电机的估计转子电角位置和电角速度，电机转速与位置误差之间不存在直接的比例关系，而是经过二阶积分与一阶积分得到，有滤波作用，其受位置误差中干扰信号的影响更小，得到的电机转速更加平滑。同时，在计算电机转速与位置的过程中，将电磁转矩与负载转矩的影响考虑在内，对于二者的变化具有更快的响应速度，计算得到的电机转速与位置具有更高的动态精度。进一步的，通过观测得到电机的负载转矩，经过进一步的自动相位与幅值修正，可以消除与真实负载转矩之间的相位滞后与幅值衰减，将其应用于转矩补偿，可实现压缩机的自适应转矩补偿，有效抑制系统振动。
针对上述存在的问题，本发明还提出一种压缩机，该压缩机包括：
如上述实施例所述的电机控制装置；或者，
处理器、存储器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的电机控制程序，该电机控制程序被所述处理器执行时实现如上述任一实施例所述的电机控制方法。
根据本发明实施例的压缩机，通过根据基于扩张状态观测器的锁相环和反电动势信息获取电机的估计转子电角位置和电角速度，电机转速与位置误差之间不存在直接的比例关系，而是经过二阶积分与一阶积分得到，有滤波作用，其受位置误差中干扰信号的影响更小，得到的电机转速更加平滑。同时，在计算电机转速与位置的过程中，将电磁转矩与负载转矩的影响考虑在内，对于二者的变化具有更快的响应速度，计算得到的电机转速与位置具有更高的动态精度。进一步的，通过观测得到电机的负载转矩，经过进一步的自动相位与幅值修正，可以消除与真实负载转矩之间的相位滞后与幅值衰减，将其应用于转矩补偿，可实现压缩机的自适应转矩补偿，有效抑制系统振动。
针对上述存在的问题，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有电机控制程序，所述电机控制程序被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的电机控制方法。
根据本发明实施例的计算机可读存储介质，其上存储的电机控制程序被处理器执行时，通过根据基于扩张状态观测器的锁相环和反电动势信息获取电机的估计转子电角位置和电角速度，电机转速与位置误差之间不存在直接的比例关系，而是经过二阶积分与一阶积分得到，有滤波作用，其受位置误差中干扰信号的影响更小，得到的电机转速更加平滑。同时，在计算电机转速与位置的过程中，将电磁转矩与负载转矩的影响考虑在内，对于二者的变化具有更快的响应速度，计算得到的电机转速与位置具有更高的动态精度。进一步的，通过观测得到电机的负载转矩，经过进一步的自动相位与幅值修正，可以消除与真实负载转矩之间的相位滞后与幅值衰减，将其应用于转矩补偿，可实现压缩机的自适应转矩补偿，有效抑制系统振动。
针对上述存在的问题，本发明还提出一种空调器，包括如上述实施例所述的压缩机。
根据本发明实施例的空调器，通过根据基于扩张状态观测器的锁相环和反电动势信息获取电机的估计转子电角位置和电角速度，电机转速与位置误差之间不存在直接的比例关系，而是经过二阶积分与一阶积分得到，有滤波作用，其受位置误差中干扰信号的影响更小，得到的电机转速更加平滑。同时，在计算电机转速与位置的过程中，将电磁转矩与负载转矩的影响考虑在内，对于二者的变化具有更快的响应速度，计算得到的电机转速与位置具有更高的动态精度。进一步的，通过观测得到电机的负载转矩，经过进一步的自动相位与幅值修正，可以消除与真实负载转矩之间的相位滞后与幅值衰减，将其应用于转矩补偿，可实现压缩机的自适应转矩补偿，有效抑制系统振动。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，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是根据本发明一个实施例的电机控制方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的电机控制方法的原理框图；
图3是根据本发明一个实施例的电机控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的电机控制方法、装置、压缩机、存储介质及空调器。
图1是根据本发明一个实施例的电机控制方法的流程图。如图1所示，一种电机控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1:获取电机转子机械角位置误差。
步骤S2:根据电机转子机械角位置误差和基于扩张状态观测器的锁相环获取电机的估计转子电角位置和电角速度。
具体而言，本发明实施例提出一种基于扩张状态观测器的锁相环，以获取电机的转子位置及转速。在具体实施例中，基于扩张状态观测器的锁相环如(1)式所示：
Figure BDA0003440441710000061
其中，上标“^”表示观测值；β1、β2与β3为扩张状态观测器系数，Te为电磁转矩，ωm为电机机械角速度，θm为电机转子机械角位置，J为转动惯量；θm-err为电机转子机械角位置误差，
Figure BDA0003440441710000062
为与负载转矩相关的外部扰动分量，其分别如(2)式和(3)式所示：
Figure BDA0003440441710000063
Figure BDA0003440441710000071
其中，θe-err即为根据反电动势观测器或轴差观测器计算得到的转子位置误差，Pn为电机极对数，TL为负载转矩。电机转子机械角位置误差θe-err如式(4)所示：
Figure BDA0003440441710000072
其中，
Figure BDA0003440441710000073
为电机转子电角位置的估计值。
根据(1)式至(4)式，可知基于扩张状态观测器的锁相环和反电动势信息可以获取电机转子机械角位置
Figure BDA0003440441710000074
电机机械角速度
Figure BDA0003440441710000075
在计算电机转速与位置的过程中，将电磁转矩与负载转矩的影响考虑在内，因此对于二者的变化具有更快的响应速度，计算得到的电机转速与位置具有更高的动态精度。
将电机转子机械角位置
Figure BDA0003440441710000076
电机机械角速度
Figure BDA0003440441710000077
分别乘以电机极对数Pn，即可获得电机的估计转子电角位置
Figure BDA0003440441710000078
与电角速度
Figure BDA0003440441710000079
用于对电机进行FOC(Field OrientedControl,磁场导向控制)矢量控制，即估计转子电角位置
Figure BDA00034404417100000710
与电角速度
Figure BDA00034404417100000711
分别如(5)式和(6)式所示：
Figure BDA00034404417100000712
Figure BDA00034404417100000713
在本发明的一个实施例中，获取电机转子机械角位置误差，包括：
Figure BDA00034404417100000714
其中，θm-err为电机转子机械角位置误差，θe-err为根据反电动势观测器或轴差观测器计算得到的转子位置误差，Pn为电机极对数。
步骤S3:根据电机的估计转子电角位置和电角速度对电机进行控制。
具体而言，本发明实施例的电机控制方法通过获取电机转子机械角位置误差，并根据基于扩张状态观测器的锁相环获取电机的估计转子电角位置和电角速度，对电机进行控制，可以提高系统的稳定性。
在本发明的一个实施例中，根据电机转子机械角位置误差和基于扩张状态观测器的锁相环获取电机的估计转子电角位置和电角速度，包括：
Figure BDA00034404417100000715
Figure BDA0003440441710000081
其中，
Figure BDA0003440441710000082
为电机的估计转子电角位置，
Figure BDA0003440441710000083
为电机的电角速度，
Figure BDA0003440441710000084
为电机的转子机械角位置的观测值，
Figure BDA0003440441710000085
为电机的机械角速度的观测值，Pn为电机极对数。
具体而言，本发明实施例通过基于扩张状态观测器的锁相环和反电动势信息获取电机的转子位置，即电机转子机械角位置的观测值和电机机械角速度的观测值，然后根据电机转子机械角位置的观测值和电机机械角速度的观测值获取电机的估计转子电角位置和电角速度，估算出的电机转速以及转子位置更加稳定、平滑，同时提升估计的响应速度与动态精度。
在本发明的一个实施例中，电机的转子机械角位置的观测值满足以下条件：
Figure BDA0003440441710000086
其中，
Figure BDA0003440441710000087
为电机的机械角速度的观测值，β1为基于扩张状态观测器的锁相环的第一观测系数，θm-err为电机转子机械角位置误差。
在具体实施例中，由(1)式可知，将电机转子机械角位置误差θm-err与基于扩张状态观测器的锁相环的第一观测系数β1相乘，并加上估计的电机机械角速度的观测值
Figure BDA0003440441710000088
对相加结果进行积分，即可获得电机转子机械角位置的观测值
Figure BDA0003440441710000089
在本发明的一个实施例中，电机机械角速度的观测值满足以下条件：
Figure BDA00034404417100000810
其中，Te为电磁转矩，J为转动惯量，
Figure BDA00034404417100000811
为与负载转矩相关的外部扰动分量的观测值，β2为基于扩张状态观测器的锁相环的第二观测系数，θm-err为电机转子机械角位置误差。
在具体实施例中，由(1)式可知，将电机转子机械角位置误差θm-err与基于扩张状态观测器的锁相环的第二观测系数β2相乘，并加上与负载转矩相关的外部扰动分量的观测值
Figure BDA00034404417100000812
以及电磁转矩Te除以转动惯量J，对相加结果进行积分，即可获得电机机械角速度的观测值
Figure BDA00034404417100000813
由此，电机转速与位置误差之间不存在直接的比例关系，而是经过二阶积分与一阶积分得到，有滤波作用，因此其受位置误差中干扰信号的影响更小，得到的电机转速更加平滑。
在本发明的一个实施例中，外部扰动分量的观测值满足以下条件：
Figure BDA00034404417100000814
其中，β3为基于扩张状态观测器的锁相环的第三观测系数，θm-err为电机转子机械角位置误差。
在具体实施例中，由(1)式可知，将电机转子机械角位置误差θm-err与基于扩张状态观测器的锁相环的第三观测系数β3相乘，对相乘结果进行积分，即可获得与负载转矩相关的外部扰动分量的观测值
Figure BDA0003440441710000091
在本发明的一个实施例中，该电机控制方法还包括：根据基于扩张状态观测器的锁相环获取电机负载转矩的观测值；对所电机负载转矩的观测值进行修正；根据修正后的电机负载转矩的观测值对电机q轴电流的目标值进行补偿。
具体而言，根据基于扩张状态观测器的锁相环获取电机负载转矩的观测值，无法直接用于压缩机的转矩补偿，原因为电机负载转矩的观测值与实际负载转矩之间存在明显的相位滞后与幅值衰减，若将其直接用于转矩补偿，难以取得良好的振动抑制效果，因此需对其进行修正，然后根据修正后的电机负载转矩的观测值对电机q轴电流的目标值进行补偿。
在本发明的一个实施例中，根据基于扩张状态观测器的锁相环获取电机负载转矩的观测值，包括：
Figure BDA0003440441710000092
其中，
Figure BDA0003440441710000093
为电机负载转矩的观测值，J为转动惯量，
Figure BDA0003440441710000094
为与负载转矩相关的外部扰动分量的观测值。
在具体实施例中，将电机转子机械角位置误差θm-err与上述基于扩张状态观测器的锁相环的第三观测系数β3相乘，对相乘结果进行积分，获得外部扰动分量f，将f乘-1并乘以电机的转动惯量J，即可获取电机负载转矩的观测值
Figure BDA0003440441710000095
在本发明的一个实施例中，对电机负载转矩的观测值进行修正，包括：获取电机负载转矩的观测值的交流分量；对电机负载转矩的观测值的交流分量进行相位与幅度修正。
具体而言，对基于扩张状态观测器的锁相环的系数进行设计，其取值如(7)式所示：
Figure BDA0003440441710000096
其中，ωL为压缩机负载的波动频率，可知，当压缩机为单转子压缩机时，ωL与压缩机运行的机械频率ωm相等，即ωL＝ωm；当压缩机为双转子压缩机时，ωL＝2ωm；以此类推。
按照(7)式所示的扩张状态观测器系数取值方法，由(1)式和(7)式可得此时电机负载转矩的观测值
Figure BDA0003440441710000101
与实际负载转矩TL的关系(8)式所示：
Figure BDA0003440441710000102
由于压缩机的负载转矩可以近似分解为直流分量与交流分量的叠加，因此，实际负载转矩与观测负载转矩(即负载转矩的观测值
Figure BDA0003440441710000103
)可分别如(9)式和(10)式所示：
TL＝TL-dc+TL-ac (9)
Figure BDA0003440441710000104
其中，下标“dc”表示直流分量，下标“ac”表示交流分量。
由(8)式可知，在稳态下，观测负载转矩的直流分量与实际负载转矩的直流分量相等，而交流分量满足(8)式所示关系，因此在对观测负载转矩进行相位与幅值修正时，只对其交流分量进行修正即可。
在本发明的一个实施例中，获取电机负载转矩的观测值的交流分量，包括：
Figure BDA0003440441710000105
或
Figure BDA0003440441710000106
其中，
Figure BDA0003440441710000107
为电机负载转矩的观测值经高通滤波后的交流分量，
Figure BDA0003440441710000108
为电机负载转矩的观测值经带通滤波后的交流分量，
Figure BDA0003440441710000109
为电机负载转矩的观测值的交流分量，
Figure BDA00034404417100001010
为电机负载转矩的观测值。
具体而言，可以用高通滤波或带通滤波将电机负载转矩的观测值的交流分量提取出来。
在本发明的一个实施例中，对电机负载转矩的观测值的交流分量进行相位与幅度修正，包括：
Figure BDA00034404417100001011
其中，
Figure BDA00034404417100001012
为电机负载转矩的观测值的交流分量，
Figure BDA00034404417100001013
为相位和幅值修正后的电机负载转矩的观测值的交流分量，ωL为压缩机负载的波动频率。
具体而言，对电机负载转矩的观测值的交流分量的相位与幅值修正方法为：对电机负载转矩的观测值的交流分量
Figure BDA00034404417100001014
进行低通滤波，低通滤波的带宽与(7)式中所示的压缩机负载的波动频率ωL相等，再对低通滤波后的变量乘以-4，即可获得相位和幅值修正后的负载转矩的观测值的交流分量
Figure BDA00034404417100001015
(7)式中的参数ωL随压缩机运行频率自动进行调整，始终保证无相位滞后与幅值衰减，无需大量调试，即可实现自适应的转矩补偿。
在本发明的一个实施例中，根据修正后的电机负载转矩的观测值对电机q轴电流的目标值进行补偿，包括：
Figure BDA0003440441710000111
其中，△iq*为补偿后的电机q轴电流的目标值，
Figure BDA0003440441710000112
Figure BDA0003440441710000113
表示负载转矩观测值经低通滤波后的直流分量；
Figure BDA0003440441710000114
为相位和幅值修正后的电机负载转矩的观测值的交流分量；KT为电机的转矩系数。
具体而言，根据上述步骤获取的电机负载转矩的观测值，其与实际负载转矩之间无相位滞后与幅值衰减，以此为基础，对电机q轴电流的目标值进行补偿，即可实现对压缩机的自适应转矩补偿，有效抑制系统振动。
在本发明的一个实施例中，基于扩张状态观测器的锁相环与压缩机负载的波动频率满足以下条件：
Figure BDA0003440441710000115
其中，β1为基于扩张状态观测器的锁相环的第一观测系数，β2为基于扩张状态观测器的锁相环的第二观测系数，β3为基于扩张状态观测器的锁相环的第三观测系数，ωL为压缩机负载的波动频率。
在具体实施例中，本发明实施例提出方法原理框图如图2所示，其具体实现方式与上述本发明实施例的任一项电机控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
综上所述，根据本发明实施例的电机控制方法，通过根据基于扩张状态观测器的锁相环和反电动势信息获取电机的估计转子电角位置和电角速度，电机转速与位置误差之间不存在直接的比例关系，而是经过二阶积分与一阶积分得到，有滤波作用，其受位置误差中干扰信号的影响更小，得到的电机转速更加平滑。同时，在计算电机转速与位置的过程中，将电磁转矩与负载转矩的影响考虑在内，对于二者的变化具有更快的响应速度，计算得到的电机转速与位置具有更高的动态精度。进一步的，通过观测得到电机的负载转矩，经过进一步的自动相位与幅值修正，可以消除与真实负载转矩之间的相位滞后与幅值衰减，将其应用于转矩补偿，可实现压缩机的自适应转矩补偿，有效抑制系统振动。
本发明的进一步实施例还公开了一种电机控制装置。图3是根据本发明一个实施例的电机控制装置的结构示意图，如图3所示，所述装置10包括：第一获取模块11、第二获取模块12、控制模块13。
其中，第一获取模块11，用于获取电机转子机械角位置误差；第二获取模块12，用于根据电机转子机械角位置误差和基于扩张状态观测器的锁相环获取电机的估计转子电角位置和电角速度；控制模块13，用于根据电机的估计转子电角位置和电角速度对所述电机进行控制。
在本发明的一个实施例中，第一获取模块11获取电机转子机械角位置误差，包括：
Figure BDA0003440441710000121
其中，θm-err为电机转子机械角位置误差，θe-err为根据反电动势观测器或轴差观测器计算得到的转子位置误差，Pn为电机极对数。
在本发明的一个实施例中，第二获取模块12根据电机转子机械角位置误差和基于扩张状态观测器的锁相环获取电机的估计转子电角位置和电角速度，包括：
Figure BDA0003440441710000122
Figure BDA0003440441710000123
其中，
Figure BDA0003440441710000124
为电机的估计转子电角位置，
Figure BDA0003440441710000125
为电机的电角速度，
Figure BDA0003440441710000126
为电机的转子机械角位置的观测值，
Figure BDA0003440441710000127
为电机的机械角速度的观测值，Pn为电机极对数。
在本发明的一个实施例中，电机的转子机械角位置的观测值满足以下条件：
Figure BDA0003440441710000128
其中，
Figure BDA0003440441710000129
为电机的机械角速度的观测值，β1为基于扩张状态观测器的锁相环的第一观测系数，θm-err为电机转子机械角位置误差。
在本发明的一个实施例中，电机机械角速度的观测值满足以下条件：
Figure BDA00034404417100001210
其中，Te为电磁转矩，J为转动惯量，
Figure BDA00034404417100001211
为与负载转矩相关的外部扰动分量的观测值，β2为基于扩张状态观测器的锁相环的第二观测系数，θm-err为电机转子机械角位置误差。
在本发明的一个实施例中，外部扰动分量的观测值满足以下条件：
Figure BDA00034404417100001212
其中，β3为基于扩张状态观测器的锁相环的第三观测系数，θm-err为电机转子机械角位置误差。
在本发明的一个实施例中，该电机控制装置还包括第三获取模块、修正模块、补偿模块。
其中，第三获取模块用于基于扩张状态观测器的锁相环获取电机负载转矩的观测值；修正模块用于对所电机负载转矩的观测值进行修正；补偿模块用于根据修正后的电机负载转矩的观测值对电机q轴电流的目标值进行补偿。
在本发明的一个实施例中，第三获取模块根据基于扩张状态观测器的锁相环获取电机负载转矩的观测值，包括：
Figure BDA0003440441710000131
其中，
Figure BDA0003440441710000132
为电机负载转矩的观测值，J为转动惯量，
Figure BDA0003440441710000133
为与负载转矩相关的外部扰动分量的观测值。
在本发明的一个实施例中，修正模块对电机负载转矩的观测值进行修正，包括：修正模块获取电机负载转矩的观测值的交流分量；对电机负载转矩的观测值的交流分量进行相位与幅度修正。
在本发明的一个实施例中，修正模块获取电机负载转矩的观测值的交流分量，包括：
Figure BDA0003440441710000134
或
Figure BDA0003440441710000135
其中，
Figure BDA0003440441710000136
为电机负载转矩的观测值经高通滤波后的交流分量，
Figure BDA0003440441710000137
为电机负载转矩的观测值经带通滤波后的交流分量，
Figure BDA0003440441710000138
为电机负载转矩的观测值的交流分量，
Figure BDA0003440441710000139
为电机负载转矩的观测值。
在本发明的一个实施例中，修正模块对电机负载转矩的观测值的交流分量进行相位与幅度修正，包括：
Figure BDA00034404417100001310
其中，
Figure BDA00034404417100001311
为电机负载转矩的观测值的交流分量，
Figure BDA00034404417100001312
为相位和幅值修正后的电机负载转矩的观测值的交流分量，ωL为压缩机负载的波动频率。
在本发明的一个实施例中，补偿模块根据修正后的电机负载转矩的观测值对电机q轴电流的目标值进行补偿，包括：
Figure BDA00034404417100001313
其中，△iq*为补偿后的电机q轴电流的目标值，
Figure BDA00034404417100001314
Figure BDA00034404417100001315
表示负载转矩观测值经低通滤波后的直流分量；
Figure BDA0003440441710000141
为相位和幅值修正后的电机负载转矩的观测值的交流分量；KT为电机的转矩系数。
在本发明的一个实施例中，基于扩张状态观测器的锁相环与压缩机负载的波动频率满足以下条件：
Figure BDA0003440441710000142
其中，β1为基于扩张状态观测器的锁相环的第一观测系数，β2为基于扩张状态观测器的锁相环的第二观测系数，β3为基于扩张状态观测器的锁相环的第三观测系数，ωL为压缩机负载的波动频率。
需要说明的是，本发明实施例的电机控制装置10在进行电机控制时，其具体实现方式与本发明实施例的电机控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
根据本发明实施例的电机控制装置10，通过根据基于扩张状态观测器的锁相环和反电动势信息获取电机的估计转子电角位置和电角速度，电机转速与位置误差之间不存在直接的比例关系，而是经过二阶积分与一阶积分得到，有滤波作用，其受位置误差中干扰信号的影响更小，得到的电机转速更加平滑。同时，在计算电机转速与位置的过程中，将电磁转矩与负载转矩的影响考虑在内，对于二者的变化具有更快的响应速度，计算得到的电机转速与位置具有更高的动态精度。进一步的，通过观测得到电机的负载转矩，经过进一步的自动相位与幅值修正，可以消除与真实负载转矩之间的相位滞后与幅值衰减，将其应用于转矩补偿，可实现压缩机的自适应转矩补偿，有效抑制系统振动。
本发明的进一步实施例还公开了一种压缩机。
在一些实施例中，该压缩机包括如上述实施例所述的电机控制装置10。
在另一些实施例中，该压缩机包括处理器、存储器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的电机控制程序，该电机控制程序被所述处理器执行时实现如上述任一实施例所述的电机控制方法。
根据本发明实施例的压缩机，通过根据基于扩张状态观测器的锁相环和反电动势信息获取电机的估计转子电角位置和电角速度，电机转速与位置误差之间不存在直接的比例关系，而是经过二阶积分与一阶积分得到，有滤波作用，其受位置误差中干扰信号的影响更小，得到的电机转速更加平滑。同时，在计算电机转速与位置的过程中，将电磁转矩与负载转矩的影响考虑在内，对于二者的变化具有更快的响应速度，计算得到的电机转速与位置具有更高的动态精度。进一步的，通过观测得到电机的负载转矩，经过进一步的自动相位与幅值修正，可以消除与真实负载转矩之间的相位滞后与幅值衰减，将其应用于转矩补偿，可实现压缩机的自适应转矩补偿，有效抑制系统振动。
本发明的进一步实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有电机控制程序，所述电机控制程序被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的电机控制方法。
根据本发明实施例的计算机可读存储介质，其上存储的电机控制程序被处理器执行时，通过根据基于扩张状态观测器的锁相环和反电动势信息获取电机的估计转子电角位置和电角速度，电机转速与位置误差之间不存在直接的比例关系，而是经过二阶积分与一阶积分得到，有滤波作用，其受位置误差中干扰信号的影响更小，得到的电机转速更加平滑。同时，在计算电机转速与位置的过程中，将电磁转矩与负载转矩的影响考虑在内，对于二者的变化具有更快的响应速度，计算得到的电机转速与位置具有更高的动态精度。进一步的，通过观测得到电机的负载转矩，经过进一步的自动相位与幅值修正，可以消除与真实负载转矩之间的相位滞后与幅值衰减，将其应用于转矩补偿，可实现压缩机的自适应转矩补偿，有效抑制系统振动。
本发明的进一步实施例还公开了一种空调器，包括如上述实施例所述的压缩机。
根据本发明实施例的空调器，通过根据基于扩张状态观测器的锁相环和反电动势信息获取电机的估计转子电角位置和电角速度，电机转速与位置误差之间不存在直接的比例关系，而是经过二阶积分与一阶积分得到，有滤波作用，其受位置误差中干扰信号的影响更小，得到的电机转速更加平滑。同时，在计算电机转速与位置的过程中，将电磁转矩与负载转矩的影响考虑在内，对于二者的变化具有更快的响应速度，计算得到的电机转速与位置具有更高的动态精度。进一步的，通过观测得到电机的负载转矩，经过进一步的自动相位与幅值修正，可以消除与真实负载转矩之间的相位滞后与幅值衰减，将其应用于转矩补偿，可实现压缩机的自适应转矩补偿，有效抑制系统振动。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者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示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (17)

1.一种电机控制方法，其特征在于，包括：
获取电机转子机械角位置误差；
根据所述电机转子机械角位置误差和基于扩张状态观测器的锁相环获取电机的估计转子电角位置和电角速度；
根据所述电机的估计转子电角位置和电角速度对所述电机进行控制。
2.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，获取电机转子机械角位置误差，包括：
Figure FDA0003440441700000011
其中，θm-err为电机转子机械角位置误差，θe-err为根据反电动势观测器或轴差观测器计算得到的转子位置误差，Pn为电机极对数。
3.根据权利要求2所述的电机控制方法，其特征在于，根据所述电机转子机械角位置误差和基于扩张状态观测器的锁相环获取电机的估计转子电角位置和电角速度，包括：
Figure FDA0003440441700000012
Figure FDA0003440441700000013
其中，
Figure FDA0003440441700000014
为电机的估计转子电角位置，
Figure FDA0003440441700000015
为电机的电角速度，
Figure FDA0003440441700000016
为电机的转子机械角位置的观测值，
Figure FDA0003440441700000017
为电机的机械角速度的观测值，Pn为电机极对数。
4.根据权利要求3所述的电机控制方法，其特征在于，所述电机的转子机械角位置的观测值满足以下条件：
Figure FDA0003440441700000018
其中，
Figure FDA0003440441700000019
为所述电机的机械角速度的观测值，β1为基于扩张状态观测器的锁相环的第一观测系数，θm-err为所述电机转子机械角位置误差。
5.根据权利要求3所述的电机控制方法，其特征在于，所述电机机械角速度的观测值满足以下条件：
Figure FDA00034404417000000110
其中，Te为电磁转矩，J为转动惯量，
Figure FDA0003440441700000021
为与负载转矩相关的外部扰动分量的观测值，β2为基于扩张状态观测器的锁相环的第二观测系数，θm-err为所述电机转子机械角位置误差。
6.根据权利要求5所述的电机控制方法，其特征在于，所述外部扰动分量的观测值满足以下条件：
Figure FDA0003440441700000022
其中，β3为基于扩张状态观测器的锁相环的第三观测系数，θm-err为所述电机转子机械角位置误差。
7.根据权利要求6所述的电机控制方法，其特征在于，还包括：
根据所述基于扩张状态观测器的锁相环获取电机负载转矩的观测值；
对所述电机负载转矩的观测值进行修正；
根据所述修正后的电机负载转矩的观测值对电机q轴电流的目标值进行补偿。
8.根据权利要求7所述的电机控制方法，其特征在于，根据所述基于扩张状态观测器的锁相环获取电机负载转矩的观测值，包括：
Figure FDA0003440441700000023
其中，
Figure FDA0003440441700000024
为所述电机负载转矩的观测值，J为转动惯量，
Figure FDA0003440441700000025
为与所述负载转矩相关的外部扰动分量的观测值。
9.根据权利要求7所述的电机控制方法，其特征在于，对所述电机负载转矩的观测值进行修正，包括：
获取所述电机负载转矩的观测值的交流分量；
对所述电机负载转矩的观测值的交流分量进行相位与幅度修正。
10.根据权利要求9所述的电机控制方法，其特征在于，获取所述电机负载转矩的观测值的交流分量，包括：
Figure FDA0003440441700000026
或
Figure FDA0003440441700000027
其中，
Figure FDA0003440441700000028
为电机负载转矩的观测值经高通滤波后的交流分量，
Figure FDA0003440441700000029
为电机负载转矩的观测值经带通滤波后的交流分量，
Figure FDA00034404417000000210
为所述电机负载转矩的观测值的交流分量，
Figure FDA00034404417000000211
为所述电机负载转矩的观测值。
11.根据权利要求9所述的电机控制方法，其特征在于，对所述电机负载转矩的观测值的交流分量进行相位与幅度修正，包括：
Figure FDA0003440441700000031
其中，
Figure FDA0003440441700000032
为所述电机负载转矩的观测值的交流分量，
Figure FDA0003440441700000033
为相位和幅值修正后的电机负载转矩的观测值的交流分量，ωL为压缩机负载的波动频率。
12.根据权利要求11所述的电机控制方法，其特征在于，根据所述修正后的电机负载转矩的观测值对电机q轴电流的目标值进行补偿，包括：
Figure FDA0003440441700000034
其中，△iq*为补偿后的电机q轴电流的目标值，
Figure FDA0003440441700000035
Figure FDA0003440441700000036
表示负载转矩观测值经低通滤波后的直流分量；
Figure FDA0003440441700000037
为相位和幅值修正后的电机负载转矩的观测值的交流分量；KT为电机的转矩系数。
13.根据权利要求11所述的电机控制方法，其特征在于，所述基于扩张状态观测器的锁相环与所述压缩机负载的波动频率满足以下条件：
Figure FDA0003440441700000038
其中，β1为基于扩张状态观测器的锁相环的第一观测系数，β2为基于扩张状态观测器的锁相环的第二观测系数，β3为基于扩张状态观测器的锁相环的第三观测系数，ωL为所述压缩机负载的波动频率。
14.一种电机控制装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取电机转子机械角位置误差；
第二获取模块，用于根据所述电机转子机械角位置误差和基于扩张状态观测器的锁相环获取电机的估计转子电角位置和电角速度；
控制模块，用于根据所述电机的估计转子电角位置和电角速度对所述电机进行控制。
15.一种压缩机，其特征在于，包括：
如权利要求14所述的电机控制装置；或者，
处理器、存储器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的电机控制程序，该电机控制程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-13任一项所述的电机控制方法。
16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有电机控制程序，所述电机控制程序被处理器执行时实现如权利要求1-13任一项所述的电机控制方法。
17.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求15所述的压缩机。
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