一种基于负载转矩动态补偿的压缩机控制方法

摘要

本发明公开了一种基于负载转矩动态补偿的压缩机控制方法，包括如下步骤：(1)实时采集电机电流计算电磁转矩；(2)利用电磁转矩、负载转矩估算值以及电机机械常数估算电机转速；(3)利用电机转速估算值和电机转速实际值，推算负载转矩估计；(4)通过负载转矩估算值补偿压缩机转矩电流。本发明集成速度自适应估算和负载转矩估算，自动调谐扰动负载的频率成分，能准确估算负载转矩的波动，并实施对负载转矩的补偿，从而有效抑制压缩机系统的振动。本发明适用于无传感工作模式的压缩机转矩补偿，无需测试负载转矩变化特性曲线，在压缩机或者负载变化后仍能较好工作，其物理意义清晰易实现，具有一定的普适性和较高工程应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及压缩机的驱动控制，尤其涉及一种基于负载转矩动态补偿的压缩机控制方法。

背景技术

永磁同步电机因为具有高功率密度，较高运行效率，控制性能优良等特点，具有较高的工作效率，在家电、汽车等领域得到了广泛应用。在空调压缩机应用场合，通常在一个机械转动周期内，负载转矩是波动的。负载转矩的实时变化会引起压缩机转速的波动，这种周期性的机械抖动，会显著增加空调压缩机系统的噪声，影响用户体验，同时系统的持续振动也会危及设备安全。因此，该应用场合非常需要一种转矩补偿算法，对负载转矩补偿，从而达到减小设备振动和噪声。

现有的补偿方案一般利用负载转矩周期变化的特性，采用正弦函数重构负载转矩，在实际实施中，通常会内置一组补偿曲线，或者对以上方法改进，通过在线调整正弦函数的幅值和相位，寻找最优补偿效果。然而实际上由于负载转矩并非严格正弦变化，同时如果负载变化，则需要重新测定曲线，设计工作量较大，最后，即便这类补偿方案在一定程度能改善压缩机振动，但补偿精度、振动抑制效果有限。另外一类补偿方案，通过压缩机系统机械模型，结合数字滤波器对负载转矩进行估计，但由于压缩机运行的频率是动态变化的，而且机械抖动中也蕴含丰富的谐波振动频率，数字滤波器进行频率处理的难度也变大，常常导致滤波系数非常敏感，实际应用中相关系数需要反复试凑才能稳定系统，缺乏通用性和鲁棒性。

因此，亟需解决上述问题。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于负载转矩动态补偿的压缩机控制方法，能对交变的负载转矩实现精准的补偿，从而显著改善系统的振动现象。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种基于负载转矩动态补偿的压缩机控制方法，包括如下步骤：

(1)、实时采集电机电流，计算电磁转矩；

(2)、利用电磁转矩、负载转矩估算值以及电机机械常数估算电机转速，获得电机转速估算值；

(3)、利用电机转速估算值和电机转速实际值，推算负载转矩估计值；

(4)、基于负载转矩估算值计算得转矩电流补偿值，实现对压缩机转矩电流的补偿。

进一步的，步骤(1)中，所述电磁转矩的计算方法如下：

其中，Te为电磁转矩，λ

进一步的，步骤(2)包括如下内容：

构建电磁转矩、负载转矩估算值、电机机械常数和电机转速估算值的关系式：

其中，Tl为负载转矩估算值，J为压缩机系统转动惯量，B为摩擦系数，

得到电机转速估算值

其中，s为微分算子。

进一步的，步骤(3)中，将所述电机转速估算值和电机转速实际值输入负载转矩估算模型，推算得到负载转矩估计值；

所述负载转矩估算模型包括第一减法器、第二减法器、第三减法器、第一比例放大器、第二比例放大器、第三比例放大器、第一乘法器、第二乘法器、第一积分器、第二积分器、第三积分器和第一加法器；

所述电机转速估计值输入第一减法器的正向输入端，电机转速实际值分别输入第一减法器的反向输入端、第一乘法器的第一输入端以及第二乘法器的第一输入端；所述第一减法器的输出端分别连接第一比例放大器、第二比例放大器以及第三积分器的输入端；所述第一比例放大器的输出端连接第一加法器的第一输入端；第三积分器的输出端连接第一加法器的第三输入端；所述第二比例放大器的输出端连接第二减法器的正向输入端；第一积分器的输出端分别连接第二减法器的反向输入端、第二乘法器的第二输入端以及第一加法器的第二输入端；所述第二减法器的输出端连接第三比例放大器的输入端，第三比例放大器的输出端连接第三减法器的正相输入端；第二乘法器的输出端连接第二积分器的输入端，第二积分器的输出端连接第三减法器的反向输入端；所述第三减法器的输出端连接第一乘法器的第二输入端，第一乘法器的输出端连接第一积分器的输入端。

电机转速估计值

进一步的，步骤(4)中，所述转矩电流补偿值的计算方法如下：

其中，Tl为负载转矩估算值，i

在压缩机应用中，由于负载转矩的实时变化，会引发压缩机转速波动，从而加剧压缩机及相应管路的振动，不仅会增加噪声而且可能危及设备安全。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

1、本发明集成速度自适应估算和负载转矩估算，自动调谐扰动负载的频率成分，实现压缩机交变负载转矩的准确估计，并实施对负载转矩的补偿，从而有效抑制压缩机系统的振动；

2、本发明适用于无传感工作模式的压缩机转矩补偿，无需测试负载转矩变化特性曲线，在压缩机或者负载变化后仍能较好工作，其物理意义清晰易实现，具有一定的普适性和较高工程应用价值。

附图说明

图1为本发明的控制原理图；

图2为电磁转矩计算示意图；

图3为电机转速估算原理图；

图4为负载转矩估算模型结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

如图1-4所示，本发明一种基于负载转矩动态补偿的压缩机控制方法，包括如下步骤：

步骤一、实时采集电机电流，计算电磁转矩。

由下式计算电磁转矩：

其中，Te为电磁转矩，λ

常规无传感器矢量控制需要采集电机相电流ia,ib,ic，并对转子磁场角度θ及速度ω进行观测，所述励磁电流id和转矩电流iq计算方法为：

步骤二、利用电磁转矩、负载转矩估算值以及电机机械常数估算电机转速，获得电机转速估算值。

首先，电磁转矩、负载转矩估算值、电机机械常数与电机转速估算值具有如下关系式：

其中，Tl为负载转矩估算值，J为压缩机系统转动惯量，B为摩擦系数，

根据上述关系式计算电机转速估算值：

其中，s为微分算子。

步骤三、利用电机转速估算值和电机转速实际值，推算负载转矩估计值。

具体的，构建一负载转矩估算模型，将电机转速估算值和电机转速实际值输入该负载转矩估算模型，推算得负载转矩估计值。

负载转矩估算模型包括第一减法器、第二减法器、第三减法器、第一比例放大器、第二比例放大器、第三比例放大器、第一乘法器、第二乘法器、第一积分器、第二积分器、第三积分器和第一加法器。

电机转速估计值输入第一减法器的正向输入端，电机转速实际值分别输入第一减法器的反向输入端、第一乘法器的第一输入端以及第二乘法器的第一输入端。

第一减法器的输出端分别连接第一比例放大器、第二比例放大器以及第三积分器的输入端。

第一比例放大器的输出端连接第一加法器的第一输入端。第三积分器的输出端连接第一加法器的第三输入端。

第二比例放大器的输出端连接第二减法器的正向输入端；第一积分器的输出端分别连接第二减法器的反向输入端、第二乘法器的第二输入端以及第一加法器的第二输入端。

第二减法器的输出端连接第三比例放大器的输入端，第三比例放大器的输出端连接第三减法器的正相输入端；第二乘法器的输出端连接第二积分器的输入端，第二积分器的输出端连接第三减法器的反向输入端。

第三减法器的输出端连接第一乘法器的第二输入端，第一乘法器的输出端连接第一积分器的输入端。

电机转速估计值和电机转速实际值通过第一减法器计算第一速度误差值；第一速度误差值通过第一比例放大器计算第一比例输出；第一速度误差值通过第二比例放大器计算第二比例输出；第二比例输出和和第一积分输出，通过第二减法器相减获取第二减法输出；第二减法输出，通过第三比例放大器，获得第三比例输出；第三比例输出与第二积分输出，通过第三减法器相减，获得第三减法输出；第三减法输出与电机转速实际值，通过第一乘法器相乘，获得第一乘法器输出；第一乘法器输出，通过第一积分器累加，得到第一积分器输出；第一积分器输出与电机转速实际值，通过第二乘法器相乘，获得第二乘法器输出；第二乘法器输出，通过第二积分器累加，获得第二积分输出；第一速度误差值通过第三积分器计算第三积分输出；第一比例输出、第一积分输出和第三积分输出通过第一加法器相加，其和作为负载转矩估算值。

步骤四、基于负载转矩估算值计算得转矩电流补偿值，实现对压缩机转矩电流的补偿。

常规压缩机无传感器控制技术，通常采用矢量控制，通过转矩电流的参考值是由速度调节器给定的，由于压缩机负载的波动会引起电机转速的波动，进而带来转矩电流参考值的波动，通过引入负载转矩可消除这种环路耦合。

本发明的转矩电流补偿值，通过负载转矩估算值计算，叠加在转矩电流参考值，转矩电

流补偿值的计算方法如下：

其中，Tl为负载转矩，i