一种电机的恒风量控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种电机的恒风量控制方法，包括步骤1：分别建立高低力矩区间下计算风量的函数关系Q1=F1（T，n,V)和Q2=F2（T，n,V)；步骤2:输入的目标风量Qref；步骤3:启动电机使电机进入稳态;步骤4:通过查表法获得该力矩T下的调整系数V，比较力矩T,确定用那一个函数计算风量Qc;步骤5:电机控制器的微处理器比较目标风量Qref与计算风量Qc，并调整力矩；步骤6:电机经调整力矩进入稳态后，重新记录稳态转速n，并重新得到计算风量Qc；步骤7:重复步骤5和步骤6，直到计算风量Qc与目标风量Qref相等或相当。它效率高、速度快、风量计算数学模型简单便捷，实施成本低，同时控制精度进一步提高，可以自动适应在广泛的静压范围。
【专利说明】一种电机的恒风量控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电机的恒风量控制方法。
【背景技术】
[0002]在家用空调的室内通风管道里，静压往往随着时间的流逝而变化，比如因为管道积灰或者过滤器堵塞。静压也因为管道的安装不同而往往高于厂商实验室的标称系统时的标准静压。恒风量控制可以在这些情况下给用户带来恒定的风量，从而在广泛的静压条件下维持舒适的通风，制冷或制热的效果。
[0003]为了实现恒风量控制，一些技术方案采用直接安装风量计，不仅提高成本，还带来潜在的因为风量计失效导致控制失败的风险。当前空调厂商大多采用无风量计的恒风量控制方法。
[0004]另外，一些技术方案要监视静压的变化来调速，如:美国专利US 4806833，通过检测静压来调整转速，达到恒风量的目的。美国专利US201000298993A1，通过直接测量外部静压来决定风量，这需要事先把静压与风量的关系测量出来，电机力矩然后通过在指定风量下对应的静压来计算，监视静压的变化来调速。有的计算公式设计到对数计算或者高阶多项式，这需要电机控制器的微处理器MCU具有较强大的计算能力，进一步提高了成本。
[0005]有鉴于此， 申请人:发明于2012年5月发明了一种电机的恒风量控制方法并申请了专利，见:PCT/CN2012/078545、PCT/CN2012/078749,该专利用一阶或者二阶函数来描述系统，无需实时测量静压，可以简化风机系统的结构，数学模型简单，对电机控制器的微处理器MCU的计算能力要求不高，进一步降低了成本。但也存在一些缺点:1)在某些情况下控制精度相对较差；2)缺少个体风量校正步骤，当测试整体结果尚好但有个别工况点的精度不足，不能在不影响其他工况的前提下用补偿手段，提高个体工况点的精度。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种电机的恒风量控制方法，该方法效率高、速度快、风量计算数学模型简单便捷，实施成本低，同时控制精度进一步提高，可以自动适应在广泛的静压范围。
[0007]本发明的电机的恒风量控制方法的技术方案如下:
[0008]一种电机的恒风量控制方法，其特征在于，它包括如下步骤过程:
[0009]步骤1:在O至额定力矩TO的范围内确立低力矩区间Ο-Tm，高力矩区间是Tm_T0，然后先通过实验，在恒力矩模式下分别测试某个风机系统在低力矩区间和高力矩区间多个力矩作用下，风量与转速的关系，从而建立低力矩区间下计算风量的函数关系Ql=Fl (T，η, V)和高力矩区间下计算风量的函数关系Q2=F2 (Τ,η, V),其中Q是风量，T是力矩，η是转速，V是调整系数，多个力矩段都有一个对应的调整系数V，并输入到电机控制器的微处理器里面；
[0010]步骤2:电机控制器的微处理器接受外部输入的目标风量Qref ；[0011]步骤3:电机控制器控制电机在一定的力矩T下启动电机，使电机进入稳态，并记录这时候的稳态转速η ；
[0012]步骤4:通过查表法获得该力矩T下的调整系数V，比较力矩Τ，确定是处于低力矩区间还是高力矩区间，若处于低力矩区间下，用函数关系Ql=Fl (Τ，η，V)计算风量Qc;若处于高力矩区间下，用函数关系Q2=F2 (Τ,η, V)计算风量Qc ;
[0013]步骤5:电机控制器的微处理器比较目标风量Qref与计算风量Qc，若目标风量Qref与计算风量Qc相等或相当，则电机维持当前力矩进入稳态工作并记录该稳态下的转速η ;若目标风量Qref大于计算风量Qc，电机控制器提升输出力矩T，若目标风量Qref少于计算风量Qc，电机控制器的微处理器减少输出力矩T ；
[0014]步骤6:电机经调整力矩进入稳态后，重新记录提升或者减少力矩下的稳态转速n，并再次查表获取新力矩下的V值，确定稳态力矩所属的区间，然后根据对应的函数关系来重新得到计算风量Qc ；
[0015]步骤7:重复步骤5和步骤6,直到计算风量Qc与目标风量Qref相等或相当,停止调整力矩，电机进入稳态，同时记录该稳态下的转速η。
[0016]上述所述的步骤7后面还有步骤8:如果外部系统发生改变，导致转速和输出风量变化，这时电机控制器通过比较新的稳态转速和步骤5或步骤7里的转速可以知道输出风量已经发生了变化，重复步骤4、步骤5、步骤6和步骤7。
[0017]上述所述的步骤7后面还有步骤9个体风量异常记录:即进行实际测试校对，如果在某个目标风量和某个静压P的工况下，实际测量风量Qm距离目标风量有较大差异，设定为异常点，将此时目标 风量设定为异常目标风量Qt，并记录稳态下的力矩Tl与转速nl，并手动修改该工况下程序里记录的目标风量值，直到实际风量Qm与异常目标风量Qt相当为止，记录此时新稳态下的手动修改的补偿目标风量Qp，力矩T2与转速n2 ;每个异常点的数据形成一个数组{Qt，nl, QP, n2}，将若干个异常点的对应的数组存储在电机控制器的微处理器。
[0018]步骤3后面还有步骤10个体风量校正:在电机控制器的微处理器里面通过查表法进行判断，若目标风量Qref=异常目标风量Qt且转速η=转速nl,并且此时电机尚未进入正常调节风量的流程，则调整目标风量Qref，用手动修改的补偿目标风量Qp作为新的目标风量，重复步骤4、步骤5、步骤6和步骤7 ;此时步骤7里记录的稳态转速就是步骤9)里提到的转速n2 ;实时控制中，由于用户修改了温控计的状态等原因使“目标风量Qref=异常目标风量Qt且转速η=转速nl”条件不成立或者转速η不等于转速η2，则退出个体风量校正，即恢复原来输入的目标风量Qref，再重复步骤3、步骤4、步骤5、步骤6和步骤7。
[0019]上述所述的Ql=Fl (T，n，V)、Q2=F2 (Τ,η, V)函数关系式如下:
[0020]0 = cOxJl^K + clxn 或者 Ql = c0xJ^^ + clxn + c2xn2xJ^^
V JbaselV LiV / X i'
[0021]g2 = c3x |Z^E + c4Xn或者02 = c3x |^^+c4xn + c5xn2x
乂V Tbu,e2H2VTXF
[0022]系数cO，Cl, c2是通过在基准力矩Tbasel，不同外部静压情况下根据转速和风量参数的原始数据通过曲线拟合的方法来获得，c3，c4和C5是通过在基准力矩Tbase2，不同外部静压情况下根据转速和风量参数的原始数据通过曲线拟合的方法来获得。
[0023]上述所述的Tm是低力矩区间与高力矩区间的临界力矩，其范围30% T0-70% T0。
[0024]上述所述的Tm=40% TO,低力矩区间的基准力矩Tbasel=20% TO,高力矩区间的基准
力矩 Tbase2=50% TO。
[0025]上述所述的调整系数V值在0.1到2之间变化，其中Tm拥有两个V值，分别对应高力矩区和低力矩区。
[0026]上述所述的步骤5和步骤7所述的计算风量Qc与目标风量Qref相等或相当，指计算风量Qc在目标风量Qref误差窗口之内，目标风量Qref的误差窗口 一般允许在I %到2%的误差范围内。
[0027]上述所述的步骤5所述的电机控制器提升或减少输出力矩T，主要指在步骤5所述当前力矩下按每次至少1% TO的步长顺序提升或减少，或者可以让新力矩=当前力矩
X (Qref/Qc)2。
[0028]上述所述的函数关系函数关系Ql=Fl (Τ, η, V), Q2=F2 (Τ, η, V)、是利用基准力矩和其他力矩的不同外部静压情况下转速和风量参数的原始数据来获得的，将电机安装在风轮上放在一个空调设备里面，设置好电机在恒力矩工作状态，在不大于额定力矩TO的范围内，选择包括基准力矩在内的多个力矩的值，使电机在每个力矩下工作，并依次改变系统的外部静压，来采集包括转速，风量参数的原始数据。
[0029]本发明与现有技术相比具有如下优点:1)通过设置好电机在恒力矩工作状态，在不大于额定力矩的范围内，选择包括基准力矩在内的多个力矩的值，使电机在每个力矩工作，并依次改变系统的外部静压，来采集包括转速，风量参数的原始数据，建立低力矩区和高力矩区间，利用在不同力矩在不同外部静压情况下转速和风量参数的原始数据，从而建立低力矩区间下计算风量的函数关系Ql=Fl (Τ,η, V)和高力矩区间下计算风量的函数关系Q2=F2(T,n, V)，计算风量的数学模型只有一阶或二阶的函数，非常简单，简化计算，效率高、响应速度快、控制精度高、实施成本低；通过低力矩区和高力矩区间的两个函数描述系统，提高控制精度，风量控制误差在0.5%-2%的范围，具有良好应用前景；2)本发明方法可以适应在广泛的静压范围，风量计算与系统外部静压，从而简化产品结构，降低成本。3)根据以上步骤验证恒风量精度时，可能出现总体结果良好，但是某个或某几个工况下精度不高的情况，可以引入只针对那几个工况进行单独风量校正，并不影响其他工况点已获得的良好精度，即进行实际测试校对，如果在某个目标风量和某个静压P的工况下，实际测量风量Qm距离目标风量有较大差异，设定为异常点，并手动修改该工况下程序里记录的目标风量值，直到实际风量Qm与异常目标风量Qt相当为止，记录此时新稳态下的手动修改的补偿目标风量Qp，力矩T2与转速n2 ;每个异常点的数据形成一个数组{Qt，nl，QP，n2}，将若干个异常点的对应的数组存储在电机控制器的微处理器。在电机控制器的微处理器里面通过查表法进行判断，若目标风量Qref=异常目标风量Qt且转速η=转速nl,并且此时电机尚未进入正常调节风量的流程，则调整目标风量Qref，用手动修改的补偿目标风量Qp作为新的目标风量，重复步骤4、步骤5、步骤6和步骤7 ;最终稳态下的转速记录为n2。在“个体风量校正”模式下，若目标风量Qref不再等于异常目标风量Qt或者转速η不再等于转速η2，则退出个体风量校正，经过个体风量校正可以进一步提高控制精度。【专利附图】
【附图说明】:
[0030]图1是传统的空调风机系统的结构示意图；
[0031]图2是本发明的空调系统的控制流程图；
[0032]图3是本发明的原理框图；
[0033]图4是本发明的控制流程图；
[0034]图5是本发明的实施例的低力矩区间的测量数据模拟直线图；
[0035]图6是本发明的实施例的高力矩区间的测量数据模拟直线图。
【具体实施方式】:
[0036]如图1所示，在一个典型的空调通风管道里，安装了一个鼓风系统(如燃气炉或空气处理机)，图中以“电机+风轮”代替，管道里还有空气过滤器，电机启动时开始鼓风，由于出风口和入风口的数量与房间数有关，管道的设计也没有统一的标准，同时过滤器也可能有不同的压降，导致搭载传统的单相交流电机---PSC电机的鼓风系统在不同的管道里，实际的风量会不同。
[0037]如图2所示，本发明采用一台ECM电机(电子换向电机)来带动风轮转动，ECM电机含有电机控制器，该电机控制器与空调系统控制器进行连接通信，例如空调系统控制器将目标风量发送到电机控制器，电机控制器控制电机带动风轮运转，输出目标风量，相当于恒风量控制。
[0038]如图3所示，空调系统控制器向电机控制器的微处理器输入目标风量Qref，电机控制器包括传感器、微处理器和功率逆变模块，传感器将电机的转速信号RPM、电流信号Id。输入到微处理器，功率逆变模块输出的PWM信号也送到微处理器处理，函数关系Q=F (T，η, V)涉及到的各系数，包括不同工作力矩下对应的调整系数V的对照表，预先输入到电机控制器的微处理器里面，微处理器比较目标风量Qref与计算风量Qc，调整输出信号，以力矩为受控量来间接的控制风量。若目标风量Qref大于计算风量Qc,电机控制器提升输出力矩T，若目标风量Qref少于计算风量Qc，电机控制器的微处理器减少输出力矩T，电机进入稳态后，重新记录提升或者减少力矩下的稳态转速n，电机控制器通过查表法重新查找对应的调整系数V,重新计算计算风量Qc,直到计算风量Qc与目标风量Qref相等或相当，停止调整力矩电机进入稳态，即恒风量状态。目标风量Qref是一个固定值，只不过微处理器里面，当程序调节Qc到目标风量Qref 土误差窗口之内，即认定达到要求而停止调节，这样做的好处是防止因为微小扰动带来的反复调节而无法达到稳定的风量。目标风量Qref的误差窗口一般在1%到2%范围内。
[0039]如图4所示，本发明的空调风机系统的恒风量控制方法的技术方案如下:
[0040]一种电机的恒风量控制方法，其特征在于，它包括如下步骤过程:
[0041]步骤1:在O至额定力矩TO的范围内确立低力矩区间Ο-Tm，高力矩区间是Tm_T0，然后先通过实验，在恒力矩模式下分别测试某个风机系统在低力矩区间和高力矩区间多个力矩作用下，风量与转速的关系，从而建立低力矩区间下计算风量的函数关系Ql=Fl (T，η, V)和高力矩区间下计算风 量的函数关系Q2=F2 (Τ,η, V),其中Q是风量，T是力矩，η是转速，V是调整系数，多个力矩段都有一个对应的调整系数V，并输入到电机控制器的微处理器里面；[0042]步骤2:电机控制器的微处理器接受外部输入的目标风量Qref ；
[0043]步骤3:电机控制器控制电机在一定的力矩T下启动电机，使电机进入稳态，并记录这时候的稳态转速η ；
[0044]步骤4:通过查表法获得该力矩T下的调整系数V，比较力矩Τ，确定是处于低力矩区间还是高力矩区间，若处于低力矩区间下，用函数关系Ql=Fl (Τ，η，V)计算风量Qc;若处于高力矩区间下，用函数关系Q2=F2 (Τ,η, V)计算风量Qc ;
[0045]步骤5:电机控制器的微处理器比较目标风量Qref与计算风量Qc，若目标风量Qref与计算风量Qc相等或相当，则电机维持当前力矩进入稳态工作并记录该稳态下的转速η ;若目标风量Qref大于计算风量Qc，电机控制器提升输出力矩T，若目标风量Qref少于计算风量Qc，电机控制器的微处理器减少输出力矩T ；
[0046]步骤6:电机经调整力矩进入稳态后，重新记录提升或者减少力矩下的稳态转速n，并再次查表获取新力矩下的V值，确定稳态力矩所属的区间，然后根据对应的函数关系来重新得到计算风量Qc ；
[0047]步骤7:重复步骤5和步骤6,直到计算风量Qc与目标风量Qref相等或相当,停止调整力矩，电机进入稳态，同时记录该稳态下的转速η。
[0048]上述所述的步骤7后面还有步骤8:如果外部系统发生改变，导致转速和输出风量变化，这时电机控制器通过比较新的稳态转速和步骤5或步骤7里的转速可以知道输出风量已经发生了变化，重复步骤4、步骤5、步骤6和步骤7。
[0049]上述所述的步骤7后面还有步骤9个体风量异常记录:即进行实际测试校对，如果在某个目标风量和某个静压P的工况下，实际测量风量Qm距离目标风量有较大差异，设定为异常点，将此时目标风量设定为异常目标风量Qt，并记录稳态下的力矩Tl与转速nl，并手动修改该工况下程序里记录的目标风量值，直到实际风量Qm与异常目标风量Qt相当为止，记录此时新稳态下的手动修改的补偿目标风量Qp，力矩T2与转速n2 ;每个异常点的数据形成一个数组{Qt，nl, QP, n2}，将若干个异常点的对应的数组存储在电机控制器的微处理器。
[0050]步骤3后面还有步骤10个体风量校正:在电机控制器的微处理器里面通过查表法进行判断，若目标风量Qref=异常目标风量Qt且转速η=转速nl,并且此时电机尚未进入正常调节风量的流程，则调整目标风量Qref，用手动修改的补偿目标风量Qp作为新的目标风量，重复步骤4、步骤5、步骤6和步骤7 ;此时步骤7里记录的稳态转速就是步骤9)里提到的转速n2;实时控制中，由于用户修改了温控计的状态等原因使“目标风量Qref=异常目标风量Qt且转速η=转速nl”条件不成立或者转速η不等于转速η2，则退出个体风量校正，即恢复原来输入的目标风量Qref，再重复步骤3、步骤4、步骤5、步骤6和步骤7。
[0051]上述所述的Ql=Fl (T，n，V)、Q2=F2 (Τ,η, V)函数关系式如下:
【权利要求】
1.一种电机的恒风量控制方法，其特征在于，它包括如下步骤过程: 步骤1:在O至额定力矩TO的范围内确立低力矩区间Ο-Tm，高力矩区间是Tm-TO，然后先通过实验，在恒力矩模式下分别测试某个风机系统在低力矩区间和高力矩区间多个力矩作用下，风量与转速的关系，从而建立低力矩区间下计算风量的函数关系Ql=Fl (T，n，V)和高力矩区间下计算风量的函数关系Q2=F2(T,n, V),其中Q是风量,T是力矩,η是转速,V是调整系数，多个力矩段都有一个对应的调整系数V，并输入到电机控制器的微处理器里面； 步骤2:电机控制器的微处理器接受外部输入的目标风量Qref ； 步骤3:电机控制器控制电机在一定的力矩T下启动电机，使电机进入稳态，并记录这时候的稳态转速η ； 步骤4:通过查表法获得该力矩T下的调整系数V，比较力矩Τ，确定是处于低力矩区间还是高力矩区间，若处于低力矩区间下，用函数关系Ql=Fl (Τ，η，V)计算风量Qc;若处于高力矩区间下，用函数关系Q2=F2 (Τ,η, V)计算风量Qc ; 步骤5:电机控制器的微处理器比较目标风量Qref与计算风量Qc，若目标风量Qref与计算风量Qc相等或相当，则电机维持当前力矩进入稳态工作并记录该稳态下的转速η ;若目标风量Qref大于计算风量Qc，电机控制器提升输出力矩T，若目标风量Qref少于计算风量Qc,电机控制器的微处理器减少输出力矩T ； 步骤6:电机经调整力矩进入稳态后，重新记录提升或者减少力矩下的稳态转速n，并再次查表获取新力矩下的V值，确定稳态力矩所属的区间，然后根据对应的函数关系来重新得到计算风量Qc ； 步骤7:重复步骤5和步骤6，直到计算风量Qc与目标风量Qref相等或相当，停止调整力矩，电机进入稳态，同时记录该稳态下的转速η。
2.根据权利要求1所述的一种电机的恒风量控制方法，其特征在于:步骤7后面还有步骤8:如果外部系统发生改变，导致转速和输出风量变化，这时电机控制器通过比较新的稳态转速和步骤5或步骤7里的转速可以知道输出风量已经发生了变化，重复步骤4、步骤5、步骤6和步骤7。
3.根据权利要求1或2所述的一种电机的恒风量控制方法，其特征在于:步骤7后面还有步骤9个体风量异常记录:即进行实际测试校对，如果在某个目标风量和某个静压P的工况下，实际测量风量Qm距离目标风量有较大差异，设定为异常点，将此时目标风量设定为异常目标风量Qt，并记录稳态下的力矩Tl与转速nl，并手动修改该工况下程序里记录的目标风量值，直到实际风量Qm与异常目标风量Qt相当为止,记录此时新稳态下的手动修改的补偿目标风量Qp，力矩T2与转速n2 ;每个异常点的数据形成一个数组{Qt, nl, QP, n2},将若干个异常点的对应的数组存储在电机控制器的微处理器。 步骤3后面还有步骤10个体风量校正:在电机控制器的微处理器里面通过查表法进行判断，若目标风量Qref=异常目标风量Qt且转速η=转速nl,并且此时电机尚未进入正常调节风量的流程，则调整目标风量Qref，用手动修改的补偿目标风量Qp作为新的目标风量，重复步骤4、步骤5、步骤6和步骤7 ;此时步骤7里记录的稳态转速就是步骤9)里提到的转速n2;实时控制中，由于用户修改了温控计的状态等原因使“目标风量Qref=异常目标风量Qt且转速η= 转速nl”条件不成立或者转速η不等于转速η2，则退出个体风量校正，即恢复原来输入的目标风量Qref，再重复步骤3、步骤4、步骤5、步骤6和步骤7。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种电机的恒风量控制方法，其特征在于:
5.根据权利要求1或2或3所述的一种电机的恒风量控制方法，其特征在于:Tm是低力矩区间与高力矩区间的临界力矩，其范围30% T0-70% TO。
6.根据权利要求5所述的一种电机的恒风量控制方法，其特征在于:Tm=40%T0，低力矩区间的基准力矩Tbasel=20% T0，高力矩区间的基准力矩Tbase2=50% TO。
7.根据权利要求6所述的一种电机的恒风量控制方法，其特征在于:调整系数V值在0.1到2之间变化，其中Tm拥有两个V值，分别对应高力矩区和低力矩区。
8.根据权利要求7所述的一种电机的恒风量控制方法，其特征在于:步骤5和步骤7所述的计算风量Qc与目标风量Qref相等或相当，指计算风量Qc在目标风量Qref误差窗口之内，目标风量Qref的误差窗口一般允许在1%到2%的误差范围内。
9.根据权利要求1、2或3所述的一种电机的恒风量控制方法，其特征在于:步骤5所述的电机控制器提升或减少输出力矩T，主要指在步骤5所述当前力矩下按每次至少1%TO的步长顺序提升或减少，或者可以让新力矩=当前力矩X (Qref/Qc)20
10.根据权利要求1、2或3所述的一种电机的恒风量控制方法，其特征在于:函数关系函数关系Ql=Fl (T，n，V)，Q2=F2 (T，n，V)、是利用基准力矩和其他力矩的不同外部静压情况下转速和风量参数的原始数据来获得的，将电机安装在风轮上放在一个空调设备里面，设置好电机在恒力矩工作状态，在不大于额定力矩TO的范围内，选择包括基准力矩在内的多个力矩的值，使电机在每个力矩下工作，并依次改变系统的外部静压，来采集包括转速，风量参数的原始数据。
【文档编号】F24F11/047GK103809437SQ201210453463
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月13日 优先权日:2012年11月13日
【发明者】胡戈 申请人:中山大洋电机股份有限公司