压缩机转矩补偿方法、装置和压缩机及其控制方法与流程

本发明涉及压缩机控制技术领域，具体涉及一种压缩机转矩补偿方法、一种压缩机的控制方法、一种压缩机转矩补偿装置和一种压缩机。

背景技术：

目前在变频空调器上广泛使用的单转子压缩机，具有体积小、能效高、低成本的优点。但是单转子压缩机在旋转过程中，存在转矩的周期性波动，特别在低频运行的时候，容易引起空调系统的振动，影响制冷系统管路的寿命，还会产生影响舒适性的噪音。

在传统的变频电机矢量控制系统中，速度环的控制总是存在相位滞后，为减小回转振动，通常加入前馈转矩补偿。例如，1、根据目标速度和波动速度利用PLL(Phase Locked Loop，锁相环)的方式生成力矩补偿角度，再根据负载力矩生成力矩补偿幅值，进而根据补偿角度和补偿幅值生成正弦波对压缩机转矩进行补偿；2、根据压缩机中冷媒的状态参数，得到对应的补偿角度和补偿幅度，利用所述补偿角度和补偿幅度生成三角波对压缩机转矩进行补偿。

然而由于不同的压缩机缸体设计各不相同，其实际的转矩波动并不是简单的正弦波或者三角波，单一的使用正弦波或者三角波进行转矩补偿，不能获得最佳的振动抑制效果。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种压缩机转矩补偿方法。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。

本发明的第二个目的在于提出一种压缩机的控制方法。

本发明的第三个目的在于提出一种压缩机转矩补偿装置。

本发明的第四个目的在于提出一种压缩机。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种压缩机转矩补偿方法，包括以下步骤：获取所述压缩机的目标速度和反馈速度，并根据所述目标速度和所述反馈速度生成速度波动曲线；对所述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；根据所述基波速度和所述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；根据所述压缩机的运行频率、所述基波转矩补偿电流和所述谐波转矩补偿电流计算转矩补偿电流，并根据所述转矩补偿电流对所述压缩机进行转矩补偿。

根据本发明实施例的压缩机转矩补偿方法，通过对速度波动曲线进行傅里叶变换，获取基波速度和谐波速度，并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，进而根据转矩补偿电流对压缩机进行转矩补偿，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。

另外，根据本发明上述实施例的压缩机转矩补偿方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述根据所述基波速度和所述谐波速度计算对应的所述基波转矩补偿电流和所述谐波转矩补偿电流，包括：

通过如下公式计算对应的所述基波转矩补偿电流和所述谐波转矩补偿电流：

其中，I₁为所述基波转矩补偿电流，V₁为所述基波速度，k₁为基波转矩补偿电流系数，I_n为n次谐波转矩补偿电流，V_n为n次谐波速度，k_n为n次谐波转矩补偿电流系数，n为大于等于2的整数。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述压缩机的运行频率、所述基波转矩补偿电流和所述谐波转矩补偿电流计算转矩补偿电流，包括：判断所述压缩机的运行频率是否小于第一预设频率；如果所述压缩机的运行频率小于所述第一预设频率，则令所述转矩补偿电流I_t为I₁；如果所述压缩机的运行频率大于等于第n-1预设频率，则进一步判断所述压缩机的运行频率是否小于第n预设频率；如果所述压缩机的运行频率小于所述第n预设频率，则令所述转矩补偿电流I_t为I₁+I₂+…+I_n；以及如果所述压缩机的运行频率大于等于所述第n预设频率时，则令所述转矩补偿电流为0。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述转矩补偿电流对所述压缩机进行转矩补偿，包括：通过如下公式对所述压缩机进行转矩补偿以获取Q轴给定电流：

其中，为所述Q轴给定电流，为对所述目标速度和所述反馈速度进行速度环控制输出的电流，I_t为所述转矩补偿电流。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种压缩机的控制方法，包括以下步骤：获取所述压缩机的目标速度和反馈速度，并根据所述目标速度和反馈速度生成波动速度；对所述波动速度进行速度环控制以输出参考电流；根据上述实施例所述的压缩机转矩补偿方法生成所述转矩补偿电流；根据所述参考电流和所述转矩补偿电流对所述压缩机进行控制。

本发明实施例的压缩机的控制方法，首先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波动速度，然后对波动速度进行速度环控制以输出参考电流，并根据上述实施例的压缩机转矩补偿方法生成转矩补偿电流，进而根据参考电流和转矩补偿电流对压缩机进行控制，由此，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。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种压缩机转矩补偿装置，包括：获取模块，用于获取所述压缩机的目标速度和反馈速度；生成模块，用于根据所述目标速度和所述反馈速度生成速度波动曲线；变换模块，用于对所述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；第一计算模块，用于根据所述基波速度和所述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；第二计算模块，用于根据所述压缩机的运行频率、所述基波转矩补偿电流和所述谐波转矩补偿电流计算转矩补偿电流；执行模块，用于根据所述转矩补偿电流对所述压缩机进行转矩补偿。

根据本发明实施例的压缩机转矩补偿装置，通过变换模块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，并通过第一计算模块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，通过第二计算模块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，进而通过执行模块根据转矩补偿电流对压缩机进行转矩补偿，由此，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。

另外，根据本发明上述实施例的压缩机转矩补偿装置还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述第一计算模块，具体用于：通过如下公式计算对应的所述基波转矩补偿电流和所述谐波转矩补偿电流：

其中，I₁为所述基波转矩补偿电流，V₁为所述基波速度，k₁为基波转矩补偿电流系数，I_n为n次谐波转矩补偿电流，V_n为n次谐波速度，k_n为n次谐波转矩补偿电流系数，n为大于等于2的整数。

根据本发明的一个实施例，所述第二计算模块，具体用于：判断所述压缩机的运行频率是否小于第一预设频率；如果所述压缩机的运行频率小于所述第一预设频率，则令所述转矩补偿电流I_t为I₁；如果所述压缩机的运行频率大于等于第n-1预设频率，则进一步判断所述压缩机的运行频率是否小于第n预设频率；如果所述压缩机的运行频率小于所述第n预设频率，则令所述转矩补偿电流I_t为I₁+I₂+…+I_n；以及如果所述压缩机的运行频率大于等于所述第n预设频率时，则令所述转矩补偿电流为0。

根据本发明的一个实施例，所述执行模块，具体用于：通过如下公式对所述压缩机进行转矩补偿以获取Q轴给定电流：

其中，为所述Q轴给定电流，为对所述目标速度和所述反馈速度进行速度环控制输出的电流，I_t为所述转矩补偿电流。

进一步地，本发明提出了一种压缩机，其包括上述的压缩机转矩补偿装置。

本发明实施例的压缩机，通过上述压缩机转矩补偿装置，能够在低频运行时减小振动，保证运行稳定，进而能够广泛应用在变频空调中。

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压缩机转矩补偿方法的流程图；

图2是根据本发明一个具体示例的转矩补偿电流计算方法的流程图；

图3是根据本发明一个具体示例的速度波动曲线；

图4是根据本发明一个具体示例的基波速度曲线；

图5是根据本发明一个具体示例的二次谐波速度曲线；

图6是根据本发明一个具体示例的三次谐波速度曲线；

图7是根据本发明一个具体示例的转矩补偿电流曲线；

图8是根据本发明一个实施例的压缩机的控制结构示意图；

图9是根据本发明一个实施例的施加了转矩补偿控制后的速度波动曲线；

图10是根据本发明一个实施例的压缩机的控制方法的流程图；以及

图11是根据本发明一个实施例的压缩机转矩补偿装置的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的压缩机转矩补偿方法、装置和压缩机及其控制方法。

图1是根据本发明一个实施例的空压缩机转矩补偿方法的流程图。如图1所所示，该压缩机转矩补偿方法包括以下步骤：

S1，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。

其中，速度波动曲线即为目标速度和反馈速度之间的差值形成的曲线。

S2，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。

S3，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。

具体地，通过如下公式(1)计算对应的基波转矩补偿电流和谐波转矩补偿电流：

其中，I₁为基波转矩补偿电流，V₁为基波速度，k₁为基波转矩补偿电流系数，I_n为n次谐波转矩补偿电流，V_n为n次谐波速度，k_n为n次谐波转矩补偿电流系数，n为大于等于2的整数。

需要说明的是，n的取值，以及转矩补偿电流系数k₁、k₂、k₃、…、k_n的取值，可以根据实际压缩机振动调试的需要进行选取。

S4，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。

具体地，判断压缩机的运行频率是否小于第一预设频率；如果压缩机的运行频率小于第一预设频率，则令转矩补偿电流I_t为I₁。如果压缩机的运行频率大于等于第n-1预设频率，则进一步判断压缩机的运行频率是否小于第n预设频率；如果压缩机的运行频率小于第n预设频率，则令转矩补偿电流I_t为I₁+I₂+…+I_n；以及如果压缩机的运行频率大于等于第n预设频率时，则令转矩补偿电流为0。

其中，f1、f2、…、fn的取值可根据实际压缩机振动调试的需要进行选取。

在本发明的一个示例中，n的取值为3，第一预设频率f1的取值可以为10Hz，第二预设频率f2的取值可以为15Hz，第三预设频率f3的取值可以为30Hz。

具体地，如图2所示，如果压缩机的运行频率f＜10Hz，则令转矩补偿电流I_t＝I₁；如果压缩机的运行频率10Hz≤f＜15Hz，则令转矩补偿电流I_t＝I₁+I₂；如果压缩机的运行频率15Hz≤f＜30Hz，则令转矩补偿电流I_t＝I₁+I₂+I₃；如果压缩机的运行频率f≥30Hz，则令转矩补偿电流I_t＝0。

在本发明的实施例中，通过如下公式(2)对压缩机进行转矩补偿以获取Q轴给定电流：

其中，为Q轴给定电流，为对目标速度和反馈速度进行速度环控制输出的电流，I_t为转矩补偿电流。

在本发明的一个示例中，首先，对如图3所示的速度波动曲线进行傅里叶变换，n＝3。变换得到的基波速度曲线如图4所示，该基波速度函数为对应的频率为F1＝30Hz，速度幅值为A1＝2Hz；二次谐波速度曲线如图5所示，该二次谐波速度函数为对应的频率为F2＝60Hz，速度幅值为A2＝0.5Hz；三次谐波速度曲线如图6所示，该三次谐波速度函数为对应的频率为F3＝90Hz，速度幅值为A3＝0.2Hz。

然后，通过公式(1)计算对应的基波转矩补偿电流和谐波转矩补偿电流。基波转矩补偿电流为幅值为Ai1＝A1*k1＝2Hz*3A/Hz＝6A；二次谐波转矩补偿电流为幅值为Ai2＝A2*k2＝0.5Hz*2A/Hz＝1A；三次谐波转矩补偿电流为幅值为Ai3＝A3*k3＝0.2Hz*1A/Hz＝0.2A。

进一步地，如果压缩机的运行频率f取值为25Hz，15Hz≤f＜30Hz，则转矩补偿电流为对应的曲线可如图7所示。进而将转矩补偿电流I_t叠加到速度环输出的电流上，如图8所示，对压缩机进行转矩补偿控制。

在本发明的示例中，施加了相应的转矩补偿控制后，测量速度波动的曲线如图9所示，可见速度波动幅值由原来的2Hz降低到0.1Hz，速度波动大幅减小，压缩机振动也得到了有效的抑制。

本发明实施例的压缩机转矩补偿方法，可以广泛应用在变频空调压缩机驱动控制上，对于降低压缩机低频振动起到了有益的作用。

图10为本发明一个实施例的压缩机的控制方法的流程图。如图10所示，该压缩机的控制方法包括以下步骤：

S101，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波动速度。

其中，波动速度即为目标速度和反馈速度之间的差值。

S102，对波动速度进行速度环控制以输出参考电流。

S103，根据上述实施例的压缩机转矩补偿方法生成转矩补偿电流。

S104，根据参考电流和转矩补偿电流对压缩机进行控制。

具体地，如图8所示，对反馈速度w与目标速度w*之间的速度差，即波动速度进行PI控制以获得电流参考值Iq*，根据波动速度通过上述的压缩机转矩补偿方法生成的转矩补偿电流It，将转矩补偿电流It与速度环输出的参考电流Iq*前馈叠加，参与到电流环的输入过程中，最终实现PWM(Vector Pulse Width Modulation，矢量脉宽调制)的三相压缩机电机电压输出，实现对压缩机的控制。

本发明实施例的压缩机的控制方法，通过上述的压缩机转矩补偿方法生成转矩补偿电流，并根据速度环输出电流和转矩补偿电流对压缩机进行控制，由此，能够实减小压缩机在低频运行时的振动，保证压缩机稳定运行。

图11是根据本发明一个实施例的压缩机转矩补偿装置的结构框图。如图11所示，该压缩机转矩补偿装置包括：获取模块10、生成模块20、变换模块30、第一计算模块40、第二计算模块50和执行模块60。

其中，获取模块10用于获取压缩机的目标速度和反馈速度。生成模块20用于根据目标速度和反馈速度生成速度波动曲线。变换模块30用于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。第一计算模块40用于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。第二计算模块50用于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。执行模块60用于根据转矩补偿电流对压缩机进行转矩补偿。

具体地，第一计算模块40通过如下公式计算对应的基波转矩补偿电流和谐波转矩补偿电流：

其中，I₁为基波转矩补偿电流，V₁为基波速度，k₁为基波转矩补偿电流系数，I_n为n次谐波转矩补偿电流，V_n为n次谐波速度，k_n为n次谐波转矩补偿电流系数，n为大于等于2的整数。

需要说明的是，n的取值，以及转矩补偿电流系数k₁、k₂、k₃、…、k_n的取值，可以根据实际压缩机振动调试的需要进行选取。

第二计算模块50用于判断压缩机的运行频率是否小于第一预设频率；如果压缩机的运行频率小于第一预设频率，则令转矩补偿电流I_t为I₁；如果压缩机的运行频率大于等于第n预设频率，则进一步判断压缩机的运行频率是否小于第n+1预设频率；如果压缩机的运行频率小于第n+1预设频率，则令转矩补偿电流I_t为I₁+I₂+…+I_n+1；以及如果压缩机的运行频率大于等于第n+1预设频率时，则令转矩补偿电流为0。

其中，f1、f2、…、fn的取值可根据实际压缩机振动调试的需要进行选取。

在本发明的一个示例中，n的取值为3，第一预设频率f1的取值可以为10Hz，第二预设频率f2的取值可以为15Hz，第三预设频率f3的取值可以为30Hz。

具体地，如图2所示，如果压缩机的运行频率f＜10Hz，则令转矩补偿电流I_t＝I₁；如果压缩机的运行频率10Hz≤f＜15Hz，则令转矩补偿电流I_t＝I₁+I₂；如果压缩机的运行频率15Hz≤f＜30Hz，则令转矩补偿电流I_t＝I₁+I₂+I₃；如果压缩机的运行频率f≥30Hz，则令转矩补偿电流I_t＝0。

执行模块60用于通过如下公式(2)对压缩机进行转矩补偿以获取Q轴给定电流：

其中，为Q轴给定电流，为对目标速度和反馈速度进行速度环控制输出的电流，I_t为转矩补偿电流。

在本发明的一个示例中，首先，变换模块30对如图3所示的速度波动曲线进行傅里叶变换，n＝3。变换得到的基波速度曲线如图4所示，该基波速度函数为对应的频率为F1＝30Hz，速度幅值为A1＝2Hz；二次谐波速度曲线如图5所示，该二次谐波速度函数为对应的频率为F2＝60Hz，速度幅值为A2＝0.5Hz；三次谐波速度曲线如图6所示，该三次谐波速度函数为对应的频率为F3＝90Hz，速度幅值为A3＝0.2Hz。

然后，第一计算模块40通过公式(1)计算对应的基波转矩补偿电流和谐波转矩补偿电流。基波转矩补偿电流为幅值为Ai1＝A1*k1＝2Hz*3A/Hz＝6A；二次谐波转矩补偿电流为幅值为Ai2＝A2*k2＝0.5Hz*2A/Hz＝1A；三次谐波转矩补偿电流为幅值为Ai3＝A3*k3＝0.2Hz*1A/Hz＝0.2A。

进一步地，如果压缩机的运行频率f取值为25Hz，15Hz≤f＜30Hz，则第二计算模块50计算转矩补偿电流为对应的曲线可如图7所示。进而将转矩补偿电流I_t叠加到速度环输出的电流上，如图8所示，对压缩机进行转矩补偿控制。

在本发明的示例中，施加了相应的转矩补偿控制后，测量速度波动的曲线如图9所示，可见速度波动幅值由原来的2Hz降低到0.1Hz，速度波动大幅减小，压缩机振动也得到了有效的抑制。

本发明实施例的压缩机转矩补偿装置，可以广泛应用在变频空调压缩机驱动控制上，对于降低压缩机低频振动起到了有益的作用。

进一步地，本发明提出了一种压缩机，其包括上述实施例的压缩机转矩补偿装置。

本发明实施例的压缩机，通过上述压缩机转矩补偿装置，能够在低频运行时减小振动，保证运行稳定，进而能够广泛应用在变频空调中。

另外，根据本发明实施例的压缩机的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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元件必须具有特定的方位、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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。