抑制空调单转子压缩机转速波动的方法和装置与流程

本发明属于电机控制技术领域，具体地说，是涉及压缩机控制技术，更具体地说，是涉及抑制空调单转子压缩机转速波动的方法和装置。

背景技术：

空调器使用的压缩机在运行时，受到作为负载的空调器自身工作原理和控制技术的影响，使得压缩机的负荷转矩极其不稳定，容易引起较大的转速波动，压缩机运行不平稳。而压缩机运行不平稳会导致整个空调器系统运行不稳定，造成多种不良影响。且不稳定的运行还会产生较大的运行噪音，不能满足相关噪音标准要求，影响空调器使用舒适性。这种现象在单转子压缩机中尤为严重。

现有技术虽然也存在着压缩机转速波动抑制的方法，但是，波动抑制效果不够理想，不能从根本上解决压缩机转速波动的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种抑制空调单转子压缩机转速波动的方法和装置，提高波动抑制的有效性。

为实现上述发明目的，本发明提供的方法采用下述技术方案予以实现：

一种抑制空调单转子压缩机转速波动的方法，包括：

获取反映压缩机转子的实际位置和推定位置的偏差的轴误差δθ；

对所述轴误差δθ作滤波处理，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′以及与所述修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out；

将所述角速度补偿量p_out补偿到压缩机控制用锁相环内锁相环调节器的输出角速度δω_pll中，获得补偿后的角速度输出量δω’，δω’＝p_out+δω_pll；

将所述补偿后的角速度输出量δω’作为输入量输入至压缩机控制用速度环中的速度环调节器；

根据所述补偿后的角速度输出量δω’对压缩机控制用的实时角速度ω1作修正，根据修正后的实时角速度ω1和所述速度环调节器的输出力矩控制压缩机；

所述对所述轴误差δθ作滤波处理，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′以及与所述修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out，具体包括：

将所述轴误差δθ作傅里叶级数展开，得到轴误差关于机械角θm的函数表达式；

将所述函数表达式分别与cosθmn和-sinθmn相乘后，提取出δθ的n次谐波的d轴分量和q轴分量；θmn为n次谐波的机械角；

采用积分器滤除部分谐波的d轴分量和q轴分量，获得滤除结果，实现对所述轴误差δθ的滤波处理；

将所述滤除结果中滤除部分谐波的d轴分量后的结果和滤除部分谐波的q轴分量后的结果分别与cos(θmn+θshift-pn)和-sin(θmn+θshift-pn)相乘作傅里叶逆变换，获得与滤除部分谐波成分的修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out；θshift-pn为n次谐波的相位补偿角。

如上所述的方法，所述对所述轴误差δθ作滤波处理，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′，具体包括：

对所述轴误差δθ作滤波处理，至少滤除δθ中的一次谐波的d轴分量和q轴分量，实现对δθ的一次谐波成分的滤波，获得至少滤除一次谐波成分的修正轴误差δθ′。

进一步的，所述对所述轴误差δθ作滤波处理，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′，还包括：滤除δθ中的二次谐波的d轴分量和q轴分量，实现对δθ的一次谐波成分和二次谐波成分的滤波，获得滤除一次谐波成分和二次谐波成分的修正轴误差δθ′。

如上所述的方法，所述将所述函数表达式分别与cosθmn和-sinθmn相乘后，提取出δθ的n次谐波的d轴分量和q轴分量，具体包括：将所述函数表达式分别与cosθmn和-sinθmn相乘后，采用低通滤波法或者积分法，提取出δθ的n次谐波的d轴分量和q轴分量。

进一步的，所述n次谐波的相位补偿角θshift-pn根据所述锁相环的闭环增益参数kp_pll、ki_pll和所述锁相环的角速度指令ω*_in确定，且满足：

θshift-pn＝(akp_pll+bki-pll+ckp_pll/ki_pll+dω*_in)*πa、b、c、d为常数系数。

为实现前述发明目的，本发明提供的装置采用下述技术方案来实现：

一种抑制空调单转子压缩机转速波动的装置，包括：

轴误差获取单元，用于获取反映压缩机转子的实际位置和推定位置的偏差的轴误差δθ；

角速度补偿量获取单元，用于对所述轴误差δθ作滤波处理，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′以及与所述修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out；

补偿后的角速度输出量获取单元，用于将所述角速度补偿量p_out补偿到压缩机控制用锁相环内锁相环调节器的输出角速度δω_pll中，获得补偿后的角速度输出量δω’，δω’＝p_out+δω_pll；

输出力矩获取单元，用于将所述补偿后的角速度输出量δω’作为输入量输入至压缩机控制用速度环中的速度环调节器，所述速度环调节器输出所述输出力矩；

控制单元，用于根据所述补偿后的角速度输出量δω’对压缩机控制用的实时角速度ω1作修正，根据修正后的实时角速度ω1和所述速度环调节器的输出力矩控制压缩机；

所述角速度补偿量获取单元对所述轴误差δθ作滤波处理，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′以及与所述修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out，具体包括：

将所述轴误差δθ作傅里叶级数展开，得到轴误差关于机械角θm的函数表达式；

将所述函数表达式分别与cosθmn和-sinθmn相乘后，提取出δθ的n次谐波的d轴分量和q轴分量；θmn为n次谐波的机械角；

采用积分器滤除部分谐波的d轴分量和q轴分量，获得滤除结果，实现对所述轴误差δθ的滤波处理；

将所述滤除结果中滤除部分谐波的d轴分量后的结果和滤除部分谐波的q轴分量后的结果分别与cos(θmn+θshift-pn)和-sin(θmn+θshift-pn)相乘作傅里叶逆变换，获得与滤除部分谐波成分的修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out；θshift-pn为n次谐波的相位补偿角。

如上所述的装置，所述角速度补偿量获取单元对所述轴误差δθ作滤波处理，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′，具体包括：

对所述轴误差δθ作滤波处理，至少滤除δθ中的一次谐波的d轴分量和q轴分量，实现对δθ的一次谐波成分的滤波，获得至少滤除一次谐波成分的修正轴误差δθ′。

进一步的，所述角速度补偿量获取单元对所述轴误差δθ作滤波处理，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′，还包括：滤除δθ中的二次谐波的d轴分量和q轴分量，实现对δθ的一次谐波成分和二次谐波成分的滤波，获得滤除一次谐波成分和二次谐波成分的修正轴误差δθ′。

如上所述的装置，所述角速度补偿量获取单元将所述函数表达式分别与cosθmn和-sinθmn相乘后，提取出δθ的n次谐波的d轴分量和q轴分量，具体包括：将所述函数表达式分别与cosθmn和-sinθmn相乘后，采用低通滤波法或者积分法，提取出δθ的n次谐波的d轴分量和q轴分量。

进一步的，所述n次谐波的相位补偿角θshift-pn根据所述锁相环的闭环增益参数kp_pll、ki_pll和所述锁相环的角速度指令ω*_in确定，且满足：

θshift-pn＝(akp_pll+bki-pll+ckp_pll/ki_pll+dω*_in)*π，a、b、c、d为常数系数。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提供的抑制空调单转子压缩机转速波动的方法及装置，通过对反映压缩机转子的实际位置和推定位置的偏差的轴误差δθ作波动滤除，将至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差对应的角速度补偿量补偿到锁相环调节器的输出角速度中，获得补偿后的角速度输出量，再根据补偿后的角速度输出量对压缩机的实时角速度作修正，在以修正后的实时角速度对压缩机作控制时，能够使得目标转速的变动量和相位接近于实际转速的变动量和相位，使压缩机的运行趋于平稳；同时，将补偿后的角速度输出量作为输入量输入到压缩机控制用速度环中的速度环调节器的前端，补偿速度环调节器输入的速度量，能够稳定速度环调节器的输出力矩，进一步减小了压缩机的转速波动，提升了速度环的控制效果。而且，由于轴误差的波动是引起速度波动的前端直接因素，因此，通过在前端对轴误差的波动作滤除，减少轴误差的周期性波动，能够实现对转速波动更直接、快速地抑制，提高了转速波动抑制的有效性。另一方面，在对轴误差δθ作滤波处理时时，采用相位补偿角对谐波分量进行相位调整，变更锁相环的相位特性，能提高压缩机全频域运转过程中的波动抑制效果，提高全频域运转的稳定性。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是基于本发明抑制空调单转子压缩机转速波动的方法一个实施例的流程图；

图2是基于图1方法实施例的一个控制框图；

图3是图2中轴误差波动滤除算法一个具体实例的逻辑框图；

图4是基于本发明抑制空调单转子压缩机转速波动的装置一个实施例的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

请参见图1，该图所示为基于本发明抑制空调单转子压缩机转速波动的方法一个实施例的流程图。

如图1所示，同时结合图2示出的一个控制框图，该实施例采用包括有下述步骤的过程实现压缩机转速波动抑制：

步骤11：获取反映压缩机转子的实际位置和推定位置的偏差的轴误差δθ。

在压缩机控制中，通过锁相环(pll)控制技术可以对压缩机转子的相位进行锁定，使其锁定在目标相位，锁相环的控制框图如图2所示。现有技术中，压缩机锁相环中包括有锁相环调节器，一般为比例积分调节器，见图2的kp_pll和ki_pll/s。其中，kp_pll、ki_pll为锁相环的闭环增益参数。轴误差δθ作为锁相环调节器的一个输入使用，具体来说，是将轴误差δθ与目标角度波动量(如图2示出的0)作差，差值输入至锁相环调节器，锁相环调节器的输出为输出角速度δω_pll。基于锁相环调节器的输出角速度δω_pll，锁相环将输出压缩机控制用的实时角速度ω1，利用该实时角速度ω1实现对转子位置的控制。反映压缩机转子的实际位置和推定位置的偏差的轴误差δθ，可以通过下述公式计算得到：

公式中，知分别为压缩机的d轴电压给定值和q轴电压给定值，id和iq分别为压缩机的实时d轴电流和实时q轴电流，r^*为压缩机的马达电阻，为压缩机的q轴电感，ω1为压缩机的实时角频率。各参数中，id、iq和ω1通过现有技术中的检测手段实时检测，其余参数值均为已知值。

步骤12：对轴误差δθ作滤波处理，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′。

由于轴误差作为锁相环的一个输入，影响锁相环输出的压缩机的实时角速度。如果轴误差波动大，将会导致锁相环输出的实时角速度不稳定，使得转子锁相不稳定，进而会导致压缩机出现过流、失步等故障。

在步骤11获得轴误差δθ后，对其进行滤波处理，至少滤除部分波动成分，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′。

步骤13：根据修正轴误差δθ′获得角速度补偿量p_out。

上述步骤12和步骤13的实现，反映在图2的控制框图中，是采用轴误差δθ波动滤除算法，获得角速度补偿量p_out。

具体来说，对轴误差δθ作滤波处理，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′以及与修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out，具体包括：

将所述轴误差δθ作傅里叶级数展开，得到轴误差关于机械角θm的函数表达式；

将函数表达式分别与cosθmn和-sinθmn相乘后，提取出δθ的n次谐波的d轴分量和q轴分量；θmn为n次谐波的机械角；

采用积分器滤除部分谐波的d轴分量和q轴分量，获得滤除结果，实现对轴误差δθ的滤波处理；

将滤除结果中滤除部分谐波的d轴分量后的结果和滤除部分谐波的q轴分量后的结果分别与cos(θmn+θshift-pn)和-sin(θmn+θshift-pn)相乘作傅里叶逆变换，获得与滤除部分谐波成分的修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out；θshift-pn为n次谐波的相位补偿角。

更具体的滤波处理过程参见后面图3的详细描述。

步骤14：将角速度补偿量p_out补偿到压缩机控制用锁相环内锁相环调节器的输出角速度δω_pll中，获得补偿后的角速度输出量δω’。具体的，补偿后的角速度输出量δω’＝p_out+δω_pll。

步骤15：将补偿后的角速度输出量作为输入量输入至压缩机控制用速度环中的速度环调节器，根据补偿后的角速度输出量对压缩机控制用的实时角速度作修正，根据修正后的实时角速度和速度环调节器的输出力矩控制压缩机。

在压缩机控制中，通过速度环(asr)控制技术可以对压缩机转子的转速进行控制，使其接近设定转速。参见图2的框图所示，速度环包括有速度环调节器，一般也为比例积分调节器，见图2的kp_asr和ki_asr/s。在该实施例中，将补偿后的角速度输出量δω’作为速度环的一个输入使用，具体来说，是将补偿后的角速度输出量δω’与0作差，差值输入至速度环调节器，速度环调节器的输出为输出力矩τm。

同时，还根据补偿后的角速度输出量δω’对压缩机控制用的实时角速度ω1作修正。具体来说，参见图2，是将补偿后的角速度输出量δω’与角速度指令ω*_in相加，输出对压缩机控制用的实时角速度ω1。其中，角速度指令ω*_in是压缩机控制系统的给定角速度值，给定的角速度指令ω*_in的值的确定方法采用现有技术来实现。

然后，根据修正后的实时角速度ω1和速度环调节器的输出力矩τm控制压缩机，从而，实现了对压缩机采用锁相环和速度环的双环控制。

采用上述实施例的方法，通过对反映压缩机转子的实际位置和推定位置的偏差的轴误差δθ作波动滤除，将至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差对应的角速度补偿量补偿到锁相环调节器的输出角速度中，获得补偿后的角速度输出量，再根据补偿后的角速度输出量对压缩机的实时角速度作修正，在以修正后的实时角速度对压缩机作控制时，能够使得目标转速的变动量和相位接近于实际转速的变动量和相位，使压缩机的运行趋于平稳。同时，将补偿后的角速度输出量作为输入量输入到压缩机控制用速度环中的速度环调节器的前端，补偿速度环调节器输入的速度量，能够稳定速度环调节器的输出力矩，进一步减小了压缩机的转速波动，提升了速度环的控制效果。而且，由于轴误差的波动是引起速度波动的前端直接因素，因此，通过在前端对轴误差的波动作滤除，减少轴误差的周期性波动，能够实现对转速波动更直接、快速地抑制，提高了转速波动抑制的有效性。另一方面，在对轴误差δθ作滤波处理时，采用相位补偿角对谐波分量进行相位调整，变更锁相环的相位特性，能提高压缩机全频域运转过程中的波动抑制效果，提高全频域运转的稳定性。

在其他一些实施例中，对轴误差δθ作滤波处理，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′，具体包括：对轴误差δθ作滤波处理，至少滤除δθ中的一次谐波的d轴分量和q轴分量，实现对δθ的一次谐波成分的滤波，获得至少滤除一次谐波成分的修正轴误差δθ′。作为更优选的一种实施方式，对轴误差δθ作滤波处理，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′，还包括：滤除δθ中的二次谐波的d轴分量和q轴分量，实现对δθ的一次谐波成分和二次谐波成分的滤波，获得滤除一次谐波成分和二次谐波成分的修正轴误差δθ′。通过滤除δθ中的一次谐波成分，或者滤除一次谐波成分及二次谐波成分，能够滤除掉δθ中的大部分波动成分，且计算量适中，滤除速度快。

图3示出了图2中轴误差波动滤除算法一个具体实例的逻辑框图，具体来说，是获得与滤除轴误差δθ中的一次谐波成分和二次谐波成分后的修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out的一个具体实例的逻辑框图。按照该图3示出的逻辑框图，滤除轴误差δθ中的一次谐波成分和二次谐波成分后的修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out的具体过程如下：

首先，将轴误差δθ作傅里叶级数展开，获得轴误差δθ关于机械角θm的函数表达式。具体如下：

式中，δθdc为轴误差的直流分量，θd_n＝θpeak_ncosφn，θq_n＝θpeak_nsinφn，δθpeak_n为n次谐波轴误差波动幅值，θm1、θm2为一次谐波机械角。而二次谐波机械角θm2表示为：θm2＝2θm1。

然后，从函数表达式中提取出一次谐波成分和二次谐波成分，采用积分器滤除一次谐波成分和二次谐波成分，获得滤除结果。

具体来说，可以采用低通滤波法或者积分法，从函数表达式中提取出一次谐波成分和二次谐波成分。具体到图3中，将函数表达式分别与cosθm1和cosθm2相乘后，经过低通滤波器滤波或经过积分器取周期内积分平均值，提取出轴误差δθ的一次谐波的d轴分量和二次谐波的d轴分量；将函数表达式分别与-sinθm1和-sinθm2相乘后，经过低通滤波器滤波或经过积分器取周期内积分平均值，提取出轴误差δθ的一次谐波的q轴分量和二次谐波的q轴分量。然后，将一次谐波的d轴分量、q轴分量及二次谐波的d轴分量、q轴分量分别与0作差，输入积分器ki_p/s中作积分滤除处理，滤除一次谐波的d轴分量、q轴分量及二次谐波的d轴分量、q轴分量，获得滤除一次谐波成分和二次谐波成分的滤除结果，实现对轴误差δθ的滤波处理。而且，滤除结果变为角速度。

再然后，将各滤除结果作傅里叶逆变换，获得与滤除一次谐波成分和二次谐波成分的修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out。具体来说，滤除一次谐波的d轴分量的滤除结果和滤除一次谐波的q轴分量的滤除结果分别与cos(θm1+θshift-p1)和-sin(θm1+θshift-p1)相乘作傅里叶逆变换后的结果之和，形成滤除一次谐波成分的修正轴误差对应的角速度补偿量p_out1；滤除二次谐波的d轴分量的滤除结果和滤除二次谐波的q轴分量的滤除结果分别与cos(θm2+θshift-p2)和-sin(θm2+θshift-p2)相乘作傅里叶逆变换后的结果之和，形成滤除二次谐波成分的修正轴误差对应的角速度补偿量p_out2；两个角速度补偿量之和，形成与滤除一次谐波成分和二次谐波成分的修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out＝p_out1+p_ou2。其中，θshift-p1和θshift-p2分别为一次谐波的相位补偿角和二次谐波的相位补偿角。两个相位补偿角的角度数可以是相等或不相等的预设的固定值，也可以是可变角度值。

作为优选实施方式，两个相位补偿角θshift-p1和θshift-p2相等，且根据锁相环的闭环增益参数kp_pll、ki_pll和锁相环的角速度指令ω*_in确定。并且，需要满足：θshift-pn＝(akp_pll+bki_pll+ckp_pll/ki_pll+dω*_in)*π。其中，a、b、c、d为常数系数，针对一个确定的控制系统，常数系数也是确定的。

作为优选实施方式，还可以通过增加使能开关实现对谐波滤除的控制。具体来说，在图3框图中，gain_1、gain_2为使能开关，用于确定是否开启/关闭滤除算法功能。在gain_1、gain_2的使能开关状态为开启滤除一次谐波和滤除二次谐波功能的情况下，获得与滤除一次谐波成分和二次谐波成分的修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out＝p_out1+p_ou2。若gain_1、gain_2的使能开关状态为关闭滤除一次谐波和滤除二次谐波功能的情况下，整个轴误差滤波功能将关闭，不能输出角速度补偿量p_out。如果其中一个使能开关状态为开启滤除算法功能，另一个使能开关为关闭滤除算法功能，则获得的角速度补偿量p_out仅为滤除一次谐波的角速度补偿量(gain_1使能开关状态为开启滤除一次谐波功能、gain_2使能开关状态为关闭滤除二次谐波功能的情况)或者仅为滤除二次谐波的角速度补偿量(gain_1使能开关状态为关闭滤除一次谐波功能、gain_2使能开关状态为开启滤除二次谐波功能的情况)。

在仅滤除一次谐波成分的实施例中，可以直接采用图3中提取一次谐波成分、滤除一次谐波成分的过程。当然，在仅滤除一次谐波成分的实施例中，也还可以通过增加使能开关实现对一次谐波滤除的控制，具体实现方式也参见图3，在此不作另外复述。

请参见图4，该图所示为基于本发明抑制空调单转子压缩机转速波动的装置一个实施例的结构框图。

如图4所示，该实施例的装置所包括的结构单元、单元之间的连接关系及单元的功能如下：

轴误差获取单元21，用于获取反映压缩机转子的实际位置和推定位置的偏差的轴误差δθ。

角速度补偿量获取单元22，用于对所述轴误差δθ作滤波处理，获得至少滤除部分轴误差波动后的修正轴误差δθ′以及与所述修正轴误差δθ′相对应的角速度补偿量p_out。

补偿后的角速度输出量获取单元23，用于将角速度补偿量p_out补偿到压缩机控制用锁相环内锁相环调节器的输出角速度δω_pll中，获得补偿后的角速度输出量δω’，δω’＝p_out+δω_pll。

输出力矩获取单元24，用于将补偿后的角速度输出量获取单元23获取的补偿后的角速度输出量δω’作为输入量输入至压缩机控制用速度环中的速度环调节器，速度环调节器输出该输出力矩。

控制单元25，用于根据补偿后的角速度输出量δω’对压缩机控制用的实时角速度ω1作修正，根据修正后的实时角速度ω1和输出力矩获取单元24所获取的速度环调节器的输出力矩控制压缩机。

具有上述各结构单元的装置，可以应用在空调压缩机产品中，运行相应的软件程序，按照上述方法实施例及优选实施例的过程工作，实现对单转子压缩机转速波动的抑制，获得上述方法实施例所具有的技术效果。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。