专利名称：用于补偿电机速度误差的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到电机，特别的涉及到一种用于补偿电机速度误差的装置。
背景技术：
通常来讲，由电机驱动的压缩机的负载特性根据压缩类型的不同而各不相同。特别的是，根据压缩机的负载特性，当一个具有驱动转矩脉动的单缸回转式压缩机旋转时，压缩机的转矩脉动会增加，并且由于压缩机转矩脉动的增加，电机的速度波动增加。也就是说，当一个具有转矩脉动组件例如单缸回转式压缩机的负载和电机结合在一起时，负载的转矩脉动会产生速度波动。
图1以示意图说明了一个传统的单缸回转式压缩机，单缸回转式压缩机的压缩单元(参见图2)与电机的转子通过转轴结合在一起，叶片和电机的转轴结合在一起。压缩单元的运作原理将参考图2进行解释。
图2示出了压缩单元运作原理的图解。
参考图2，当和压缩单元相连的电机转动时，压缩机的叶片转动，以完成一次压缩冲程。当压缩单元的叶片机械地转动一次，压缩冲程也完成一次。在此，和压缩单元相连的电机由于压缩机的压缩特性有速度波动，下面将参考图3A和图3B说明这一点。
图3A和图3B示出了传统单缸回转式压缩机的特性。
如图3A和图3B所示，压缩机的转矩脉动由于压缩机的压缩特性(负载特性)而产生，并且由于压缩机的转矩脉动，和压缩机相连的电机产生速度波动。在图3A中，θ表示电机的旋转角。虽然用于控制安装于压缩机上的电机转动速度的装置的详细结构可能根据电机类型而变化，但此装置通常包括一个速度操作器和一个电流控制器。另外，当控制电机转动速度的装置估计电机的速度时，此装置探测提供给电机的电流和电压值，并且基于探测到的电流和电压值估计电机的速度。在此，用于控制电机转速的装置具有如图3A所示的压缩机的特性(转矩脉动)，并且因此产生如图3B所示的电机的速度波动。然而，压缩机的振动和噪声增加，由此由于电机的速度波动其性能降低。
另一方面，为了解决上述问题，一种用于补偿转矩的传统方法预先在脱机的方法中计算负载特性(压缩机转矩)，并且根据前面计算出的负载特性产生查询表来控制电机转矩。下面将参考图4来解释补偿转矩的传统方法。
图4示出了补偿转矩的传统方法。传统的补偿转矩的方法一般用于无电刷直流(BLDC)电机，这种电机在电气的60°转动区域不提供脉冲宽度调制(PWM)信号，而只在120°转动区域提供脉冲宽度调制信号。根据由在60°转动区域中测量反电动势而驱动的无电刷直流电机的无感应特性，转子的位置可以仅仅在电气的60°间隔被感应到。因此，转子的位置在一个电动旋转中会被探测到6次，并且电机的转矩基于转子被探测到的位置值被补偿。
然而，如图4所示，根据使用存储前面计算出的补偿值的查询表的方法，电机的转矩仅仅可以在保存在查询表中的补偿值已经被计算出的转子位置上进行补偿。因此，转子的基准位置需要被设置。这里，转子基准位置的误差会对补偿转矩产生相反的效果。
在相应于使用查询表的补偿值的情况下，考虑压缩机负载变化的补偿值必须进行完全的试验方法的计算。而且，当压缩机的模型升级后，考虑压缩机负载变化的补偿值必须预先进行完全的试验方法的计算。
另一方面，控制电机转动速度的传统装置在2003年11月11日登记号为6,646,409的美国专利中公开。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于补偿电机速度误差的装置，该装置可以减少电机由负载特性引起的速度波动，并且也可以减少振动和噪声。
为了达到这些和其它优势，并且达到按照本发明的实施和在此广泛描述的目的，提供了一种用于补偿电机速度误差的装置，该装置将相当于电机转子一个完整的旋转的转动区域划分为多个预定转动区域，基于基准速度和在前估计速度的差值，确定每个划分开的转动区域中的速度补偿值，并且基于该速度补偿值，补偿电机的速度误差。
根据本发明的一个方面，用于补偿电机速度误差的装置包括一个速度补偿器，用于将相当于电机转子一个完整的旋转的转动区域划分为多个预定转动区域，在每个划分开的转动区域中比较基准速度和在前估计速度，根据比较结果计算电机的速度误差，确定用于补偿速度误差的速度补偿值，并且输出该速度补偿值；一个比较器，用于比较来自于速度补偿器的速度补偿值、电机的基准速度和当前估计速度；以及一个比例积分控制器，根据比较器的比较结果输出用于补偿速度误差值的基准转矩分电流。
根据本发明的另一个方面，用于补偿电机速度误差的装置包括一个速度补偿器，用于比较基准速度和在前估计速度，根据比较结果计算在前速度误差，确定用于补偿在前速度误差的速度补偿值，并且输出该速度补偿值；一个第一比例积分控制器。产生用于补偿相应于速度补偿值的速度的基准电流；一个第一比较器，用于比较基准速度和当前估计速度并且输出一个速度误差结果值；一个第二比例积分控制器，用于输出基准转矩分电流来补偿第一比较器的速度误差值；一个第二比较器，用于比较基准转矩分电流、用于补偿速度的基准电流和实际转矩分电流，并且输出误差结果值；以及一个第三比例积分控制器，用于输出基准转矩分电压来补偿第二比较器的误差值。
结合附图，本发明前述的以及其它目的、特性、方面和优势将在下面本发明的详细描述中更加明显。
本发明所包含的附图是为了提供对本发明更深入的理解，与说明书相结合并且作为说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例，并且和说明书一起用于解释本发明原理的任务。
在附图中图1是图解了传统单缸回转式压缩机的示意图；图2示出了压缩单元的工作原理；图3A和图3B示出了传统单缸回转式压缩机的特性；图4示出了补偿转矩的传统方法；图5A到图5C示出了按照本发明补偿速度误差的原理；图6是图解了用于控制电机转动速度的装置的方框图，其中根据本发明的第一实施例应用了用于补偿电机的速度误差的装置，；以及图7是图解了用于控制电机转动速度的装置的方框图，其中根据本发明的第二实施例应用了用于补偿电机的速度误差的装置。
具体实施例方式
下面将参考附图详细说明本发明的首选实施例。
下面将参考图5A到图7详细说明一种用于补偿电机速度误差的装置，该装置可以减少由负载特性引起的振动和噪声，通过下列方式实现其功能将相当于电机转子一个完整的旋转的转动区域划分为多个预定转动区域，在每个划分开的转动区域中比较基准速度和在前估计速度，决定每个速度补偿值，并且基于每个速度补偿值，补偿基准速度和当前估计速度之间的速度误差。
图5A到图5C示出了依照本发明对速度误差进行补偿的原理。也就是说，图5A到图5C示出了一种将相当于电机转子一个完整的旋转的转动区域划分为四个预定的转动区域、并且在每个划分开的转动区域中补偿电机的速度误差的方法。
图5A示出了由一个单缸回转式压缩机的负载特性引起的一种驱动转矩脉动。图5B示出了由单缸回转式压缩机的负载特性(转矩脉动)引起的一种电机速度波动。图5C示出了一种计算相应于四个预定转动区域中的速度波动的平均速度误差、并且在随后步骤中补偿计算出的速度误差的方法。
如图5A到图5C所示，当相当于电机转子一个完整的旋转的转动区域被划分为四个预定的转动区域时，即使电机转子相关的联轴节位置和压缩单元发生了改变，由转矩脉动引起的电机的速度误也可以被补偿。也就是说，可以通过计算相应于由负载例如压缩单元的转矩脉动产生的电机速度波动的速度误差来降低速度波动，并且在不用设置转子的基准位置，也不用考虑转子和压缩单元的装配位置的情况下，补偿计算出的速度误差，从而减少压缩机的噪声和振动。因此，可以通过计算每个预定的转动区域的速度误差，并且在随后的步骤中补偿此速度误差，来减少负载的噪声或振动。
下面将参考图6详细说明用于控制电机转动速度的装置的结构，其中根据本发明的第一实施例应用了用于补偿电机的速度误差的装置。
图6是一个方框图，说明了控制电机转速的装置，其中根据本发明的第一实施例应用了用于补偿电机的速度误差的装置。
如图6所示为用于控制电机转速的装置，其中应用了用于补偿电机的速度误差的装置100，该装置包括一个速度补偿器101，用于将相当于电机转子一个完整的旋转的转动区域划分为多个预定的转动区域，在每个划分开的转动区域中比较基准速度ωm*和在前估计速度ωp，根据比较结果计算出在前速度误差，决定用于补偿在前速度误差的速度补偿值Δωm*，并且输出速度补偿值Δωm*；一个第一比较器102，用于比较基准速度ωm*和当前估计速度ωm；一个第一比例积分(PI)控制器103，用于根据基准速度ωm*和当前估计速度ωm之间的比较结果输出一个用于补偿速度误差值的基准转矩分电流iq*，该比较结果基于来自于速度补偿器101的速度补偿值Δωm*；一个第二比例积分控制器15，用于输出一个基准磁通分电流，该电流用于补偿基准磁通分电流id*和实际磁通分电流id之间的误差值，作为基准磁通分电压vd*；一个第三比例积分控制器16，用于输出一个基准转矩分电流，该电流用于补偿由比较基准转矩分电流id*和实际转矩分电流id获得的误差值，作为基准转矩分电压vq*；一个同步/固定坐标转换器17，用于依照实际磁通角θ的正弦值和余弦值(sinθ和cosθ)，将基准磁通分电压vd*和基准转矩分电压vq*从同步坐标系转换为固定坐标系；一个三相电压发生器18，用于将基准磁通分电压vd*和基准转矩分电压vq*从固定坐标系统转换为三相电压Vas，Vbs和Vcs，并且输出转换后的三相电压Vas，Vbs和Vcs；一个反相器19，用于将三相电压发生器18产生的三相电压Vas，Vbs和Vcs供给到电机；一个转子位置检测器22，用于检测电机转子的位置；一个速度操作器24，用于输出转子检测位置的当前估计速度ωm；一个信号发生器23，用于产生转子检测位置的实际磁通角θ的正弦值和余弦值(sinθ和cosθ)；一个两相电流发生器20，用于将电机转动时检测到的三相电流转换为两相电流iα，iβ；以及一个固定/同步坐标转换器21，用于将两相电流iα，iβ转换为旋转坐标系，并且输出实际转矩分电流iq和磁通分电流id。在此，图6中的第三比较器13，比较来自于第一比例积分控制器12的基准转矩分电流iq*和来自于固定/同步坐标转换器21的实际转矩分电流iq。另外，第二比较器14比较基准磁通分电流id*和来自于固定/同步坐标转换器21的实际磁通分电流id，并且输出误差结果值到第二比例积分控制器15。
根据本发明第一实施例用于补偿电机的速度误差的装置100，包括一个速度补偿器101，用于将相当于电机转子一个完整的旋转的转动区域划分为多个预定的转动区域，在每个划分开的转动区域中比较基准速度ωm*和在前估计速度ωp，根据比较结果计算出速度误差，决定补偿速度误差的速度补偿值Δωm*，并且输出速度补偿值Δωm*；一个第一比较器102，用于比较来自于速度补偿器101的速度补偿值Δωm*，基准速度ωm*和当前估计速度ωm；一个第一比例积分控制器103，用于根据前述比较结果输出用于补偿误差值的基准转矩分电流iq*。用于控制电机转速的装置同传统装置完全相同，除了根据本发明第一实施例的用于补偿电机速度误差的装置100，因此省略了这部分的详细说明。
下面将参考图6详细说明按照本发明第一实施例的补偿电机速度误差的装置100的操作。
速度补偿器101将相当于电机转子一个完整的旋转的转动区域划分为多个预定的转动区域，在每个划分开的转动区域中比较基准速度ωm*和在前估计速度ωp，根据比较结果计算出在前速度误差，决定补偿在前速度误差的速度补偿值Δωm*，并且输出速度补偿值Δωm*。例如，速度补偿器101在四个预定旋转单元中比较基准速度ωm*和在前估计速度ωp，根据比较结果检测在每个旋转单元中的每个速度误差，并且决定用于减少每个检测到的速度误差的速度补偿值Δωm*。这里，预定转动区域通过将相当于转子的一个完整旋转的电机转子的转动区域划分为四个预定转动区域。根据本发明，相应于转子的一个完整旋转的电机转子的转动区域可以划分成多个转动区域。
第一比较器102比较来自于速度补偿器101的速度补偿值Δωm*，基准速度ωm*和当前估计速度ωm，并且将比较结果输出到第一比例积分控制器103。
第一比例积分控制器103根据比较结果输出基准转矩分电流iq*来补偿速度误差值。也就是说，第一比例积分控制器103决定了用于补偿电机基准速度ωm*和在前估计速度ωp之间的误差值，将此所确定的误差值Δωm*与基准速度ωm*和当前估计速度ωm之间的误差值相加，并且根据相加值输出基准转矩分电流iq*。因此，基准转矩分电流iq*输出到用于控制电机转速的装置，从而补偿了来自于负载特性例如压缩机速度误差。速度补偿值Δωm*可以用下面的方程式1来表示Δωm*＝k(ωm-ωm*)---------------方程式1这里，k代表了一个变量，该变量决定了在每个预定转动区域(例如，四个转动区域)中补偿基准速度和当前估计速度误差的一个值和符号(+或者-)。如果“ωm-ωm*”比0大，这意味着电机的估计速度高于基准速度，因此，估计速度和基准速度之间的速度误差必须通过减少k的值来降低电机的速度进行补偿。结果，k的值被设为小于0，所以加在比较器200上的速度补偿值Δω*可以设置为一个小于0的值。
图7是一个方框图，图解说明了用于控制电机转动速度的装置，其中应用了根据本发明第二实施例的装置，用于补偿电机的速度误差。
如图7所示，控制电机转动速度的装置，该电机应用了用于补偿电机速度误差的装置200。该装置包括一个速度补偿器201，用于将相应于电机转子一个完整的旋转单元划分为多个预定转动区域，并且在每个被划分的转动区域中将基准速度ωm*和在前估计速度ωp进行比较，根据比较结果计算出在前速度误差，决定用于补偿在前速度误差的速度补偿值Δωm*，并且输出速度补偿值Δωm*；一个第四比例积分控制器206，产生一个基准电流iqΔωm*，该基准电流用于补偿相应于速度补偿值Δωm*的速度；一个第一比较器202，用于比较基准速度ωm*和当前估计速度ωm；一个第一比例积分控制器203，用于输出基准转矩分电流iq*，该分电流根据基准速度ωm*和当前估计速度ωm的比较结果补偿速度误差值；一个第三比较器204，用于比较基准转矩分电流iq*，用于补偿速度的基准电流iqΔωm*，和实际转矩分电流iq；一个第三比例积分控制器205，用于基于通过比较基准转矩分电流iq*、用于补偿速度的基准电流iqΔωm*和实际转矩分电流iq而获得的误差值，输出基准转矩分电压vq*；一个第二比例积分控制器15，用于输出一个基准磁通量分电流，该分电流补偿基准磁通量分电流id*和实际磁通量分电流id之间的误差值，作为基准磁通量分电压vd*；一个同步/固定坐标转换器17，用于根据实际磁通角θ的正弦值和余弦值(sinθ和cosθ)，将基准磁通量分电压vd*和基准转矩分电流vq*从同步坐标系转换为固定坐标系；一个三相电压发生器18，用于将固定坐标系中的基准磁通分电压vd*和基准转矩分电压vq*转换为三相电压Vas，Vbs和Vcs；一个反相器19，用于将三相电压发生器8产生的三相电压Vas，Vbs和Vcs提供给电机；一个转子位置探测器22用于探测电机转子的位置；一个速度操作器24，从探测到的转子位置，输出当前估计速度ωm；一个信号发生器23，从探测到的转子位置，产生实际磁通角θ的正弦值和余弦值(sinθ和cosθ)；一个两相电流发生器20，用于将电机转动时探测到的三相电流转换为两相电流iα，iβ；以及一个固定/同步坐标转换器21，用于将两相电流iα，iβ转换到旋转坐标系统，并且输出实际转矩分电流iq和磁通分电流id。在此，图7中的第二比较器14比较基准磁通分电流id*和来自于固定/同步坐标转换器21的实际磁通分电流id，并且输出结果误差值到第二比例积分控制器15。
按照本发明第二实施例的用于补偿电机的速度误差的装置200，包括一个速度补偿器201，用于将相应于电机转子一个完整的旋转单元划分为多个预定转动区域，并且在每个被划分的转动区域中将基准速度ωm*和在前估计速度ωp进行比较，根据比较结果计算出在前速度误差，决定一个用于补偿在前速度误差的速度补偿值Δωm*，并且输出速度补偿值Δωm*；一个第四比例积分控制器206，产生一个基准电流iqΔωm*，该基准电流用于补偿相应于速度补偿值Δωm*的速度；一个第一比较器202，用于比较基准速度ωm*和当前估计速度ωm；一个第一比例积分控制器203，用于输出基准转矩分电流iq*，该分电流根据基准速度ωm*和当前估计速度ωm的比较结果用于补偿速度误差值；一个第三比较器204，用于比较基准转矩分电流iq*，用于补偿速度的基准电流iqΔωm*，和实际转矩分电流iq；以及一个第三比例积分控制器205，基于通过基准转矩分电流iq*，用于补偿速度的基准电流iqΔωm*和实际转矩分电流iq三者相比较所得的误差值，输出基准转矩分电压vq*。用于控制电机转速的装置同传统装置完全相同，除了根据本发明第二实施例的用于补偿电机速度误差的装置200，因此省略了这部分的详细说明。
下面将参考图7详细说明按照本发明第二实施例的补偿电机速度误差的装置200的操作。
速度补偿器201比较基准速度ωm*和在前估计速度ωp，根据比较结果计算出相应的在前速度误差，决定补偿在前速度误差的速度补偿值Δωm*，并且输出速度补偿值Δωm*。也就是说，速度补偿器201在预定转动区域(例如，四个转动区域)中比较基准速度ωm*和在前估计速度ωp，根据比较结果探测每个转动区域的速度误差，决定补偿此探测到的速度误差的速度补偿值Δωm*，并且将所确定的速度补偿值Δωm*输出到第四比例积分控制器206。
第四比例积分控制器206根据速度补偿值Δωm*产生用于补偿速度的基准电流iqΔωm*，并且将用于补偿速度的基准电流iqΔωm*输出到第三比较器204。
另一方面，第一比较器202比较基准速度ωm*和当前估计速度ωm，并且根据比较结果将速度误差值输出到第一比例积分控制器203。
第一比例积分控制器203根据基准速度ωm*和当前估计速度ωm的比较结果，产生基准转矩分电流iq*来补偿速度误差值，并且将基准转矩分电流iq*输出到第三比较器205。
第三比较器204比较基准转矩分电流iq*，用于补偿速度的基准电流iqΔωm*，和实际转矩分电流iq，并且根据比较结果输出误差值。
第三比例积分控制器205，根据基准转矩分电流iq*，用于补偿速度的基准电流iqΔωm*，和实际转矩分电流iq的比较结果而得出的误差值，输出用于补偿该误差值的基准转矩分电压vq*。因此，基准转矩分电压vq*被输出到控制电机转速的装置，从而补偿由负载特性例如压缩机所引起的速度误差。
因此，由负载特性例如压缩机所引起的速度误差可以通过比较多个预定转动区域中的基准速度和在前估计速度来进行补偿，并且根据比较结果补偿电机的速度误差。
另一方面，依照本发明的用于补偿电机速度误差的装置，可以应用于各种各样控制电机转速的装置。
如前所述，依照本发明，通过将相当于电机转子一个完整的旋转的转动区域划分为多个预定转动区域，在每个划分开的转动区域中比较基准速度和在前估计速度，决定每个速度补偿值，并且基于每个速度补偿值，为基准速度和当前的估计速度补偿一个速度误差，降低由负载特性引起的电机速度波动，从而减少电机的振动和噪声。也就是说，由负载的转矩脉动引起的电机速度波动，可以通过比较多个预定转动区域的基准速度和在前估计速度，并补偿电机的速度误差来减少。而且，由负载特性引起的振动和噪声可以不用通过预定电机转子的基准位置或者需要试验数据例如查询表而减少。
由于本发明可以在不背离其基本特性的情况下以多种方式实施，也应当理解，除非特别说明，上述实施例并不被前述说明中的任何细节所限制，而应当在如所附权利要求中说明的精神和范围内被更广泛的解释，因此所有落入权利要求的边界和界限或者这些边界和界限的等同范围内的变化和改动都包含于所附权利要求。
权利要求
1.一种用于控制压缩机的电机速度的装置，该装置包含一种装置，后者将相当于电机转子的一个完整旋转的转动区域划分为多个预定转动区域，基于电机的基准速度和在前估计速度的差值，确定每个划分开的转动区域中的速度补偿值，并且基于该速度补偿值，补偿电机的速度误差。
2.一种用于补偿电机速度误差的装置，该装置将相当于电机转子的一个完整旋转的转动区域划分为多个预定转动区域，基于电机的基准速度和在前估计速度的差值，确定每个划分开的转动区域中的速度补偿值，并且基于该速度补偿值，补偿电机的速度误差。
3.一种用于补偿电机速度误差的装置，该装置包括一个速度补偿器，用于将相当于电机转子的一个完整旋转的转动区域划分为多个预定转动区域，在每个划分开的转动区域中，比较电机的基准速度和在前估计速度，根据比较结果计算电机的速度误差，确定用于补偿速度误差的速度补偿值，并输出此速度补偿值；一个比较器，用于比较来自于速度补偿器的速度补偿值、电机的基准速度和当前估计速度；以及一个比例积分控制器，用于根据比较器的比较结果，输出用于补偿速度误差的基准转矩分电流。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，速度补偿值Δωm*由Δωm*＝k(ωm-ωm*)表示出，其中ωm表示当前估计速度，ωm*表示基准速度，k表示用于补偿在预定转动区域中的基准速度和当前估计速度之间的速度误差的值。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，比例积分控制器将所确定的补偿值加到基准速度和当前估计速度之间的误差值上，并且输出相应于相加后的值的基准转矩分电流。
6.一种用于补偿电机速度误差的装置，该装置包括一个速度补偿器，用于比较电机的基准速度和在前估计速度，根据比较结果计算在前速度误差，确定用于补偿在前速度误差的速度补偿值，并输出此速度补偿值；一个第一比例积分控制器，用于产生一个基准电流，该电流补偿相应于速度补偿值的速度；一个第一比较器，用于比较基准速度和当前估计速度，并且输出一个速度误差结果值；一个第二比例积分控制器，用于输出一个基准转矩分电流，该电流补偿第一比较器的速度误差值；一个第二比较器，用于比较基准转矩分电流、用于补偿速度的基准电流和一个实际转矩分电流，并且输出一个误差结果值；以及一个第三比例积分控制器，用于输出一个基准转矩分电压，该电压补偿第二比较器的误差值。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，速度补偿器将相当于电机转子一个完整的旋转的转动区域划分为多个预定转动区域，在每个划分开的转动区域中，比较基准速度和在前估计速度，根据比较结果探测每个转动区域中的速度误差，确定用于补偿探测到的速度误差的速度补偿值，并输出该速度补偿值。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，速度补偿值Δωm*由Δωm*＝k(ωm-ωm*)表示出，其中，ωm代表当前估计速度，ωm*代表基准速度，k代表用于补偿预定转动区域中的基准速度和当前估计速度之间的速度误差的值。
全文摘要
本发明公开了一种用于补偿电机速度误差的装置，该装置可以减少电机由于负载特性引起的速度波动，并且也可以减少振动和噪声。用于补偿电机速度误差的装置将相当于电机转子一个完整旋转的转动区域划分为多个预定转动区域，基于电机的基准速度和在前的估计速度的差值，确定每个划分开的转动区域中的速度补偿值，并基于该速度补偿值补偿电机的速度误差。
文档编号H02P23/00GK1599232SQ20041008241
公开日2005年3月23日 申请日期2004年9月17日 优先权日2003年9月20日
发明者吴在胤, 郑澾浩 申请人:Lg电子株式会社