空调压缩机转速控制方法与流程

本发明属于空调控制技术领域，具体地说，是涉及空调压缩机控制技术，更具体地说，是涉及空调压缩机转速控制方法。

背景技术：

现有空调使用的压缩机在运行时，受到作为负载的空调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控制的方法，进行压缩机转速波动的抑制，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空调压缩机转速控制方法，提高对压缩机转速进行波动抑制的有效性。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种空调压缩机转速控制方法，所述方法包括：

获取压缩机转速控制用的锁相环调节器的输出角速度，计算目标角速度波动量与所述锁相环调节器的输出角速度之差，获得第一角速度差值；

对所述第一角速度差值作滤波处理，获得至少滤除部分角速度波动后的滤波角速度，将所述滤波角速度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，获得所述速度环调节器的输出力矩；同时，基于所述第一角速度差值执行力矩补偿，获得所述第一角速度差值中部分角速度波动对应的力矩补偿量；

将所述力矩补偿量补偿到所述速度环调节器的输出力矩中，获得补偿后的输出力矩；

根据所述补偿后的输出力矩控制空调压缩机。

进一步的，对所述第一角速度差值作滤波处理，获得至少滤除部分角速度波动后的滤波角速度，具体包括：

采用速度波动提取算法提取出所述第一角速度差值中的部分角速度波动，计算所述第一角速度差值与所述部分角速度波动的差值，该差值确定为所述滤波角速度。

进一步的，所述采用速度波动提取算法提取出所述第一角速度差值中的部分角速度波动，计算所述第一角速度差值与所述部分角速度波动的差值，该差值确定为所述滤波角速度，具体包括：

采用速度波动提取算法，至少提取出所述第一角速度差值中的一次谐波成分，作为所述部分角速度波动，计算所述第一角速度差值与所述一次谐波成分的差值，该差值确定为至少滤除一次谐波成分的滤波角速度。

优选的，所述采用速度波动提取算法，提取出所述第一角速度差值中的一次谐波成分，具体包括：

将所述第一角速度差值作傅里叶级数展开，得到关于机械角的函数表达式；

从所述函数表达式中分别提取出一次谐波的d轴分量和q轴分量；

将所述一次谐波的d轴分量和q轴分量相加，获得所述第一角速度差值中的一次谐波成分。

进一步的，所述采用速度波动提取算法提取出所述第一角速度差值中的部分角速度波动，还包括：采用速度波动提取算法，提取出所述第一角速度差值中的二次谐波成分，将所述一次谐波成分和所述二次谐波成分之和作为所述部分角速度波动；

所述计算所述第一角速度差值与所述部分角速度波动的差值，该差值确定为所述滤波角速度，还包括：计算所述第一角速度差值与所述一次谐波成分和所述二次谐波成分之和的差值，该差值确定为滤除一次谐波成分和二次谐波成分后的滤波角速度。

优选的，所述采用速度波动提取算法，提取出所述第一角速度差值中的二次谐波成分，具体包括：

将所述第一角速度差值作傅里叶级数展开，得到关于机械角的函数表达式；

从所述函数表达式中分别提取出二次谐波的d轴分量和q轴分量；

将所述二次谐波的d轴分量和q轴分量相加，获得所述第二角速度差值中的二次谐波成分。

如上所述的方法，所述基于所述第一角速度差值执行力矩补偿，获得所述第一角速度差值中部分角速度波动对应的力矩补偿量，具体包括：

将所述第一角速度差值作傅里叶级数展开，得到关于机械角θm的函数表达式；

将所述函数表达式分别与cosθmn和-sinθmn相乘，获得所述第一角速度差值的n次谐波的d轴相关量和q轴相关量；θmn为n次谐波的机械角；

将所述n次谐波的d轴相关量和q轴相关量分别转换为所述n次谐波的d轴力矩和q轴力矩；

将所述n次谐波的d轴力矩和q轴力矩分别与cos(θmn+θshift-kn)和-sin(θmn+θshift-kn)相乘作傅里叶逆变换，获得所述n次谐波的力矩补偿量，确定为所述第一角速度差值中部分角速度波动对应的力矩补偿量；θshift-kn为n次谐波的相位补偿角，所述相位补偿角根据给定的角速度指令中的角速度相位确定。

进一步的，所述将所述n次谐波的d轴相关量和q轴相关量分别转换为所述n次谐波的d轴力矩和q轴力矩，具体包括：

采用积分器将所述n次谐波的d轴相关量和q轴相关量分别转换为所述n次谐波的d轴初始力矩和q轴初始力矩；

对所述n次谐波的所述d轴初始力矩和所述q轴初始力矩分别进行比例调整，比例调整后的结果确定为所述n次谐波的d轴力矩和q轴力矩。

优选的，所述对所述n次谐波的所述d轴初始力矩和所述q轴初始力矩分别进行比例调整，包括：

根据d轴系数对所述n次谐波的所述d轴初始力矩进行比例调整，根据q轴系数对所述n次谐波的所述q轴初始力矩进行比例调整；

所述d轴系数根据所述n次谐波的d轴分量和所述d轴初始力矩确定，所述q轴系数根据所述n次谐波的q轴分量和所述q轴初始力矩确定；所述n次谐波的d轴分量和q轴分量分别根据所述n次谐波的d轴相关量和q轴相关量确定。

如上所述的方法，所述目标角速度波动量为0；所述方法还包括：将所述锁相环调节器的输出角速度与给定的角速度指令相加，相加的结果确定为压缩机控制用的实时角速度，根据所述实时角速度控制空调压缩机。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提供的空调压缩机转速控制方法，通过将锁相环调节器的输出角速度与目标角速度波动量的差值作滤波处理，将至少滤除部分角速度波动后的滤波角速度作为输入量输入至速度环调节器中，能够降低速度环调节器的输出力矩的波动；同时，还基于锁相环调节器的输出角速度与目标角速度波动量的差值获得力矩补偿量，将力矩补偿量补偿到速度环调节器的输出力矩中，获得补偿后的输出力矩，补偿后的输出力矩减小了马达力矩与负载力矩的差力矩，在根据补偿后的输出力矩控制压缩机时，基于波动降低后的速度环调节器的输出力矩以及减小了差力矩的补偿后的输出力矩，能够显著减小压缩机转速波动，使得压缩机运转更稳定；而压缩机运转稳定，还能达到节能、减振的效果。

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是基于本发明空调压缩机转速控制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中速度波动提取算法一个具体实例的逻辑框图；

图4是图2中力矩补偿算法一个具体实例的逻辑框图。

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空调压缩机转速控制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空调压缩机转速控制：

步骤11：获取压缩机转速控制用的锁相环调节器的输出角速度，计算目标角速度波动量与锁相环调节器的输出角速度之差，获得第一角速度差值。

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，一般为比例积分调节器，见图2的kp_asr和ki_asr/s。在压缩机控制中，还通过锁相环(pll)控制技术对压缩机转子的相位进行锁定，使其锁定在目标相位。参见图2的框图所示，压缩机锁相环中包括有锁相环调节器，一般也为比例积分调节器，见图2的kp_pll和ki_pll/s。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。

在该步骤中，首先获取锁相环调节器的输出角速度δω_pll；然后，计算目标角速度波动量与锁相环调节器的输出角速度δω_pll之差，两者的差值确定为第一角速度差值δω2。其中，目标角速度波动量为期望的角速度波动量，为已知的输入量。作为优选实施方式，在该实施例中，目标角速度波动量为0。

步骤12：对第一角速度差值作滤波处理，获得至少滤除部分角速度波动后的滤波角速度，将滤波角速度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，获得速度环调节器的输出力矩；同时，基于第一角速度差值执行力矩补偿，获得第一角速度差值中部分角速度波动对应的力矩补偿量。

第一角速度差值δω2作为速度环调节器的输入，影响速度环输出的输出力矩。如果第一角速度差值波动大，将会导致输出力矩波动大，进而使得压缩机转速波动大。在步骤11获得第一角速度差值后，对其进行滤波处理，至少滤除部分角速度波动成分，获得滤波角速度δω_k。对角速度作滤波处理的方法，可以采用现有技术的滤波方式来实现，更优选的滤波处理，参见后续优选实施例的描述。然后，将滤波角速度δω_k作为输入量输入到速度环调节器，获得速度环调节器的输出力矩τ_asr。

同时，采用力矩补偿算法，基于第一角速度差值δω2执行力矩补偿，获得第一角速度差值δω2中部分角速度波动对应的力矩补偿量τ_out。对于力矩补偿算法，可以采用现有技术存在的所有可能方案，只要保证所得到的力矩补偿量τ_out是与第一角速度差值δω2中部分角速度波动相对应即可。优选的力矩补偿算法，参见后续优选实施例的描述。

步骤13：将力矩补偿量补偿到速度环调节器的输出力矩中，获得补偿后的输出力矩。

具体的是，是将力矩补偿量τ_out与速度环调节器的输出力矩τ_asr相加，获得补偿后的输出力矩τm：τm＝τ_out+τasr。

步骤14：根据补偿后的输出力矩控制空调压缩机。具体控制过程参考现有技术。

采用上述实施例的方法，通过将锁相环调节器的输出角速度与目标角速度波动量的差值作滤波处理，将至少滤除部分角速度波动后的滤波角速度作为输入量输入至速度环调节器中，能够降低速度环调节器的输出力矩的波动；基于锁相环调节器的输出角速度与目标角速度波动量的差值获得力矩补偿量，将力矩补偿量补偿到速度环调节器的输出力矩中，获得补偿后的输出力矩，补偿后的输出力矩能够减小马达力矩与负载力矩的差力矩；那么，在根据补偿后的输出力矩控制压缩机时，基于波动降低后的速度环调节器的输出力矩以及减小了差力矩的补偿后的输出力矩，能够显著减小压缩机转速波动，使压缩机的运行趋于平稳。而压缩机运行平稳，还能达到节能、减振的技术效果，进一步提升了压缩机运行性能。

在其他一些实施例中，对空调压缩机转速进行控制，还包括根据锁相环调节器的输出角速度δω_pll确定压缩机控制用的实时角速度ω1，并根据实时角速度ω1控制空调压缩机。具体来说，在该实施例中，作为一种优选实施方式，在速度环asr的目标角速度波动量为0的情况下，根据锁相环调节器的输出角速度δω_pll确定压缩机控制用的实时角速度ω1，具体包括：将锁相环调节器的输出角速度δω_pll与给定的角速度指令ω*_in相加，相加的结果确定为实时角速度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。在优选实施方式中，采用速度环的目标角速度波动量为0、基于锁相环调节器的输出角速度δω_pll与给定的角速度指令ω*_in确定实时角速度，使得压缩机控制更加精确和稳定。

作为优选实施例，对第一角速度差值δω2作滤波处理，获得至少滤除部分角速度波动后的滤波角速度δω_k，具体包括：采用速度波动提取算法提取出第一角速度差值δω2中的部分角速度波动k_out，计算第一角速度差值δω2与该部分角速度波动k_out的差值，该差值确定为滤波角速度δω_k。

在其他一些优选实施例中，采用速度波动提取算法提取出第一角速度差值中的部分角速度波动，计算第一角速度差值与部分角速度波动的差值，该差值确定为滤波角速度，具体包括：采用速度波动提取算法，至少提取出第一角速度差值中的一次谐波成分，作为部分角速度波动，计算第一角速度差值与一次谐波成分的差值，该差值确定为至少滤除一次谐波成分的滤波角速度。作为更优选的一种实施方式，采用速度波动提取算法提取出第一角速度差值中的部分角速度波动，计算第一角速度差值与部分角速度波动的差值，该差值确定为滤波角速度，具体包括：采用速度波动提取算法，提取出第一角速度差值中的一次谐波成分和二次谐波成分，将一次谐波成分和二次谐波成分之和作为部分角速度波动，计算第一角速度差值与一次谐波成分和二次谐波成分之和的差值，该差值确定为滤除一次谐波成分和二次谐波成分后的滤波角速度。通过滤除第一角速度差值中的一次谐波成分，或者滤除第一角速度差值中的一次谐波成分及二次谐波成分，能够滤除掉第一角速度差值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中速度波动提取算法一个具体实例的逻辑框图，具体来说，是从第一角速度差值中提取出一次谐波成分和二次谐波成分、形成部分角速度波动的一个具体实例的逻辑框图。参见图3，该具体实例采用下述方法获得包含有一次谐波成分和二次谐波成分的部分角速度波动：

首先，将第一角速度差值δω2作傅里叶级数展开，获得第一角速度差值δω2关于机械角θm的函数表达式。该过程可以采用现有技术来实现，在此不作详述。

然后，从函数表达式中分别提取出一次谐波成分和二次谐波成分。

具体来说，如图3所示，将函数表达式与cosθm1相乘后，通过低通滤波器进行滤波，得到逆变换前的一次谐波的d轴分量ωd1，然后作傅里叶逆变换，得到逆变换后的一次谐波的d轴分量；将函数表达式与-sinθm1相乘后，通过低通滤波器进行滤波，得到逆变换前的一次谐波的q轴分量ωq1，然后作傅里叶逆变换，得到逆变换后的一次谐波的q轴分量；然后，将逆变换后的一次谐波的d轴分量和q轴分量相加，获得第一角速度差值中的一次谐波成分k_out1。同样的，将函数表达式与cosθm2相乘后，通过低通滤波器进行滤波，得到逆变换前的二次谐波的d轴分量ωd2，然后作傅里叶逆变换，得到逆变换后的二次谐波的d轴分量；将函数表达式与-sinθm2相乘后，通过低通滤波器进行滤波，得到逆变换前的二次谐波的q轴分量ωq2，然后作傅里叶逆变换，得到逆变换后的二次谐波的q轴分量；然后，将逆变换后的二次谐波的d轴分量和q轴分量相加，获得第一角速度差值中的二次谐波成分k_out2。最后，将一次谐波成分k_out1与二次谐波成分k_out2相加，所得的和形成部分角速度波动k_out。其中，θm1为傅里叶级数展开的函数表达式中的一次谐波机械角，θm2为傅里叶级数展开的函数表达式中的二次谐波机械角，且θm2＝2θm1，t_pd_filter为低通滤波器的时间常数。

在获得包含一次谐波成分和二次谐波成分的部分角速度波动k_out后，计算第一角速度差值δω2与该部分角速度波动k_out的差值作为滤波角速度δω_k，则滤波角速度δω_k是滤除一次谐波成分和二次谐波成分后的滤波角速度。

作为优选实施方式，还可以通过增加使能开关实现对谐波提取的控制。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/关闭提取算法功能。在gain_1、gain_2的使能开关状态为开启提取一次谐波和提取二次谐波功能的情况下，获得一次谐波成分和二次谐波成分构成的部分角速度波动：k_out＝k_out1+k_out2。若gain_1、gain_2的使能开关状态为关闭提取一次谐波和提取二次谐波功能的情况下，整个速度波动提取算法功能将关闭，部分角速度波动为0。如果其中一个使能开关状态为开启提取算法功能，另一个使能开关为关闭提取算法功能，则获得的部分角速度波动仅为第一角速度差值中的一次谐波成分(gain_1使能开关状态为开启提取一次谐波功能、gain_2使能开关状态为关闭提取二次谐波功能的情况)或者仅为第一角速度差值中的二次谐波成分(gain_1使能开关状态为关闭提取一次谐波功能、gain_2使能开关状态为开启提取二次谐波功能的情况)。

在仅提取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的过程；当然，也还可以通过增加使能开关实现对一次谐波提取的控制，具体实现方式也参见图3，在此不作另外复述。

图4示出了图2中力矩补偿算法一个具体实例的逻辑框图，具体来说，是获得第一角速度差值中一次谐波成分和二次谐波成分所对应的力矩补偿量的一个具体实例的逻辑框图。参见图4，该具体实例采用下述方法获得第一角速度差值中一次谐波成分和二次谐波成分所对应的力矩补偿量：

首先，将第一角速度差值δω2作傅里叶级数展开，获得第一角速度差值δω2关于机械角θm的函数表达式。该过程可以采用现有技术来实现，在此不作详述。

然后，从函数表达式中获得一次谐波的d轴相关量、q轴相关量以及二次谐波的d轴相关量、q轴相关量。具体的，将函数表达式分别与cosθm1和-sinθm1相乘，获得第一角速度差值δω2中一次谐波的d轴相关量和q轴相关量；将函数表达式分别与cosθm2和-sinθm2相乘，获得第一角速度差值δω2中二次谐波的d轴相关量和q轴相关量。θm1和θm2的含义同上。

再然后，将一次谐波的d轴相关量、q轴相关量以及二次谐波的d轴相关量、q轴相关量分别转换为d轴力矩和q轴力矩。

具体到该实施例，作为优选实施方式，采用两步转换为力矩：首先是利用积分器1/ti·s进行转换，ti为积分器的时间常数，将一次谐波的d轴相关量、q轴相关量以及二次谐波的d轴相关量、q轴相关量分别转换成一次谐波的d轴初始力矩δτ′d1、一次谐波的q轴初始力矩δτ′q1、二次谐波的d轴初始力矩δτ′d2和二次谐波的q轴初始力矩δτ′q2。然后，将d轴初始力矩和q轴初始力矩分别进行比例调整，比例调整后的结果确定为所需的d轴力矩和q轴力矩。具体而言，根据d轴系数f(ωd1)对一次谐波的d轴初始力矩δτ′d1作比例调整，获得一次谐波的d轴力矩δτd1。d轴系数f(ωd1)根据一次谐波的d轴分量ωd1和一次谐波的d轴初始力矩δτ′d1确定。其中，一次谐波的d轴分量ωd1是根据一次谐波的d轴相关量确定的，具体来说是将一次谐波的d轴相关量通过低通滤波器滤波后获得(参见图3的描述)。根据q轴系数f(ωq1)对一次谐波的q轴初始力矩δτ′q1作比例调整，获得一次谐波的q轴力矩δτq1。q轴系数f(ωq1)根据一次谐波的q轴分量ωq1和一次谐波的q轴初始力矩δτ′q1确定。其中，一次谐波的q轴分量ωq1是根据一次谐波的q轴相关量确定的，具体来说是将一次谐波的q轴相关量通过低通滤波器滤波后获得(参见图3的描述)。根据d轴系数f(ωd2)对二次谐波的d轴初始力矩δτ′d2作比例调整，获得二次谐波的d轴力矩δτd2。d轴系数f(ωd2)根据二次谐波的d轴分量ωd2和二次谐波的d轴初始力矩δτ′d2确定。其中，二次谐波的d轴分量ωd2是根据二次谐波的d轴相关量确定的，具体来说是将二次谐波的d轴相关量通过低通滤波器滤波后获得(参见图3的描述)。根据q轴系数f(ωq2)对二次谐波的q轴初始力矩δτ′q2作比例调整，获得二次谐波的q轴力矩δτq2。q轴系数f(ωq2)根据二次谐波的q轴分量ωq2和二次谐波的q轴初始力矩δτ′q2确定。其中，二次谐波的q轴分量ωq2是根据二次谐波的q轴相关量确定的，具体来说是将二次谐波的q轴相关量通过低通滤波器滤波后获得(参见图3的描述)。在其他一些实施例中，也可以仅通过积分器直接将d轴相关量和q轴相关量转换为相应的d轴力矩和q轴力矩，而不进行比例调整。

最后，将力矩作傅里叶逆变换，获得力矩补偿量。具体的，将一次谐波的d轴力矩和q轴力矩分别与cos(θm1+θshift-k1)和-sin(θm1+θshift-k1)相乘作傅里叶逆变换后的结果求和，形成为第一角速度差值δω2中一次谐波波动对应的力矩补偿量τ_out1；将二次谐波的d轴力矩和q轴力矩分别与cos(θm2+θshift-k2)和-sin(θm2+θshift-k2)相乘作傅里叶逆变换后的结果求和，形成为第一角速度差值δω2中二次谐波波动对应的力矩补偿量τ_out2。两个力矩补偿量之和，形成与一次谐波成分和二次谐波成分相对应的力矩补偿量τ_out＝τ_out1+τ_out2。其中，θshift-k1和θshift-k2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根据给定的角速度指令中的角速度相位确定。通过相位补偿的方式得到力矩补偿量，基于该力矩补偿量所获得的补偿后的输出力矩，能够使得力矩相位发生偏移，而向压缩机负载力矩偏移，进而减少了马达力矩与负载力矩的差力矩，实现了对压缩机转速波动抑制。

作为优选实施方式，也可以通过增加使能开关实现对力矩补偿的控制。具体来说，在图4框图中，gain_1、gain_2为使能开关，用于确定是否开启/关闭力矩补偿算法功能。在gain_1、gain_2的使能开关状态为开启一次谐波力矩补偿和二次谐波力矩补偿功能的情况下，获得一次谐波成分和二次谐波成分对应的力矩补偿量：τ_out＝τ_out1+τ_out2。若gain_1、gain_2的使能开关状态为关闭一次谐波力矩补偿和二次谐波力矩补偿功能的情况下，整个力矩补偿算法功能将关闭，力矩补偿量为0。如果其中一个使能开关状态为开启力矩补偿算法功能，另一个使能开关为关闭力矩补偿算法功能，则获得的力矩补偿量仅为第一角速度差值中的一次谐波成分对应的力矩补偿量(gain_1使能开关状态为开启一次谐波力矩补偿功能、gain_2使能开关状态为关闭二次谐波力矩补偿功能的情况)或者仅为第一角速度差值中的二次谐波成分对应的力矩补偿量(gain_1使能开关状态为关闭一次谐波力矩补偿功能、gain_2使能开关状态为开启二次谐波力矩补偿功能的情况)。

在仅获取一次谐波成分对应的力矩补偿量的实施例中，可以直接采用图4中获取一次谐波成分对应的力矩补偿量的过程；当然，也还可以通过增加使能开关实现对一次谐波力矩补偿的控制，具体实现方式也参见图4，在此不作额外复述。

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。