无电解电容电机驱动系统及其弱磁控制方法和控制装置与流程

本发明属于电机技术领域，具体地说，是涉及无电解电容电机驱动系统及其弱磁控制方法和控制装置。

背景技术：

随着用户对机电产品性能要求的不断提升，寿命和效率更高、成本更低的无电解电容电机驱动系统得到了越来越广泛的应用。无电解电容电机驱动系统是去掉了大容量、高成本、寿命短的电解电容及升压器件，取而代之的是容量小、成本低、寿命长的薄膜电容或陶瓷电容。

在电机驱动系统中，当电机转速较高时，电机转子切割定子线圈产生的反电动势也较高。为了给电机转动提供能量，克服掉高的反电动势带来的能量输入困难的问题，传统的电机驱动系统可以通过升压器件及大容量电解电容提升整流后的直流母线电压。而直流母线电压达到提升的限制时，就需要采用弱磁技术来弱化转子磁场，以降低反电动势产生的电压，达到继续给电机转动输入能力、提升转速的目的。在这种无电解电容电机驱动系统中，由于去掉了大容量的电解电容及升压器件，要想提升电机的转速，只能进行弱磁控制。而由于去掉电解电容及升压器件的无电解电容电机驱动系统整流后的母线电压与传统电机驱动系统差别较大，传统的弱磁控制方法难以满足电机转速控制需求。

技术实现要素：

本发明的目的一方面是提供一种无电解电容电机驱动系统的弱磁控制方法和控制装置，满足无电解电容电机驱动系统对电机转速控制的需求。

为实现上述发明目的，本发明提供的无电解电容电机驱动系统的弱磁控制方法采用下述技术方案予以实现：

一种无电解电容电机驱动系统的弱磁控制方法，所述方法包括：

实时获取电机驱动系统中的当前直流母线电压；

根据已知的直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系获取与所述当前直流母线电压对应的积分系数，作为当前积分系数；所述直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系满足所述直流母线电压的幅值与所述积分系数呈正相关关系；

根据所述当前直流母线电压、当前目标电压及所述当前积分系数获得目标弱磁电流；所述当前目标电压根据当前目标电机转速确定；

根据所述目标弱磁电流执行电机驱动系统的弱磁控制。

如上所述的方法，所述根据所述当前直流母线电压、当前目标电压及所述当前积分系数获得目标弱磁电流，具体包括：

获取所述当前直流母线电压与当前目标电压的差值，基于所述当前积分系数对应的处理器对所述差值进行比例积分处理，获得所述目标弱磁电流；所述比例积分处理中的积分系数为所述当前积分系数，所述比例积分处理中的比例系数为固定系数。

如上所述的方法，所述获取所述当前直流母线电压与当前目标电压的差值，基于所述当前积分系数对应的处理器对所述差值进行比例积分处理，获得所述目标弱磁电流，具体还包括：

获取所述当前直流母线电压与当前目标电压的差值，基于所述当前积分系数对应的处理器对所述差值进行比例积分处理，获得基本弱磁电流，对所述基本弱磁电流作限幅处理，限幅处理后的输出结果确定为所述目标弱磁电流。

如上所述的方法，所述对所述基本弱磁电流作限幅处理，限幅处理后的输出结果确定为所述目标弱磁电流，具体包括：

将所述基本弱磁电流与设定限幅弱磁电流作比较，若所述基本弱磁电流不小于所述设定限幅弱磁电流，将所述设定限幅弱磁电流确定为所述目标弱磁电流；若所述基本弱磁电流小于所述设定限幅弱磁电流，将所述基本弱磁电流确定为所述目标弱磁电流。

如上所述的方法，所述已知的直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系采用下述方式获得：

将直流母线电压的一个周期划分为连续的多个子周期，每个子周期对应有一个积分系数，直流母线电压一个周期内的所有子周期与处理器的积分系数一一对应的对应关系形成所述直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系，且每个所述子周期内直流母线电压幅值的均值与一一对应的积分系数呈正相关关系；

根据已知的直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系获取与所述当前直流母线电压对应的积分系数，作为当前积分系数，具体包括：

判断所述当前直流母线电压所属直流母线电压一个周期内的子周期，作为所述当前直流母线电压所对应的当前子周期；

根据所述直流母线电压一个周期内的所有子周期与处理器的积分系数一一对应的对应关系获取所述当前子周期对应的积分系数，作为所述当前积分系数。

为实现前述发明目的，本发明提供的无电解电容电机驱动系统的弱磁控制装置采用下述技术方案来实现：

一种无电解电容电机驱动系统的弱磁控制装置，所述装置包括：

直流母线电压获取单元，用于实时获取电机驱动系统中的当前直流母线电压；

积分系数获取单元，用于根据已知的直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系获取与所述当前直流母线电压对应的积分系数，作为当前积分系数；所述直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系满足所述直流母线电压的幅值与所述积分系数呈正相关关系；

目标弱磁电流获取单元，用于根据所述当前直流母线电压、当前目标电压及所述当前积分系数获得目标弱磁电流；所述当前目标电压根据当前目标电机转速确定；

弱磁控制单元，用于根据所述目标弱磁电流执行电机驱动系统的弱磁控制。

如上所述的装置，所述目标弱磁电流获取单元具体包括：

差值获取子单元，用于获取所述当前直流母线电压与所述当前目标电压的差值；

比例积分处理子单元，用于对所述差值进行比例积分处理，获得所述目标弱磁电流；所述比例积分处理中的积分系数为所述当前积分系数，所述比例积分处理中的比例系数为固定系数。

如上所述的装置，所述比例积分处理子单元对所述差值进行比例积分处理，获得基本弱磁电流；所述目标弱磁电流获取单元还包括：

限幅处理子单元，用于对所述基本弱磁电流作限幅处理，限幅处理后的输出结果确定为所述目标弱磁电流。

如上所述的装置，所述限幅处理子单元对所述基本弱磁电流作限幅处理，限幅处理后的输出结果确定为所述目标弱磁电流，具体包括：

将所述基本弱磁电流与设定限幅弱磁电流作比较，若所述基本弱磁电流不小于所述设定限幅弱磁电流，将所述设定限幅弱磁电流确定为所述目标弱磁电流；若所述基本弱磁电流小于所述设定限幅弱磁电流，将所述基本弱磁电流确定为所述目标弱磁电流。

如上所述的装置，所述已知的直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系采用下述方式获得：

将直流母线电压的一个周期划分为连续的多个子周期，每个子周期对应有一个积分系数，直流母线电压一个周期内的所有子周期与处理器的积分系数一一对应的对应关系形成所述直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系，且每个所述子周期内直流母线电压幅值的均值与一一对应的积分系数呈正相关关系；

所述积分系数获取单元根据已知的直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系获取与所述当前直流母线电压对应的积分系数，作为当前积分系数，具体包括：

判断所述当前直流母线电压所属直流母线电压一个周期内的子周期，作为所述当前直流母线电压所对应的当前子周期；

根据所述直流母线电压一个周期内的所有子周期与处理器的积分系数一一对应的对应关系获取所述当前子周期对应的积分系数，作为所述当前积分系数。

本发明的目的另一方面是提供了一种具有上述弱磁控制装置的无电解电容电机驱动系统及采用该无电解电容电机驱动系统作为压缩机驱动系统的空调器。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：采用本发明的弱磁控制方法及控制装置的无电解电容电机驱动系统，根据当前直流母线电压选择相对应的、跟随直流母线电压幅值的变化而正相关变化的积分系数作为确定目标弱磁电流的处理参数，能够在直流母线电压高的时候获得更快或更深的弱磁控制，达到提高电机转速的目的，解决了无电解电容电机驱动系统对电机转速的控制需求。

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是基于本发明无电解电容电机驱动系统弱磁控制方法一个实施例的流程图；

图2是基于本发明无电解电容电机驱动系统弱磁控制方法另一个实施例的流程图；

图3是图2实施例的目标弱磁电流信号生成的过程图；

图4是图2实施例中一个直流母线电压的一个波形图；

图5是基于图2实施例获得的弱磁电流Id与q轴电流Iq的波形图；

图6是基于本发明无电解电容电机驱动系统弱磁控制装置一个实施例的结构框图；

图7是基于本发明无电解电容电机驱动系统弱磁控制装置另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无电解电容电机驱动系统弱磁控制方法一个实施例的流程图。

如图1所示意，该实施例实现无电解电容电机驱动系统弱磁控制的方法包括下述步骤构成的过程：

步骤11：实时获取电机驱动系统中的当前直流母线电压。

直流母线电压为电机驱动系统中电源电压经整流电路整流之后、传输至电机逆变电路之前的母线电压，也即薄膜电容或陶瓷电容两端的电压。该电压的检测可以采用现有技术来实现，在此不作限定。

在电机驱动系统工作过程中，实时地对直流母线电压作检测，获得当前直流母线电压。

步骤12：获取与当前直流母线电压对应的积分系数，作为当前积分系数。

在步骤11获得当前直流母线电压之后，根据直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系获取与当前直流母线电压对应的积分系数，作为当前积分系数。其中，直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系是已知的、并预先存储的。而且，在对应关系中要满足：直流母线电压的幅值与积分系数呈正相关关系。也即，直流母线电压的幅值越大，积分系数越大；反之亦然。

步骤13：根据当前直流母线电压、当前目标电压及当前积分系数获得目标弱磁电流。

当前目标电压是与当前目标电机转速相关，可以通过目标电机转速确定出来。一般来说，是正比于目标电机转速的一个值。当前直流母线电压通过步骤11获得，当前积分系数通过步骤12获得，然后，基于当前直流母线电压、当前目标电压及当前积分系数获得目标弱磁电流，也即电机的目标d轴电流。

步骤14：根据目标弱磁电流执行电机驱动系统的弱磁控制。

基于弱磁电流执行弱磁控制的具体过程为现有技术，在此不作详细阐述。

采用图1实施例对无电解电容电机驱动系统进行弱磁控制时，能够根据当前直流母线电压选择相对应的、跟随直流母线电压幅值的变化而正相关变化的积分系数作为确定目标弱磁电流的处理参数，因而可以在直流母线电压高、能量大的时候获得更快或更深的弱磁控制，达到尽可能提高电机转速的目的，解决了无电解电容电机驱动系统对电机转速的控制需求。

请参见图2，该图所示为基于本发明无电解电容电机驱动系统弱磁控制方法另一个实施例的流程图。

如图2所示意，该实施例实现无电解电容电机驱动系统弱磁控制的方法包括下述步骤构成的过程：

步骤21：实时获取电机驱动系统中的当前直流母线电压。

步骤22：获取与当前直流母线电压对应的积分系数，作为当前积分系数。

步骤21和步骤22的具体实现可以参考图1实施例中步骤11和步骤12的描述。

步骤23：获取当前直流母线电压与当前目标电压的差值。

步骤24：基于当前积分系数对应的处理器对差值进行比例积分处理，获得基本弱磁电流。

其中，比例积分处理中的积分系数为步骤22中获取的当前积分系数，而比例积分处理中的比例系数为固定系数。

步骤25：对基本弱磁电流作限幅处理，限幅处理后的输出结果确定为目标弱磁电流。

执行该步骤的目的是对比例积分处理后获得的基本弱磁电流进行限定，避免弱磁过深而造成电机驱动系统的不稳定。

具体而言，采用下述方式做限幅处理：

将基本弱磁电流与设定限幅弱磁电流作比较，若基本弱磁电流不小于设定限幅弱磁电流，将设定限幅弱磁电流确定为目标弱磁电流；若基本弱磁电流小于所设定限幅弱磁电流，将基本弱磁电流确定为目标弱磁电流。设定限幅弱磁电流的大小预先设定并存储。

步骤26：根据目标弱磁电流执行电机驱动系统的弱磁控制。

作为优选的实施方式，在上述实施例中，已知的直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系采用下述方式获得：

将直流母线电压的一个周期划分为连续的多个子周期，每个子周期对应有一个积分系数，直流母线电压一个周期内的所有子周期与处理器的积分系数一一对应的对应关系形成所述直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系，且每个子周期内直流母线电压幅值的均值与一一对应的积分系数呈正相关关系。

那么，根据已知的直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系获取与当前直流母线电压对应的积分系数，作为当前积分系数，具体包括：

判断当前直流母线电压所属直流母线电压一个周期内的子周期，作为当前直流母线电压所对应的当前子周期；

然后，根据直流母线电压一个周期内的所有子周期与处理器的积分系数一一对应的对应关系获取当前子周期对应的积分系数，作为当前积分系数。

具体而言，对于输入电源电压为220V/50Hz的无电解电容电机驱动系统，整流电路整流后的直流母线电压的波形图如图4所示，为频率是100Hz、周期为10ms的馒头波形，频率变为输入电源电压的2倍，每个周期内，波形为半个正弦波，幅值先由小变大到波峰，再从波峰开始由大变小。将直流母线电压的一个周期均分为连续的10个子周期，分别为子周期1，子周期2，……，子周期10，每个子周期时长为1ms。基于直流母线电压的波形图可知，从子周期1到子周期5，每个子周期内直流母线电压幅值的均值逐渐变大；从子周期6到子周期10，每个子周期内直流母线电压幅值的均值逐渐变小。每个子周期对应有一个积分系数，从子周期1到子周期10，对应的积分系数分别为1,2,3,4,5,5,4,3,2,1。那么，在获取到当前直流母线电压时，首先判断当前直流母线电压为该周期内的哪一个子周期，然后，根据所属的子周期去获取到该子周期所对应的积分系数，作为当前积分系数，以进行积分运算。由于每个子周期时长为1ms，相当于每隔1ms对积分系数进行修正。

图3所示为基于上述直流母线电压与积分系数的对应关系和图2实施例的方法生成目标弱磁电流信号的过程图。

如图3所示意，在该图3中，包括有差值计算器31、比例处理器32、n个积分处理器331至33n(如n为10，共10个积分处理器)、限幅器34，每个积分处理器对应有1个积分系数。首先，获取当前直流母线电压V_{m_limit}，根据当前直流母线电压的确定出当前直流母线电压在一个周期内所属的子周期，譬如，可以通过电压的相位角进行判断。然后，根据该子周期所对应的积分系数确定出对应的积分处理器。

通过差值计算器31计算当前直流母线电压V_{m_limit}与当前目标电压的差值，

然后，基于上述确定出的积分处理器及比例处理器32对差值进行比例积分处理，输出基本弱磁电流式中，K_{I_FW}为比例处理器32的比例系数，在该实施例中为固定值。T_n为确定的积分系数，n表示子周期，若为10个子周期，则n＝1…10。在每一次的计算过程中，n为确定值。譬如，如前所描述的对应关系中，若当前直流母线电压属于第3个子周期，则n＝3，而T_n＝T₃＝3。

然后，利用限幅器34对比例积分处理后获得的基本弱磁电流作限幅处理，获得目标弱磁电流Id^*：

其中，为设定限幅弱磁电流。

如图5基于图2实施例获得的弱磁电流Id(也即目标弱磁电流)与q轴电流Iq的波形图所示意，当q轴电流处于峰值时，d轴电流也处于峰值。因此，当电源电压的值较高、例如处在波峰时，驱动能力大，是提高电机转速获得较大能量的时刻。此时，弱磁深度也较深，则可以尽可能地提高电机转速，满足转速控制需求。

请参见图6，该图所示为基于本发明无电解电容电机驱动系统弱磁控制装置一个实施例的结构框图。

如图6所示意，该实施例实现无电解电容电机驱动系统弱磁控制的装置包括的结构单元、每个结构单元的功能及相互之间的连接关系如下：

直流母线电压获取单元61，用于实时获取电机驱动系统中的当前直流母线电压。

积分系数获取单元62，用于根据已知的直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系获取与直流母线电压获取单元61所获取的当前直流母线电压对应的积分系数，作为当前积分系数。其中，直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系满足直流母线电压的幅值与积分系数呈正相关关系。

目标弱磁电流获取单元63，用于根据直流母线电压获取单元61获取的当前直流母线电压、当前目标电压及积分系数获取单元62获取的当前积分系数获得目标弱磁电流。其中，当前目标电压根据当前目标电机转速确定。

弱磁控制单元64，用于根据目标弱磁电流获取单元63所获取的目标弱磁电流执行电机驱动系统的弱磁控制。

该实施例控制装置中的各单元运行相应软件程序，按照图1实施例的方法实现对无电解电容电机驱动系统的弱磁控制。

请参见图7，该图所示为基于本发明无电解电容电机驱动系统弱磁控制装置另一个实施例的结构框图。

如图7所示意，该实施例实现无电解电容电机驱动系统弱磁控制的装置包括的结构单元、每个结构单元的功能及相互之间的连接关系如下：

直流母线电压获取单元71，用于实时获取电机驱动系统中的当前直流母线电压。

积分系数获取单元72，用于根据已知的直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系获取与直流母线电压获取单元71所获取的当前直流母线电压对应的积分系数，作为当前积分系数。其中，直流母线电压与处理器的积分系数的对应关系满足直流母线电压的幅值与积分系数呈正相关关系。

目标弱磁电流获取单元73，用于根据直流母线电压获取单元61获取的当前直流母线电压、当前目标电压及积分系数获取单元62获取的当前积分系数获得目标弱磁电流。其中，当前目标电压根据当前目标电机转速确定。

其中，目标弱磁电流获取单元73具体结构为包括有：

差值获取子单元731，用于获取直流母线电压获取单元71所获取的当前直流母线电压与当前目标电压的差值。

比例积分处理子单元732，用于对差值获取子单元731获取的差值进行比例积分处理，获得基本弱磁电流。其中，比例积分处理中的积分系数为积分系数获取单元72获取的当前积分系数，而比例积分处理中的比例系数优选为固定系数。

限幅处理子单元733，用于对比例积分处理子单元732获取的基本弱磁电流作限幅处理，限幅处理后的输出结果确定为目标弱磁电流。

弱磁控制单元74，用于根据目标弱磁电流获取单元73所获取的目标弱磁电流执行电机驱动系统的弱磁控制。

该实施例控制装置中的各单元运行相应软件程序，按照图2实施例的方法实现对无电解电容电机驱动系统的弱磁控制。

上述实施例的弱磁控制装置可以应用到无电解电容电机驱动系统中，满足对无电解电容电机驱动系统的电机转速控制需求。而具有上述实施例的弱磁控制装置的无电解电容电机驱动系统可以作为空调器压缩机驱动系统，以低成本、小体积的压缩机驱动系统实现空调器的变频运行控制。

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。