永磁电机转矩补偿方法及装置与流程

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种永磁电机转矩补偿方法及装置。

背景技术：

目前，变频空调压缩机广泛采用永磁同步电机无位置传感器的控制方式。对于单转子变频压缩机，由于其周期性地吸气排气，导致负载转矩不平衡，容易导致产生振动。尤其是在低频时，振动现象更为明显，从而导致管路应力与噪声较大。

为此，单转子变频压缩机广泛采用转矩前馈补偿以减轻振动。现有技术中，转矩前馈补偿有如下两种方式：(1)根据预先确定好的转矩补偿曲线，固化到表格之中，使用这种方法对不同压缩机需重新修正补偿曲线，适应性较差。(2)采用在线计算，在采用在线补偿的方式时，常导致补偿力度不足，并且负载转矩使用开环的计算方式，容易引入较大干扰，从而使得补偿效果欠佳。

因此，如何对电机负载转矩进行自适应补偿成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于如何对电机负载转矩进行自适应补偿。

为此，根据第一方面，本发明实施例公开了一种永磁电机转矩补偿方法，包括：

获取电机的驱动转矩；根据电机的第一转速信号得到电机的负载转矩；根据驱动转矩和负载转矩得到补偿量；向电机输出用于表征补偿补偿量的补偿信号。

可选地，在根据电机的第一转速信号得到电机的负载转矩之前，包括：通过比例-积分控制器对电机的反电动势生成得到第一转速信号；根据电机的第一转速信号得到电机的负载转矩包括：将第一转速信号作为实际转速信号，通过负载转矩观测器构造第二转速信号；根据第一转速信号和第二转速信号通过负载转矩观测器得到电机的负载转矩。

可选地，采用如下公式得到电机的负载转矩：其中，k为大于等于2的整数，WrEst2为第二转速信号，WrEst1为第一转速信号，TLest为电机的负载转矩，Te为电机的驱动转矩，Ts为电流环采样周期，J为电机转动惯量，L1与L2为观测器状态反馈增益系数。

可选地，根据驱动转矩和负载转矩得到补偿量包括：获取电机的多个转子机械位置；根据各个转子机械位置对应的驱动转矩和负载转矩分别得到与各个转子机械位置对应的补偿量；向电机输出用于表征补偿补偿量的补偿信号包括：获取电机的转子机械位置；向电机输出用于表征补偿与转子机械位置对应的补偿量的补偿信号。

可选地，还包括：获取用于表征电机转速和负荷的提前角；

在获取电机的转子机械位置和向电机输出用于表征补偿与转子机械位置对应的补偿量的补偿信号之间，还包括：对电机的转子机械位置和提前角进行叠加得到叠加后的机械位置；

向电机输出用于表征补偿与转子机械位置对应的补偿量的补偿信号包括：向电机输出用于表征补偿与叠加后的机械位置对应的补偿量的补偿信号。

根据第二方面，本发明实施例公开了一种永磁电机转矩补偿装置，包括：

第一转矩模块，用于获取电机的驱动转矩；第二转矩模块，用于根据电机的第一转速信号得到电机的负载转矩；；补偿量得到模块，用于根据驱动转矩和负载转矩得到补偿量；补偿模块，用于向电机输出用于表征补偿补偿量的补偿信号。

可选地，第二转矩模块包括：第一转速单元，用于通过比例-积分控制器对电机的反电动势生成得到第一转速信号；第二转速单元，用于将第一转速信号作为实际转速信号，通过负载转矩观测器构造第二转速信号；转矩得到单元，用于根据第一转速信号和第二转速信号通过负载转矩观测器得到电机的负载转矩。

可选地，转矩得到单元用于采用如下公式得到电机的负载转矩：其中，k为大于等于2的整数，WrEst2为第二转速信号，WrEst1为第一转速信号，TLest为电机的负载转矩，Te为电机的驱动转矩，Ts为电流环采样周期，J为电机转动惯量，L1与L2为观测器状态反馈增益系数。。

可选地，补偿量得到模块包括：第一位置获取单元，用于获取电机的多个转子机械位置；补偿量对应单元，用于根据各个转子机械位置对应的驱动转矩和负载转矩分别得到与各个转子机械位置对应的补偿量；补偿模块包括：第二位置获取单元，用于获取电机的转子机械位置；补偿输出单元，用于向电机输出用于表征补偿与转子机械位置对应的补偿量的补偿信号。

可选地，还包括：提前角模块，用于获取用于表征电机转速和负荷的提前角；位置叠加模块，用于对电机的转子机械位置和提前角进行叠加得到叠加后的机械位置；补偿输出单元用于向电机输出用于表征补偿与叠加后的机械位置对应的补偿量的补偿信号。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的永磁电机转矩补偿方法及装置，由于根据电机的第一转速信号得到电机的负载转矩，而后根据驱动转矩和负载转矩得到补偿量，向电机输出用于表征补偿该补偿量的补偿信号，从而使得对电机负载转矩的补偿能够根据负载转矩和驱动转矩确定，继而实现了对电机负载转矩进行自适应补偿。

作为可选的技术方案，通过反电动势观测器对电机的反电动势生成第一转速信号，该第一转速信号作为实际信号，通过负载转矩观测器构造第二转速信号，进而得到电机的负载转矩，从而，能够兼顾负载转矩的动态响应，提高负载转矩信号输出的平稳性和实时性。

作为可选的技术方案，通过对电机的转子机械位置和提前角进行叠加得到叠加后的机械位置，而后，向电机输出用于表征补偿叠加后的机械位置对应的补偿量的补偿信号，从而，使得在对电机进行负载转矩补偿时，能够实现提前角的加入。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种永磁电机转矩补偿方法流程图；

图2为本发明实施例中一种电机负载转矩运算示意框图；

图3为本发明实施例中一种永磁电机转矩补偿装置结构示意图；

图4为发明实施例中一种永磁电机转矩补偿系统框图；

图5为发明实施例中一种永磁电机转矩补偿过程曲线示意图；

图6为发明实施例中另一种永磁电机转矩补偿过程曲线示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

为了实现对电机负载转矩进行自适应补偿，本实施例公开了一种永磁电机转矩补偿方法，请参考图1，为该电机转矩补偿方法流程图，该方法包括如下步骤：

步骤S100，获取电机的驱动转矩Te。本实施例中，可以通过对电机的d轴和q轴电流进行计算得到驱动转矩Te。

步骤S200，根据电机的第一转速信号WrEst1得到电机的负载转矩TLest。本实施例中，所称第一转速信号WrEst1为估算转速信号，本实施例中，可以通过反电动势观测器估算出电机的d轴和q轴的反电动势，经过控制器构造得到。在具体实施例中，在执行步骤S200之前，可以通过比例-积分控制器对电机的反电动势生成得到第一转速信号WrEst1。在具体实施例中，可以将第一转速信号WrEst1作为实际转速信号，通过负载转矩观测器构造第二转速信号WrEst2，即负载转矩观测器使用WrEst1作为实际转速，再次构造第二转速信号WrEst2作为负载转矩观测器中转速估算信号；而后，根据第一转速信号WrEst1和第二转速信号WrEst2得到电机的负载转矩TLest。具体地，在根据第一转速信号WrEst1和转速估算信号WrEst2得到电机的负载转矩TLest时，请参考图2，为本实施例电机的负载转矩TLest运算框图，具体地，可以采用如下公式计算得到电机的负载转矩TLest：

WrEst2(k)＝WrEst2(k-1)-Ts/J*TLest(k-1)+Ts/J*Te(k-1)

+Ts*L1*[WrEst1(k-1)-WrEst2(k-1)]

TLest(k)＝TLest(k-1)+Ts*L2[WrEst1(k-1)-WrEst2(k-1)]

其中，k为大于等于2的整数，WrEst2为第二转速信号，WrEst1为第一转速信号，TLest为电机的负载转矩，Te为电机的驱动转矩，Ts为电流环采样周期(即观测器的运算周期)，J为电机转动惯量，L1与L2为观测器状态反馈增益系数。在具体实施例中，可以忽略粘性阻尼系数。

步骤S300，根据驱动转矩Te和负载转矩TLest得到补偿量。在具体实施例中，可以对负载转矩TLest和驱动转矩Te作差得到对电机的负载转矩的补偿量。在可选的实施例中，还可以对补偿量进行滤波处理。

步骤S400，向电机输出用于表征补偿补偿量的补偿信号。在具体实施例中，可以通过例如电流的形式来实现对负载转矩的补偿，具体地，可以获取当前的平均电流，将补偿量与当前的平均电流相乘得到补偿电流，而后将该补偿电流叠加至电机的q轴电流形成q轴的合成电流，从而实现了对电机负载转矩的补偿。

在可选的实施例中，可以分别确定不同转子机械位置对应的补偿量，具体地，在执行步骤S300时，可以包括：获取电机的多个转子机械位置；根据各个转子机械位置对应的驱动转矩Te和负载转矩TLest分别得到与各个转子机械位置对应的补偿量；具体地，可以根据实际需要确定若干个转子机械位置的数量，而后分别得到各个机械位置对应的补偿量，在后续对电机负载转矩补偿时，可以根据电机转子机械位置提取该机械位置对应的补偿量对负载转矩进行补偿。即在向电机输出用于表征补偿补偿量的补偿信号时，可以包括：获取电机的转子机械位置；向电机输出用于表征补偿与转子机械位置对应的补偿量的补偿信号。需要说明的是，电机的转子机械位置可以通过对电机第一转速信号WrEst1进行积分生成。本实施例中，由于压缩机为周期性负载，对多个转子机械位置分别得到对应的补偿量，这些补偿量可以周期性使用，因此，可以在首次开机时生成得到各个位置的补偿量，在后续的补偿过程中，可以直接根据转子机械位置提取对应的补偿量对负载转矩进行补偿。

为了实现对电机加入提前角，在可选的实施例中，该永磁电机转矩补偿方法还包括：

步骤S500，获取用于表征电机转速和负荷的提前角。通常，转速越低，提前角越大，能够实现压缩机更低的运转频率和更好的振动效果。在具体实施过程中，可以根据先验指示来确定提前角的大小。需要说明的是，本实施例中，并不限制步骤S300和步骤S500之间的执行先后顺序。在获取电机的转子机械位置和向电机输出用于表征补偿与转子机械位置对应的补偿量的补偿信号之间，还包括：对电机的转子机械位置和提前角进行叠加得到叠加后的机械位置；而后，向电机输出用于表征补偿与叠加后的机械位置对应的补偿量的补偿信号。即：在获取得到电机的提前角之后，将该获取得到的提前角叠加至电机的转子机械位置，由此得到叠加后的机械位置，而后提取叠加后的机械位置对应的补偿量，将用于表征该补偿量的补偿信号输出给电机，从而，实现对电机的负载转矩补偿。本实施例中，通过对转子机械位置进行提前角的叠加，从而实现了对电机进行负载转矩补偿时，加入了提前角。

需要说明的是，由于电机在低速时，反电势信号估算不准确，估算的转速信号包含较多的杂波信号，在估算负载转矩TLest时容易造成较大的估算误差。为减小估算误差，可以选择在电机达到一定频率时(例如30HZ)再进行负载转矩TLest的估算。

本实施例还公开了一种永磁电机转矩补偿装置，请参考图3，为该永磁电机转矩补偿装置结构示意图，该永磁电机转矩补偿装置包括：第一转矩模块100、第二转矩模块200、补偿量得到模块300和补偿模块400，其中：

第一转矩模块100用于获取电机的驱动转矩Te；第二转矩模块200用于根据所述电机的第一转速信号WrEst1得到电机的负载转矩TLest；补偿量得到模块300用于根据驱动转矩Te和负载转矩TLest得到补偿量；补偿模块400用于向电机输出用于表征补偿补偿量的补偿信号。

在可选的实施例中，第二转矩模块200包括：第一转速单元，用于通过比例-积分控制器对电机的反电动势生成得到第一转速信号WrEst1；第二转速单元，用于将第一转速信号WrEst1作为实际转速信号，通过负载转矩观测器构造第二转速信号WrEst2；转矩得到单元，用于根据第一转速信号WrEst1和第二转速信号WrEst2通过负载转矩观测器得到电机的负载转矩TLest。

在可选的实施例中，转矩得到单元用于采用如下公式得到电机的负载转矩TLest：

WrEst2(k)＝WrEst2(k-1)-Ts/J*TLest(k-1)+Ts/J*Te(k-1)

+Ts*L1*[WrEst1(k-1)-WrEst2(k-1)]

TLest(k)＝TLest(k-1)+Ts*L2[WrEst1(k-1)-WrEst2(k-1)]

其中，k为大于等于2的整数，WrEst2为第二转速信号，WrEst1为第一转速信号，TLest为电机的负载转矩，Te为电机的驱动转矩，Ts为电流环采样周期，J为电机转动惯量，L1与L2为观测器状态反馈增益系数。

在可选的实施例中，补偿量得到模块300包括：第一位置获取单元，用于获取电机的多个转子机械位置；补偿量对应单元，用于根据各个转子机械位置对应的驱动转矩Te和负载转矩TLest分别得到与各个转子机械位置对应的补偿量；补偿模块400包括：第二位置获取单元，用于获取电机的转子机械位置；补偿输出单元，用于向电机输出用于表征补偿与转子机械位置对应的补偿量的补偿信号。

在可选的实施例中，还包括：提前角模块，用于获取用于表征电机转速和负荷的提前角；位置叠加模块，用于对电机的转子机械位置和提前角进行叠加得到叠加后的机械位置；补偿输出单元用于向电机输出用于表征补偿与叠加后的机械位置对应的补偿量的补偿信号。

为便于本领域人员理解，请参考图4，为本实施例永磁电机转矩补偿系统框图，结合图5和图6对该系统工作过程进行说明，需要说明的是，下述描述中，第一条曲线、第二条曲线、第三条曲线和第四条曲线为图5或图6自上而下依次排序的曲线，在其它实施例中，也可以采用其它排序方式，该系统工作过程如下：

通过电机d轴和q轴电流得到电机的驱动转矩Te，其波形如图5中第一条曲线所示；

而后根据电机的第一转速信号WrEst1(其波形如图5中第三条曲线所示)得到电机的负载转矩TLest，具体地，通过负载转矩观测器估算得到电机的负载转矩TLest，其波形如图5中第二条曲线所示；图5中，第四条曲线为电机相电流。

而后，对负载转矩TLest和驱动转矩Te作差并与当前平均电流相乘得到补偿量，请参考图6第二条曲线；

根据负荷及转速得到提前角，并将该提前角叠加到当前的机械位置，从而得到叠加后的补偿量对应的机械位置，从而输出叠加后的机械位置对应的补偿量的补偿信号对转矩进行补偿，在具体实施例中，在加入提前角后，相当于对转矩补偿曲线进行了相应提前角的移动；

在具体补偿时，可以通过电流的形式进行补偿，即在原q轴的电流I_q(图5第一条曲线所示)的基础上叠加补偿量对应的电流，从而在q轴合成电流I_qsum，如图6第一条曲线所示，完成对电机转矩的补偿。

图6中，第三条曲线为补偿后的电机转速，对比图5第三条曲线和图6第三条曲线可知，电机转速更平稳，振动更小；图6中第四条曲线为加入转矩补偿电流后的压缩机电流波形。

本实施例提供的永磁电机转矩补偿方法及装置，由于根据电机的第一转速信号得到电机的负载转矩，而后根据驱动转矩和负载转矩得到补偿量，向电机输出用于表征补偿该补偿量的补偿信号，从而使得对电机负载转矩的补偿能够根据负载转矩和驱动转矩确定，继而实现了对电机负载转矩进行自适应补偿。

在可选的实施例中，通过反电动势观测器对电机的反电动势生成第一转速信号，该第一转速信号作为实际信号，通过负载转矩观测器构造第二转速信号，进而得到电机的负载转矩，从而，能够兼顾负载转矩的动态响应，提高负载转矩信号输出的平稳性和实时性。

在可选的实施例中，通过对电机的转子机械位置和提前角进行叠加得到叠加后的机械位置，而后，向电机输出用于表征补偿叠加后的机械位置对应的补偿量的补偿信号，从而，使得在对电机进行负载转矩补偿时，能够实现提前角的加入。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。