一种压缩机控制方法及装置与流程

本发明涉及压缩机控制领域，特别是涉及一种压缩机控制方法及装置。

背景技术：

压缩机凸极电机的输出转矩公式为：

Te＝1.5P(Ψm*Iq+(Ld-Lq)*Id*Iq)(1)

其中：P为电机极数、Ψm为永磁体的磁链、Id、Iq为直轴电流和交轴电流以及Ld、Lq为直轴电感和交轴电感。由公式(1)可以看出，电机力矩由两部分组成，1.5P*Ψm*Iq是励磁转矩，1.5P*(Ld-Lq)*Id*Iq是磁阻转矩。当注入负向的Id时，可以使输出转矩增大，如图1所示。

用定子电流的幅值Im和该电流超前Id的相位角β来表示公式(1)，Id＝Im*cosβ(2)，Iq＝Im*sinβ(3)，得到公式如下：

Te＝1.5P(Ψm*Im*sinβ+(Ld-Lq)*Im*cosβ*Im*sinβ)＝1.5P(Ψm*Im*sinβ+(Ld-Lq)*Im²*sin2β/2)(4)

将上述公式(4)进行微分，得

Teˊ＝1.5P(Ψm*Im*cosβ+(Ld-Lq)*Im²*cos2β)(5)

当Teˊ＝0时，Te在0-180区间有最大值，可以得到：

Ψm*cosβ+(Ld-Lq)*Im*cos2β＝0(6)

求解上述方程，可得：

公式(7)中的β,即为最优转矩角。

将公式(7)代入公式(2)，有将Im＝Iq/sinβ(9)代入(8),有

通过公式(10)，直接计算Id值，从而实现MTPA(maximum torque per ampere,MTPA，最大转矩电流比)的算法控制。显而易见，Ψm、Ld、Lq为压缩电机的固有参数，Iq为算法中的控制量。该种实现方式由于依赖于压缩机的参数，在实际空调系统中，不同电流情况下Ld和Lq都是变化的，因此，这种方法控制精度较低；在压缩的驱动算法中，压缩机转子的位置估算是基于反电动势的PLL(Phase Locked Loop，为锁相回路或锁相环算法)实现。在该算法中，由于高通滤波器的使用，使得Id基准角度跟实际的转子角度会存在一定的误差，尤其是在压缩机中低频运行时，Id角度估算误差相对较大，这就使得基于转子位置估算的变量都存在一定的误差，这也使得MTPA算法精度降低，影响整机的效率。

技术实现要素：

本发明提供一种压缩机控制方法及装置，用以解决目前压缩机控制算法精度较低的问题。

根据本发明的第一个方面，提供了一种压缩机控制方法，包括：确定压缩机以第一预设频率运行时使压缩机输入功率最小的第一最优转矩角；确定压缩机以第二预设频率运行时使压缩机输入功率最小的第二最优转矩角；根据压缩机实际运行频率与第一预设频率和/或第二预设频率的大小关系确定压缩机实际运行频率对应的第三最优转矩角；使用第三最优转矩角对压缩机进行矢量旋转控制。

其中，第一预设频率属于压缩机运行的低频段，第二预设频率属于压缩机运行的高频段。

其中，根据压缩机实际运行频率与第一预设频率和/或第二预设频率的大小关系确定压缩机实际运行频率对应的第三最优转矩角，包括：根据第一预设频率与第一最优转矩角的对应关系，和/或，第二预设频率与第二最优转矩角的对应关系，生成最优转矩角控制曲线；根据压缩机的实际运行频率值基于控制曲线得到与该实际运行频率值对应的最优转矩角的角度值。

其中，控制曲线包括：低频段、中频段以及高频段；低频段对应的转矩角的角度值为第一最优转矩角的角度值、高频段对应的转矩角的角度值为第二最优转矩角的角度值，中频段对应的转矩角的角度值与频率线性相关。

其中，根据压缩机实际运行频率与第一预设频率和/或第二预设频率的大小关系确定压缩机实际运行频率对应的第三最优转矩角，包括：如果压缩机的实际运行频率小于第一预设频率，则确定第三最优转矩角的角度值等于第一最优转矩角的角度值；如果压缩机的实际运行频率大于第二预设频率，则确定第三最优转矩角的角度值等于第二最优转矩角的角度值；如果压缩机的实际运行频率大于第一预设频率且小于第二预设频率，则根据第一预设频率、第二预设频率、第一最优转矩角以及第二最优转矩角按照如下公式计算得到第三最优转矩角：β＝k*Fre+b，其中，k＝(β₂-β₁)/(F₂-F₁)，b＝(β₁*F₂-β₂*F₁)/(F₂-F₁)，β为第三最优转矩角，Fre为压缩机实际运行频率，β₁为第一最优转矩角，β₂为第二最优转矩角，F₁为第一预设频率以及F₂为第二预设频率。

根据本发明的第二个方面，提供了一种压缩机控制装置，包括：第一确定模块，用于确定压缩机以第一预设频率运行时使压缩机输入功率最小的第一最优转矩角；第二确定模块，用于确定压缩机以第二预设频率运行时使压缩机输入功率最小的第二最优转矩角；第三确定模块，用于根据压缩机实际运行频率与第一预设频率和/或第二预设频率的大小关系确定压缩机实际运行频率对应的第三最优转矩角；控制模块，用于使用第三最优转矩角对压缩机进行矢量旋转控制。

其中，第一预设频率属于压缩机运行的低频段，第二预设频率属于压缩机运行的高频段。

其中，上述第三确定模块，包括：生成单元，用于根据第一预设频率与第一最优转矩角的对应关系，和/或，第二预设频率与第二最优转矩角的对应关系，生成最优转矩角控制曲线；第一确定单元，用于根据压缩机的实际运行频率值基于控制曲线得到与该实际运行频率值对应的最优转矩角的角度值。

其中，控制曲线包括：低频段、中频段以及高频段；低频段对应的转矩角的角度值为第一最优转矩角的角度值、高频段对应的转矩角的角度值为第二最优转矩角的角度值，中频段对应的转矩角的角度值与频率线性相关。

其中，第三确定模块，包括：第二确定单元，用于如果压缩机的实际运行频率小于第一预设频率，则确定第三最优转矩角的角度值等于第一最优转矩角的角度值；第三确定单元，用于如果压缩机的实际运行频率大于第二预设频率，则确定第三最优转矩角的角度值等于第二最优转矩角的角度值；计算单元，用于如果压缩机的实际运行频率大于第一预设频率且小于第二预设频率，则根据第一预设频率、第二预设频率、第一最优转矩角以及第二最优转矩角按照如下公式计算得到第三最优转矩角：β＝k*Fre+b，其中，k＝(β₂-β₁)/(F₂-F₁)，b＝(β₁*F₂-β₂*F₁)/(F₂-F₁)，β为第三最优转矩角，Fre为压缩机实际运行频率，β₁为第一最优转矩角，β₂为第二最优转矩角，F₁为第一预设频率以及F₂为第二预设频率。本发明实施例提供的方案根据压缩机实际运行的频率确定最优转矩角，最大化提高了MTPA算法中直轴电流超前角的精度，进而实现了MTPA的高精度控制。

附图说明

图1是相关技术中压缩机定子电流的幅值与直轴电流以及交轴电流的关系示意图；

图2是本发明第一实施例中提供的压缩机控制方法的流程图；

图3是本发明第一实施例中提供的最优转矩角的控制曲线的示意图；

图4是本发明第一实施例中压缩机矢量旋转控制算法示意图；

图5是本发明第三实施例提供的压缩机控制方法的应用流程示意图；

图6是本发明第四实施例提供的压缩机控制装置的结构框图。

具体实施方式

为了解决现有技术中目前压缩机控制算法精度较低的问题，本发明提供了一种压缩机控制方法及装置，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

第一实施例

本实施例提供了一种压缩机控制方法，图2是该方法的流程图，如图2所示，该方法包括如下处理：

步骤201：确定压缩机以第一预设频率运行时使压缩机输入功率最小的第一最优转矩角；

低频点Id(直轴电流)超前角β₁(即上述第一最优转矩角)的测定方法具体可以包括：在压缩机运行的低频段选取一个频率点F₁，例如30Hz，在该频率点调整超前角β₁的值，找出在相同试验工况下输入功率最小时对应的角度值，并将该角度值确定为低频点的最优转矩角β₁，即第一最优转矩角。

该第一预设频率属于压缩机运行的低频段，该频率值可以是一个经验值，在本实施例中，压缩机运行的低频段具体可以是10赫兹至40赫兹。

步骤202：确定压缩机以第二预设频率运行时使压缩机输入功率最小的第二最优转矩角；

高频Id超前角β₂的测定方法具体可以包括：在压缩机运行的高频段选取一个频率点F₂，例如80Hz，在该频率点调整偿角β₂的值，找出在相同试验工况下输入功率最小时对应的角度值，并将该角度值确定为高频点的最优转矩角β₂，即第二最优转矩角。

其中，该第二预设频率属于压缩机运行的高频段，可以是一个经验值，压缩机运行的高频段具体可以是70赫兹至120赫兹。

步骤203：根据压缩机实际运行频率与第一预设频率和/或第二预设频率的大小关系确定压缩机实际运行频率对应的第三最优转矩角；

其中，根据压缩机实际运行频率与第一预设频率和/或第二预设频率的大小关系确定压缩机实际运行频率对应的第三最优转矩角，具体可以包括：

根据第一预设频率与第一最优转矩角的对应关系，和/或第二预设频率与第二最优转矩角的对应关系，生成最优转矩角控制曲线；

根据压缩机的实际运行频率值基于控制曲线得到与该实际运行频率值对应的最优转矩角的角度值。

如图3所示，该控制曲线具体可以包括：低频段、中频段(压缩机中频段具体可以是40赫兹至70赫兹)以及高频段，其中，0～F₁为低频段，F₁～F₂为中频段，F₂之后为高频段，低频段(小于F₁的频率)对应的转矩角的角度值为第一最优转矩角的角度值β₁、高频段(大于F₂的频率)对应的转矩角的角度值为第二最优转矩角的角度值β₂，中频段(大于F₁且小于的F₂频率)对应的转矩角的角度值与频率线性相关。

步骤204：使用第三最优转矩角对压缩机进行矢量旋转控制。

如图4所示，将第三最优转矩角作为输入量应用于压缩机的矢量旋转控制过程中，输出直轴电流到直轴解耦器(Id Decoupler)以及交轴电流参考(Iq Ref)，以完成MTPA的算法控制。

需要说明的是，本实施例中的压缩机可以是应用于空调中的压缩机，更进一步的可以是应用于带凸极比的永磁同步压缩机的驱动效率优算法MTPA，即本实施例中的压缩机可以是带凸极比的压缩机。

本实施例提供的控制方法基于压缩机实际运行的频率得出最优转矩角，最大化的提高了MTPA算法中Id超前角的精度，实现了MTPA的高精度控制，提高了压缩机的效率，达到高效节能的效果，同时，该方法测试点少，实现简单，可以明显的缩短压缩机的调试时间。

第二实施例

本实施例提供了一种压缩机控制方法，该方法与上述第一实施例提供的方法大致相同，其区别在于，本实施例采用如下方式实现根据压缩机实际运行频率与第一频率和/或第二频率的大小关系确定压缩机实际运行频率对应的第三最优转矩角的操作：

如果压缩机的实际运行频率小于第一预设频率，则确定第三最优转矩角的角度值等于第一最优转矩角的角度值；

如果压缩机的实际运行频率大于第二预设频率，则确定第三最优转矩角的角度值等于第二最优转矩角的角度值；

如果压缩机的实际运行频率大于第一预设频率且小于第二预设频率，则根据第一预设频率、第二预设频率、第一最优转矩角以及第二最优转矩角按照如下公式计算得到第三最优转矩角：

β＝k*Fre+b，其中，k＝(β₂-β₁)/(F₂-F₁)，b＝(β₁*F₂-β₂*F₁)/(F₂-F₁)，β为第三最优转矩角，Fre为压缩机实际运行频率，β₁为第一最优转矩角，β₂为第二最优转矩角，F₁为第一预设频率以及F₂为第二预设频率。

第三实施例

本实施例主要对压缩机控制方法的应用流程进行说明，图5是本实施例提供的压缩机控制方法的流程图，如图5所示，该流程包括如下处理：

步骤501：确定低频段对应的第一最优转矩角；

步骤502：确定高频段对应的第二最优转矩角；

步骤503：拟定最优转矩角控制曲线，β＝k*Fre+b；

步骤504：根据最优转矩角控制曲线得到压缩机实际运行的最优转矩角，将该转矩角应用与矢量旋转，生成后续的电流环参考。

第四实施例

本实施例提供了一种压缩机控制装置，图6是该装置的结构框图，如图6所示，该装置60包括如下组成部分：

第一确定模块61，用于确定压缩机以第一预设频率运行时使压缩机输入功率最小的第一最优转矩角；

第二确定模块62，用于确定压缩机以第二预设频率运行时使压缩机输入功率最小的第二最优转矩角；

第三确定模块63，用于根据压缩机实际运行频率与第一预设频率和/或第二预设频率的大小关系确定压缩机实际运行频率对应的第三最优转矩角；

控制模块64，用于使用第三最优转矩角对压缩机进行矢量旋转控制。

其中，第一预设频率属于压缩机运行的低频段，第二预设频率属于压缩机运行的高频段。

其中，上述第三确定模块63，具体可以包括：生成单元，用于根据第一预设频率与第一最优转矩角的对应关系，和/或第二预设频率与第二最优转矩角的对应关系，生成最优转矩角控制曲线；第一确定单元，用于根据压缩机的实际运行频率值基于控制曲线得到与该实际运行频率值对应的最优转矩角的角度值。

其中，控制曲线包括：低频段、中频段以及高频段；低频段对应的转矩角的角度值为第一最优转矩角的角度值、高频段对应的转矩角的角度值为第二最优转矩角的角度值，中频段对应的转矩角的角度值与频率线性相关。

其中，上述第三确定模块63，具体可以包括：第二确定单元，用于如果压缩机的实际运行频率小于第一预设频率，则确定第三最优转矩角的角度值等于第一最优转矩角的角度值；第三确定单元，用于如果压缩机的实际运行频率大于第二预设频率，则确定第三最优转矩角的角度值等于第二最优转矩角的角度值；计算单元，用于如果压缩机的实际运行频率大于第一预设频率且小于第二预设频率，则根据第一预设频率、第二预设频率、第一最优转矩角以及第二最优转矩角按照如下公式计算得到第三最优转矩角：β＝k*Fre+b，其中，k＝(β₂-β₁)/(F₂-F₁)，b＝(β₁*F₂-β₂*F₁)/(F₂-F₁)，β为第三最优转矩角，Fre为压缩机实际运行频率，β₁为第一最优转矩角，β₂为第二最优转矩角，F₁为第一预设频率以及F₂为第二预设频率。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。