风机的转速控制方法、系统及风机系统与流程

本发明涉及风机技术领域，特别涉及一种风机的转速控制方法、系统及风机系统。

背景技术：

目前，为了响应节能需求，空调风机多采用(表贴磁钢转子结构的)永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)，且常采用i_d＝0的矢量控制方式以进一步提高效率。常规的控制框图如图1所示，控制系统由电流环(也称为内环)和转速环(也称为外环)构成。速度指令值与速度反馈值的差值经过PI调节器后作为q轴电流的指令值；q轴电流指令值与q轴电流反馈值的差值经过PI调节器后作为q轴电压的指令值；d轴电流指令值(通常为零)与d轴电流反馈值的差值经过PI调节器后作为d轴电压的指令值。通过图1可见，转速环与q轴电流环是实行嵌套(或称串级)联结的，在实际的设计中，通常都是首先设计q轴电流环的PI调节器控制参数，然后再设计转速环的PI调节器的控制参数。然而，随着电机工作环境的改变，如环境温度的变化等，会导致电流环的调节性能变差，进而影响到转速环的调节性能变差，严重的情况下，甚至会发生控制环振荡。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种风机的转速控制方法，该方法控制过程简单、高效，且安全性高。

本发明的另一个目的在于提出一种风机的转速控制系统。

本发明的第三个目的在于提出一种风机系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种风机的转速控制方法，包括以下步骤：获取所述风机的转速反馈值及d轴电流反馈值；根据输入的转速指令值与所述转速反馈值的差值，对所述风机的q轴电压进行PI调节，得到q轴电压指令值；根据输入的d轴电流指令值和所述d轴电流反馈值的差值，对所述风机的d轴电压进行PI调节，得到d轴电压指令值；根据所述q轴电压指令值和d轴电压指令值生成风机控制信号；根据所述风机控制信号对所述风机的转速进行控制。

另外，根据本发明上述实施例的风机的转速控制方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，根据所述风机的相电流得到所述d轴电流反馈值。

在一些示例中，对所述风机的相电流进行Clarke变换和Park变换后，得到所述d轴电流反馈值。

在一些示例中，所述风机控制信号为PWM调制信号。

在一些示例中，所述风机为永磁同步电机。

根据本发明实施例的风机的转速控制方法，将转速环的输出作为q轴电压的指令，与传统的控制方法相比，在同样可以实现i_d＝0矢量控制方式的前提下，减少了q轴电流环PI调节器的设计，使得电机控制系统的设计过程更加简洁、高效，同时也消除了因转速环与q轴电流环串级联接带来的潜在的系统振荡风险，提高了系统安全性。

为了实现上述目的，本发明第二方面的实施例提出了一种风机的转速控制系统，包括：获取模块，所述获取模块用于获取所述风机的转速反馈值及d轴电流反馈值；PI调节器，所述PI调节器与所述获取模块相连，以根据输入的转速指令值与所述转速反馈值的差值，对所述风机的q轴电压进行PI调节，得到q轴电压指令值，以及根据输入的d轴电流指令值和所述d轴电流反馈值的差值，对所述风机的d轴电压进行PI调节，得到d轴电压指令值；空间矢量生成模块，所述空间矢量生成模块与所述PI调节器相连，以根据所述q轴电压指令值和d轴电压指令值生成风机控制信号；控制模块，与所述空间矢量生成模块相连，以根据所述风机控制信号对所述风机的转速进行控制。

另外，根据本发明上述实施例的风机的转速控制系统还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述获取模块用于对所述风机的相电流进行Clarke变换和Park变换后，得到所述d轴电流反馈值。

在一些示例中，所述风机控制信号为PWM调制信号。

在一些示例中，所述风机为永磁同步电机。

根据本发明实施例的风机的转速控制系统，将转速环的输出作为q轴电压的指令，与传统的控制系统相比，在同样可以实现i_d＝0矢量控制方式的前提下，减少了q轴电流环PI调节器的设计，使得电机控制系统的设计过程更加简洁、高效，同时也消除了因转速环与q轴电流环串级联接带来的潜在的系统振荡风险，提高了系统安全性。

为了实现上述目的，本发明第三方面的实施例提出了一种风机系统，包括：风机；以及本发明上述第二方面实施例所述的风机的转速控制系统。

根据本发明实施例的风机系统，将转速环的输出作为q轴电压的指令，与传统的控制系统相比，在同样可以实现i_d＝0矢量控制方式的前提下，减少了q轴电流环PI调节器的设计，使得电机控制系统的设计过程更加简洁、高效，同时也消除了因转速环与q轴电流环串级联接带来的潜在的系统振荡风险，提高了系统安全性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是传统的风机矢量控制框图；

图2是根据本发明实施例的风机的转速控制方法的流程图；

图3是根据本发明一个实施例的风机矢量控制框图；以及

图4是根据本发明实施例的风机的转速控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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”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，可以是两个元件内部的连通。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。

以下结合附图描述根据本发明实施例的风机的转速控制方法、系统及风机系统。

图2是根据本发明一个实施例的风机的控制方法的流程图。图3是根据本发明一个实施例的风机矢量控制框图。如图2所示，并结合图3，该方法包括以下步骤：

步骤S1：获取风机的转速反馈值w及d轴电流反馈值I_d。

其中，风机例如为永磁同步电机。

具体地，在步骤S1中，根据风机的相电流得到d轴电流反馈值I_d。更为具体地，通过对风机的相电流进行Clarke变换和Park变换后，得到d轴电流反馈值I_d。结合图3所示，也就是说，根据Clarke变换，将风机的相电流I_u、I_v和I_w变换为I_α和I_β，其中，I_α和I_β为相电流I_u、I_v和I_w在α、β轴上的投影。进一步地，根据Park变换，将I_α、I_β等效到d，q轴上，也即将I_α、I_β变换为I_d和I_q。

步骤S2：根据输入的转速指令值w_{_ref}与转速反馈值w的差值，对风机的q轴电压进行PI调节，得到q轴电压指令值U_q。

步骤S3：根据输入的d轴电流指令值I_{_dref}和d轴电流反馈值I_d的差值，对风机的d轴电压进行PI调节，得到d轴电压指令值U_d。其中，I_{_dref}通常为0。

步骤S4：根据q轴电压指令值U_q和d轴电压指令值U_d生成风机控制信号。其中，风机控制信号例如为PWM调制信号。

具体地说，例如，将得到的q轴电压指令U_q和d轴电压指令值U_d输入给空间矢量生成模块，空间矢量生成模块据此计算得到相应的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)调制信号。

步骤S5：根据风机控制信号对风机的转速进行控制。换言之，即根据得到的PWM调制信号驱动逆变器工作，进而控制电机旋转，实现对风机的转速进行相应控制。

综上，本发明实施例的控制方法的主要控制原理可概述为：该控制方法由转速、电流双闭环构成。转速指令值与转速反馈值的差值经过PI调节器调节，其输出作为q轴电压指令U_q输入给空间矢量生成模块；d轴电流指令值(通常为零)与d轴电流反馈值的差值经PI调机器调节后，其输出作为d轴电压指令值U_d输入给空间矢量生成模块；空间矢量生成模块计算出PWM调制信号，驱动逆变器工作，控制电机旋转，进而实现转速的控制。因此，该方法取消了q轴电流环PI调节器的设计，使得控制系统的设计过程更加简单，同时也消除了传统的矢量控制调速系统中因转速环与q轴电流环串级联接带来的潜在的系统振荡风险。

根据本发明实施例的风机的转速控制方法，将转速环的输出作为q轴电压的指令，与传统的控制方法相比，在同样可以实现i_d＝0矢量控制方式的前提下，减少了q轴电流环PI调节器的设计，使得电机控制系统的设计过程更加简洁、高效，同时也消除了因转速环与q轴电流环串级联接带来的潜在的系统振荡风险，提高了系统安全性。

本发明的进一步实施例还提出了一种风机的转速控制系统。

图4是根据本发明一个实施例的风机的转速控制系统的结构框图。如图4所示，该系统100包括：获取模块110、PI调节器120、空间矢量生成模块130和控制模块140。

其中，获取模块110用于获取风机的转速反馈值w及d轴电流反馈值I_d。

其中，风机例如为永磁同步电机。

具体地，获取模块110用于根据风机的相电流得到d轴电流反馈值I_d。更为具体地，获取模块110对风机的相电流进行Clarke变换和Park变换后，得到d轴电流反馈值I_d。也就是说，根据Clarke变换，将风机的相电流I_u、I_v和I_w变换为I_α和I_β，其中，I_α和I_β为相电流I_u、I_v和I_w在α、β轴上的投影。进一步地，根据Park变换，将I_α、I_β等效到d，q轴上，也即将I_α、I_β变换为I_d和I_q。

PI调节器120与获取模块110相连，以根据输入的转速指令值w_{_ref}与转速反馈值w的差值，对风机的q轴电压进行PI调节，得到q轴电压指令值U_q，以及根据输入的d轴电流指令值I_{_dref}和d轴电流反馈值I_d的差值，对风机的d轴电压进行PI调节，得到d轴电压指令值U_d。其中，I_{_dref}通常为0。

空间矢量生成模块130与PI调节器120相连，以根据q轴电压指令值U_q和d轴电压指令值U_d生成风机控制信号。其中，风机控制信号例如为PWM调制信号。

控制模块140与空间矢量生成模块130相连，以根据风机控制信号对风机的转速进行控制。换言之，即控制模块140根据得到的PWM调制信号驱动逆变器工作，进而控制电机旋转，实现对风机的转速进行相应控制。

综上，本发明实施例的控制系统的主要控制原理可概述为：该控制系统由转速、电流双闭环构成。转速指令值与转速反馈值的差值经过PI调节器调节，其输出作为q轴电压指令U_q输入给空间矢量生成模块；d轴电流指令值(通常为零)与d轴电流反馈值的差值经PI调机器调节后，其输出作为d轴电压指令值U_d输入给空间矢量生成模块；空间矢量生成模块计算出PWM调制信号，驱动逆变器工作，控制电机旋转，进而实现转速的控制。因此，该系统取消了q轴电流环PI调节器的设计，使得控制系统的设计过程更加简单，同时也消除了传统的矢量控制调速系统中因转速环与q轴电流环串级联接带来的潜在的系统振荡风险。

需要说明的是，本发明实施例的风机的转速控制系统的具体实现方式与本发明实施例的风机的转速控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。

综上，根据本发明实施例的风机的转速控制系统，将转速环的输出作为q轴电压的指令，与传统的控制系统相比，在同样可以实现i_d＝0矢量控制方式的前提下，减少了q轴电流环PI调节器的设计，使得电机控制系统的设计过程更加简洁、高效，同时也消除了因转速环与q轴电流环串级联接带来的潜在的系统振荡风险，提高了系统安全性。

本发明的进一步实施例提出了一种风机系统。该风机系统包括风机和风机的转速控制系统。该风机的转速控制系统例如为本发明上述任意一个实施例所描述的风机的控制系统。

综上，根据本发明实施例的风机系统，将转速环的输出作为q轴电压的指令，与传统的控制系统相比，在同样可以实现i_d＝0矢量控制方式的前提下，减少了q轴电流环PI调节器的设计，使得电机控制系统的设计过程更加简洁、高效，同时也消除了因转速环与q轴电流环串级联接带来的潜在的系统振荡风险，提高了系统安全性。

另外，根据本发明实施例的风机系统的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。