压缩机高频谐波转矩补偿方法、压缩机控制器及空调器与流程

本发明涉及制冷技术领域，特别涉及一种压缩机高频谐波转矩补偿方法、压缩机控制器及空调器。

背景技术：

压缩机内的永磁同步电机一般会跟踪加载到电机轴上的所有负载转矩，然后输出与负载转矩对应的电磁转矩。但是，当负载转矩内高频谐波分量较大时，由于现有永磁同步电机中控制系统对带宽的限制，使得电机的输出的电磁转矩无法很好的跟踪负载转矩，这样将导致电磁转矩与负载转矩的高频谐波分量差值产生周期性脉动力矩，从而激发振动，最终威胁到空调系统的管路安全，并产生噪音。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种压缩机高频谐波转矩补偿方法、压缩机控制器及空调器，旨在解决电机输出的电磁转矩与负载转矩的高频谐波分量差值产生周期性脉动力矩激发振动，从而产生的噪音的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种压缩机高频谐波转矩补偿方法，包括以下步骤：

s1、获取压缩机运行时的振动幅值；

s2、在压缩机的振动幅值大于第一预设振动值时，获取压缩机在当前运行工况下的负载转矩谐波及输出电磁转矩谐波，并根据所述负载转矩谐波和所述输出电磁转矩谐波确定谐波补偿阶次；

s3、确定与所述谐波补偿阶次对应的谐波频率，并根据所述谐波频率将对应频率的正弦电磁转矩叠加至所述输出电磁转矩中，并以多次迭代法调整所述正弦电磁转矩对应的谐波相位；

s4、在确定叠加所述正弦电磁转矩的输出电磁转矩对应的谐波幅值达到最大值时，记录当前所述正弦电磁转矩对应的谐波相位为最优补偿相位，并根据所述最优补偿相位，对压缩机的高频谐波转矩进行补偿。

优选地，所述以多次迭代法调整所述正弦电磁转矩谐波的相位的具体步骤包括：

s31、将所述正弦电磁转矩对应的谐波相位转换为qn格式数据，所述qn格式数据为0～(2ⁿ-1)；

s32、以第一预设增量从0至4095调整所述正弦电磁转矩对应的谐波相位，直至当前叠加所述正弦电磁转矩的输出电磁转矩对应的谐波幅值达到最大值，记录当前所述正弦电磁转矩谐波相位对应的数据值，并记为l1；

s33、以第二预设增量从-a+l1至l1+a调整所述正弦电磁转矩谐波相位对应的数据值，直至当前叠加后所述正弦电磁转矩与所述输出电磁转矩幅值达到最大点，记录当前所述正弦电磁转矩谐波相位对应的数据值，并记为l2，(-a，a)为预设的数据值调节取值范围；

s34、以第三预设增量从-b+l2至l2+b调整所述正弦电磁转矩谐波相位对应的数据值，直至当前叠加后所述正弦电磁转矩与所述输出电磁转矩幅值达到最大点，记录当前所述正弦电磁转矩谐波相位对应的数据值，并记为l3，将所述l3对应的所述正弦电磁转矩的相位为最优补偿相位；(-b，b)为预设的数据值调节取值范围，所述a>所述b，所述第一预设增量>所述第二预设增量>所述第三预设增量。

优选地，n为12。

优选地，所述压缩机高频谐波转矩补偿方法还包括：

s35、在压缩机的振动幅值小于第二预设振动值时，记录当前叠加的所述正弦电磁转矩对应的谐波相位，所述第二预设振动值小于所述第一预设振动值；

s36、将记录的当前叠加的所述正弦电磁转矩对应的谐波相位与所述最优补偿相位进行差值计算，并在所述差值结果大于预设相位差值时，根据所述差值结果对所述正弦电磁转矩谐波相位进行移相处理。

优选地，获取压缩机在当前运行工况下的输出电磁转矩谐波，具体包括：

s21、获取压缩机的当前电机输出电磁转矩，并对所述压缩机的电机输出电磁转矩进行谐波分析以获取对应的所述输出电磁转矩谐波。

优选地，所述获取压缩机在当前运行工况下的负载转矩谐波包括：

s22、获取所述压缩机的吸气压力和/或排气压力，并根据压缩机的吸气压力和/或排气压力获取压缩机的负载转矩，对所述负载转矩进行谐波分析以获取对应的压缩机的负载转矩谐波。

本发明还提出一种压缩机控制器，所述压缩机控制器包括智能功率模块、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的压缩机高频谐波转矩补偿的软件程序和/或模块，其中，所述压缩机高频谐波转矩补偿的软件程序和/或模块被所述处理器执行时实现如上所述的压缩机高频谐波转矩补偿方法的步骤。

本发明还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的压缩机控制器。

本发明压缩机高频谐波转矩补偿方法，获取到的压缩机运行时的振动幅值大于第一预设振动值时，获取压缩机在当前运行工况下的负载转矩谐波及输出电磁转矩谐波，并根据所述负载转矩谐波和所述输出电磁转矩谐波确定谐波补偿阶次，再确定与所述谐波补偿阶次对应的谐波频率，并根据所述谐波频率将对应频率的正弦电磁转矩叠加至所述输出电磁转矩中，并以多次迭代法调整所述正弦电磁转矩对应的谐波相位直至叠加所述正弦电磁转矩的输出电磁转矩对应的谐波幅值达到最大值时，记录当前所述正弦电磁转矩的相位为最优补偿相位，并根据所述最优补偿相位，对压缩机的高频谐波转矩进行补偿。本发明实现了电机的输出的电磁转矩很好的跟踪负载转矩，解决了电机输出的电磁转矩与负载转矩的高频谐波分量差值产生周期性脉动力矩激发振动，从而产生的噪音的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为压缩机中负载转矩频谱图；

图2为压缩机中电机输出的电磁转矩频谱图；

图3为本发明压缩机高频谐波转矩补偿方法一实施例的流程示意图；

图4为图3中所述以多次迭代法调整所述正弦电磁转矩谐波的相位步骤的细化流程示意图；

图5为本发明压缩机控制器的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出的一种压缩机高频谐波转矩补偿方法。

压缩机中的电机一般采用永磁同步电机来带动电机轴上的负载转动，因此永磁同步电机输出电磁转矩需要很好的跟踪负载转矩。负载转矩内高频谐波分量较大时，由于现有永磁同步电机中控制系统对带宽的限制，使得电机的输出的电磁转矩无法很好的跟踪负载转矩，压缩机负载周期性波动，存在大量谐波转矩，而压缩机永磁同步电机一般采用外部速度环内部电流环矢量控制结构，电流环带宽固定，因此现有的控制系统无法实现高频谐波转矩控制来减小压缩机振动。具体地，参照图1及图2，图1为压缩机负载转矩频谱，图2为永磁同步电机输出的电磁转矩频谱，由图1及图2可知，知在高频段3次谐波时，电机输出的电磁转矩无法跟踪负载转矩，为了解决上述问题，本发明提出一种压缩机高频谐波转矩补偿方法，并以永磁同步电机的压缩机为例进行说明，通过对永磁同步电机输出的电磁转矩进行控制，以补偿负载的高频谐波转矩。

参照图3，在本发明一实施例中，该压缩机高频谐波转矩补偿方法包括以下步骤：

步骤s1、获取压缩机运行时的振动幅值。

压缩机运行时的振动幅值可以通过振动测试系统中的振动传感器来实时检测压缩机的振动参数，例如振动速度、振动位移等，并将检测振动参数的力信号转换为电信号后输出至振动测试系统中的振动分析仪器，经振动分析仪器分析处理后得到压缩机振动信号的幅值。当然在其他实施例中，还可以通过其他的元器件，采用其他的方式获得压缩机运行时的振动幅值，在此不做限制。

可以理解的是，为了避免振动测试系统中的振动分析仪始终对振动传感器检测的压缩机振动参数进行分析，可以控制振动测试系统以预设周期去获取振动幅值，例如可以设置每60秒获取一次压缩机的振动幅值，以及时调整更新正弦电磁转矩的最优补偿相位。

步骤s2、在压缩机的振动幅值大于第一预设振动值时，获取压缩机在当前运行工况下的负载转矩谐波及输出电磁转矩谐波，并根据所述负载转矩谐波和所述输出电磁转矩谐波确定谐波补偿阶次。

第一预设振动值的取值可根据压缩机的工况对应设置。当缩机的振动幅值大于第一预设振动值时，则确定此时电机的输出电磁转矩已无法很好的跟踪负载转矩，压缩机负载周期性波动导致压缩机压缩机振动幅值过大。本实施例中，可以分别通过电流采样装置，例如霍尔传感器，并通过矢量控制技术(field-orientedcontrol，foc)，根据获取到的电流，按照永磁同步电机d轴和q轴电压方程式，得到电压后获得当前负载转矩谐波及输出电磁转矩谐波，从而对当前负载转矩谐波及输出电磁转矩谐波进行分析，并确定对负载转矩谐波所需要的补偿阶次。需要补偿的负载转矩谐波补偿阶次可以为一个也可以为多个，具体根据电流环的带宽获取基准频率，并将负载转矩谐波频率与基准频率进行分析比较，若负载转矩谐波大于基准频率，也即属于负载转矩的高频谐波，则说明需要对该阶次的负载转矩谐波进行补偿。

步骤s3、确定与所述谐波补偿阶次对应的谐波频率，并根据所述谐波频率将对应频率的正弦电磁转矩叠加至所述输出电磁转矩中，并以多次迭代法调整所述正弦电磁转矩对应的谐波相位。

在确定负载转矩谐波所需要的补偿阶次后，即可以根据压缩机当前工况下的电机运行参数确定需要补偿的谐波频率。例如在控制系统采用电流环带宽为1200rad/s的外环电流环和转速环带宽1200rad/s的内环转速环矢量控制结构中，当压缩机运行在90hz制热工况下时，电机机械频率为90hz，负载转矩和电磁转矩的基波频率均为90hz，电流环带宽为1200rad/s对应的基准频率为191hz，三次谐波的转矩频率为270hz，此时三次谐波的转矩频率大于基准频率，电流环无法跟踪控制三次谐波转矩，因而需要对三次谐波的负载转矩谐波补偿频率为270hz的正弦电磁转矩，也即在控制系统中注入270hz的正弦电磁转矩。

正弦电磁转矩谐波的频率固定，具体可根据压缩机当前工况查表获得，此外，在将正弦电磁转矩注入至控制系统，当注入的正弦电磁转矩谐波相位和控制系统已经输出部分的电磁转矩谐波，两列谐波相位相同时，叠加了正弦电磁转矩后的输出电磁转矩的幅值将达到最大值，此时压缩机的振动幅值将达到最小，也即可以确定负载转矩高频谐波的最优补偿。因此，根据这一原理，通过调整注入的正弦电磁转矩谐波的相位，以使叠加了正弦电磁转矩后的输出电磁转矩的幅值达到最大值。

为了提高对负载的高频谐波转矩补偿精度，本实施例采用数学计算中逐次逼近理论，通过多次迭代的方法对正弦电磁转矩谐波的相位进行调整，逐步获得叠加所述正弦电磁转矩的输出电磁转矩的最大幅值。

步骤s4、在确定叠加所述正弦电磁转矩的输出电磁转矩对应的谐波幅值达到最大值时，记录当前所述正弦电磁转矩对应的谐波相位为最优补偿相位，并根据所述最优补偿相位，对压缩机的高频谐波转矩进行补偿。

在最终获得叠加所述正弦电磁转矩的输出电磁转矩的最大幅值点时，即可确定正弦电磁转矩的相位为最优补偿相位，并将最优补偿相位对应的正弦电磁转矩注入控制系统中。

本发明压缩机高频谐波转矩补偿方法，获取到的压缩机运行时的振动幅值大于第一预设振动值时，获取压缩机在当前运行工况下的负载转矩谐波及输出电磁转矩谐波，并根据所述负载转矩谐波和所述输出电磁转矩谐波确定谐波补偿阶次，再确定与所述谐波补偿阶次对应的谐波频率，并根据所述谐波频率将对应频率的正弦电磁转矩叠加至所述输出电磁转矩中，并以多次迭代法调整所述正弦电磁转矩对应的谐波相位直至叠加所述正弦电磁转矩的输出电磁转矩对应的谐波幅值达到最大值时，记录当前所述正弦电磁转矩的相位为最优补偿相位，并根据所述最优补偿相位，对压缩机的高频谐波转矩进行补偿。本发明实现了电机的输出的电磁转矩很好的跟踪负载转矩，解决了电机输出的电磁转矩与负载转矩的高频谐波分量差值产生周期性脉动力矩激发振动，从而产生的噪音的问题。

参照图4，进一步地，上述实施例中，多次迭代可以是三次，也可以是三次以上，本实施例以三次为例进行说明。本实施例中，以三次迭代法调整所述正弦电磁转矩谐波的相位的具体步骤包括：

步骤s31、将所述正弦电磁转矩的相位转换为qn格式数据，所述qn格式数据为0～(2ⁿ-1)；

本实施例中，可以采用q12格式，也即此时n取值为12，q12的分辨率为1/2¹²＝0.00024414，在满足调节精度的要求，同时还能满足调节范围的要求。当然在其他实施例中，还可以采用其他q格式来实现。

步骤s32、以第一预设增量从0至4095调整所述正弦电磁转矩对应的谐波相位，直至当前叠加所述正弦电磁转矩的输出电磁转矩对应的谐波幅值达到最大值，记录当前的所述正弦电磁转矩谐波相位对应的数据值，并记为l1；

在第一次迭代时，第一预设增量可以设置为500，以500为增量依次递增，例如，在数据值l1为3500时，当前叠加所述正弦电磁转矩的输出电磁转矩对应的谐波幅值达到最大值，则确定该数据值对应的叠加的正弦电磁转矩谐波的相位与已经输出部分的电磁转矩谐波的相位相同。

步骤s33、以第二预设增量从-a+l1至l1+a调整所述正弦电磁转矩谐波相位对应的数据值，直至当前叠加后所述正弦电磁转矩与所述输出电磁转矩幅值达到最大点，记录当前所述正弦电磁转矩谐波相位对应的数据值，并记为l2，(-a，a)为预设的数据值调节取值范围；

在第二次迭代时，第二预设增量可以设置为100，a的值可以设置为300，在数据值l1为3500的基础上，在对数据值3200～3800范围内对应的正弦电磁转矩谐波相位进行调整，例如，在数据值l2为3700时，当前叠加所述正弦电磁转矩的输出电磁转矩对应的谐波幅值达到最大值，则确定该数据值对应的叠加的正弦电磁转矩谐波的相位与已经输出部分的电磁转矩谐波的相位相同。

步骤s34、以第三预设增量从-b+l2至l2+b调整所述正弦电磁转矩谐波相位对应的数据值，直至当前叠加后所述正弦电磁转矩与所述输出电磁转矩幅值达到最大点，记录当前所述正弦电磁转矩谐波相位对应的数据值，并记为l3，将所述l3对应的所述正弦电磁转矩的相位为最优补偿相位；所述b为预设的(-b，b)为预设的数据值调节取值范围，所述a>所述b，所述第一预设增量>所述第二预设增量>所述第三预设增量。

在第三次迭代时，第三预设增量可以设置为50，a的值可以设置为10，在数据值l2为3700的基础上，在对数据值3650～3750范围内对应的正弦电磁转矩谐波相位进行调整，例如，在数据值l3为3680时，当前叠加所述正弦电磁转矩的输出电磁转矩对应的谐波幅值达到最大值，则确定该数据值对应的叠加的正弦电磁转矩谐波的相位与已经输出部分的电磁转矩谐波的相位相同。然后以数据值l3为3680对应相位的正弦电磁转矩谐波对负载的高频谐波转矩进行补偿。

可以理解的是，在以三次以上的迭代法调整所述正弦电磁转矩谐波的相位的具体步骤可参照上述三次迭代法的步骤实现，在此不再赘述。

需要说明的是，在获取叠加所述正弦电磁转矩的输出电磁转矩对应的谐波幅值达到最大值时，需要设置滤波器来滤除谐波信号中的杂波，由于滤波器的延时作用，会造成获取到的正弦电磁转矩对应的谐波相位延迟，为了解决相位延迟的问题，参照图5，所述压缩机高频谐波转矩补偿方法还包括：

步骤s35、在压缩机的振动幅值小于第二预设振动值时，记录当前叠加的所述正弦电磁转矩对应的谐波相位，所述第二预设振动值小于所述第一预设振动值；

步骤s36、将记录的所述叠加所述正弦电磁转矩后的输出电磁转矩的相位与所述最优补偿相位进行差值计算，并在所述差值结果大于预设相位差值时，根据所述差值结果对所述正弦电磁转矩谐波相位进行移相处理。

本实施例中，通过振动测试系统分析处理后得到压缩机的振动幅值最低点时，通过软件程序直接读取此时转换成q12格式数据的叠加的所述正弦电磁转矩对应的谐波相位，然后将振动幅值最低点时的正弦电磁转矩谐波相位与最优补偿相位进行差值计算，若该差值大于预设相位差值，则以振动幅值最低点时对应的正弦电磁转矩谐波相位为基准，将最优补偿相位值进行移相处理，例如，振动幅值最低点对应的正弦电磁转矩谐波相位转换的数据值为2500，最优补偿相位对应的数据值为3680，则移相幅度δ记为1680。

进一步地，上述实施例中，获取压缩机在当前运行工况下的输出电磁转矩谐波，具体包括：

控制压缩机运行，获取压缩机的当前电机输出电磁转矩，并对所述压缩机的电机输出电磁转矩进行谐波分析以获取对应的压缩机的电机输出电磁转矩谐波。

本实施例中，电机输出电磁转矩te可根据压缩机在直轴-交轴坐标系下的直轴电流id、直轴电压vd、交轴电流iq、交轴电压vq和角速度ω计算得到，例如，te＝((vd×id)+(vq×iq))/ω。具体地，直轴-交轴坐标系下的直轴电流id和交轴电流iq可通过电流采样装置采集压缩机的三相相电流ia、ib和ic变换得到，并且，根据交轴电流给定iq*对交轴电流iq进行pi调节可得到直轴电压vd，根据直轴电流给定id*对直轴电流id进行pi调节可得到交轴电压vq。

进一步地，上述实施例中，获取压缩机在当前运行工况下的负载转矩谐波，包括：

控制压缩机运行，检测压缩机的负载转矩，并对所述压缩机的负载转矩进行谐波分析以获取对应的压缩机的负载转矩谐波；

或者，控制压缩机运行，采集所述压缩机的吸气压力和/或排气压力，并根据压缩机的吸气压力和/或排气压力获取压缩机的负载转矩，对所述压缩机的负载转矩进行谐波分析以获取对应的压缩机的负载转矩谐波。

压缩机负载转矩可通过转矩传感器直接测量得到，或者通过排气压力传感器(可设置在压缩机排气口)检测的排气压力和/或吸气压力传感器(可设置在压缩机吸气口)检测的吸气压力间接得到，具体地，可根据压缩机的排气压力、吸气压力、排气口温度、吸气口温度等参数并通过理论计算计算出实际的负载转矩。

本发明还提出一种压缩机控制器，所述压缩机控制器包括智能功率模块、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的压缩机高频谐波转矩补偿的软件程序和/或模块，其中，所述压缩机高频谐波转矩补偿的软件程序和/或模块被所述处理器执行时实现如上所述的压缩机高频谐波转矩补偿方法的步骤。

参照图5，图5为处理器与智能功率模块ipm搭建的压缩机控制器，通过电流采样装置采集电机的三相电流ia、ib和ic；clarke坐标转换模块对三相电流ia、ib和ic进行clarke坐标转换以获得两相电流iα、iβ；速度磁链观测器根据两相电压vα、vβ和两相电压iα、iβ估计电机的转子的位置和速度以获得转子的估计角度θ和转子的估计速度ω；park坐标转换模块根据转子的估计角度θ对两相电流iα、iβ进行park坐标转换以获得直轴电流id和交轴电流iq。

速度校正模块根据给定速度ω*对转子的估计速度ω进行速度校正以获得交轴给定电流iq*；将交轴电流补偿参数叠加至交轴电流给定iq*，第一电流校正模块根据叠加后的交轴电流给定iq*对交轴电流iq进行电流校正以获得直轴电压vd；第二电流校正模块根据直轴给定电流id*(id*＝0)对直轴电流id进行电流校正以获得交轴电压vq；逆park坐标转换模块根据转子的估计角度θ对直轴电压vd和交轴电压vq进行逆park坐标转换以获得两相电压vα、vβ；空间矢量调制模块通过矢量控制技术(field-orientedcontrol，foc)对两相电压vα、vβ进行空间矢量调制以生成驱动信号；智能功率模块ipm根据驱动信号驱动压缩机的永磁同步电机pmsm，以调整压缩机的电机输出电磁转矩。

其中，在需要对压缩机电磁转矩谐波进行补偿时，正弦电磁转矩可以通过正弦电磁转矩注入模块叠加至mcu的dq轴电流给定模块，最优补偿相位可以通过最优相位确定模块来实现，最优相位确定模块在确定最优补偿相位后，输出对应的控制指令至正弦电磁转矩注入模块，以控制正弦电磁转矩注入模块以最优补偿相位对压缩机的高频谐波转矩进行补偿。

可以理解的是，正弦电磁转矩注入模块和最优相位确定模块可以存储于mcu中，也可以单独存储于存储器中，通过mcu调用存储在存储器内的正弦电磁转矩注入模块和最优相位确定模块数据来执行上述压缩机高频谐波转矩补偿方法的步骤。

本发明还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的压缩机控制器。该压缩机控制器的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明空调器中使用了上述压缩机控制器，因此，本发明空调器的实施例包括上述压缩机控制器全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。