一种磁悬浮压缩机的惰转转速自辨识方法及系统与流程

本发明属于自辨识控制领域，尤其涉及一种磁悬浮压缩机的惰转转速自辨识方法及系统。

背景技术

磁悬浮压缩机采用磁悬轴承，轴与轴承之间无接触转动，减少能量损失，使用集成变频驱动的高速两级压缩机在冷凝温度下降或热负荷下降的情况下，降低转速，从而降级能耗。由于磁悬浮压缩机具有以上特点，而被广泛应用。

磁悬浮压缩机的控制包括两大部分：电机驱动及轴承控制(被动轴承除外)，其关机与普通压缩机不同，关机后转轴按惯性惰转的过程中轴承控制需要持续工作，维持转轴稳定悬浮，直至电机转速降至0以后才能停止工作。转轴的不平衡量会给轴承控制带来很大的影响，严重时会出现转轴碰撞保护轴承的现象，故需要进行不平衡补偿控制，不平衡补偿的关键是需要电机实时运转的转速。电机在正常驱动过程中有较多成熟的算法可以准确估算出旋转转速，但是这些方法在停机惰转时往往不适用，此时轴承在进行不平衡补偿时很容易失稳，严重时会损伤磁悬浮压缩机的保护轴承。

因此，需要提供一种磁悬浮压缩机的惰转转速自辨识方法及系统来解决现有技术的不足。

技术实现要素：

为了解决现有技术中电机停机惰转时转速无法计算的问题，本发明提供了一种磁悬浮压缩机的惰转转速自辨识方法及系统。

一种磁悬浮压缩机的惰转转速自辨识方法，所述磁悬浮压缩机包括电机和轴承，所述方法包括：

在检测到所述电机的供电线的电流为零时，采集电机的三相线电压；

将所述三相线电压转换成两相线电压；

对转换后的所述两相线电压进行标幺化，得到标幺化值；

根据所述标幺化值计算电机转速。

进一步的，将所述三相线电压转换成两相线电压，包括：

将所述三相线电压进行坐标变换，得到两相静止坐标系下的两相线电压。

进一步的，所述坐标变换如下式所示：

其中，eα和eβ分别为线电压在两相静止坐标系下的分量；eab和ebc分别为线电压在三相静止坐标系下的分量。

进一步的，对转换后的所述两相线电压进行标幺化，得到标幺化值，包括：

所述标幺化如下式所示：

其中，和分别为线电压在两相静止坐标系下的标幺化值；eα和eβ分别为线电压在两相静止坐标系下的分量。

进一步的，根据所述标幺化值计算电机转速，包括：

计算两相线电压的标幺化值的差值；

对所述差值进行pi调节计算，得到电机转速的实际值。

进一步的，所述计算两相线电压的标幺化值的差值，包括：

按下式所示计算差值：

sinδθ＝δθ

其中，和分别为线电压在两相静止坐标系下的标幺化值；ωr为电机转速；ψf为永磁磁链；θ为线电压的相位角；为线电压相位角的实际值。

一种磁悬浮压缩机的惰转转速自辨识系统，所述磁悬浮压缩机包括电机和轴承，所述系统包括：

与所述电机的供电线相连接的电流检测电路，所述电流检测电路在检测到所述供电线的电流为零时，输出控制信号；

电压检测电路，所述电压检测电路的控制端与所述电流检测电路的输出端相连接，采集端与所述电机的三相电压线相连接；所述电压检测电路的控制端接收到控制信号时采集所述三相电压线的电压；

电压转换电路，所述电压转换电路的输入端与所述电压检测电路连接，用于将电压转换电路采集的电压转换成两相电压；

标幺化处理电路，所述标幺化处理电路的输入端与所述电压转换电路连接；

计算器，所述计算器与所述标幺化处理电路连接，用于计算电机的转速。

进一步的，所述电压检测电路为差分采样电路。

进一步的，所述计算器包括：依次连接的比较器、pi调节器和积分器。

一种磁悬浮压缩机，包括上述任意一项所述的磁悬浮压缩机的惰转转速自辨识系统。

本发明提供的技术方案与最接近的现有技术相比具有如下优点：

本发明提供的技术方案首先在检测到所述电机的供电线的电流为零时采集电机的三相线电压，再通过坐标变换将三相线电压转换成两相线电压，将两相线电压进行标幺化处理得到标幺化值，最后根据标幺化值计算电机转速。本发明通过线电压标幺化锁相算法，实现了磁悬浮压缩机惰转过程中全范围转速的准确辨识，避免了轴承控制器因转速不准确导致的不平衡补偿失效问题，提高了磁悬浮压缩机的可靠性。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是本发明实施例中三相变两相的坐标系变换示意图；

图3是本发明实施例中基于线电压锁相环的转速辨识原理结构图；

图4是本发明实施例中差分采样电路原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动的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。

如图1所示，本发明提供了一种磁悬浮压缩机的惰转转速自辨识方法，所述磁悬浮压缩机包括电机和轴承，所述方法包括：

在检测到所述电机的供电线的电流为零时，采集电机的三相线电压；

将所述三相线电压转换成两相线电压；

对转换后的所述两相线电压进行标幺化，得到标幺化值；

根据所述标幺化值计算电机转速。

在本申请实施例中，首先在检测到所述电机的供电线的电流为零时采集电机的三相线电压，再通过坐标变换将三相线电压转换成两相线电压，将两相线电压进行标幺化处理得到标幺化值，最后根据标幺化值计算电机转速。本发明通过线电压标幺化锁相算法，实现了磁悬浮压缩机惰转过程中全范围转速的准确辨识，避免了轴承控制器因转速不准确导致的不平衡补偿失效问题，提高了磁悬浮压缩机的可靠性。

在本申请的一些实施例中，将所述三相线电压转换成两相线电压，如图2所示，包括：

将所述三相线电压进行坐标变换，得到两相静止坐标系下的两相线电压。

也就是，将三相线电压从abc坐标系转换成αβ坐标系。

所述坐标变换如下式所示：

其中，eα和eβ分别为线电压在两相静止坐标系下的分量；eab和ebc分别为线电压在三相静止坐标系下的分量。

其中，两相线电压在两相静止坐标系下满足如下关系：

其中，θ为线电压与a轴的夹角，即为线电压的相位角，ωr为电机的转速，ψf为永磁磁链或线电压常量。

在本申请的一些实施例中，为提高算法的适应性及鲁棒性，对转换后的所述两相线电压进行标幺化，得到标幺化值，包括：

所述标幺化如下式所示：

其中，和分别为线电压在两相静止坐标系下的标幺化值；eα和eβ分别为线电压在两相静止坐标系下的分量。

在本申请的一些实施例中，所述标幺化值计算电机转速，包括：

计算两相线电压的标幺化值的差值；

对所述差值进行pi调节计算，得到电机转速的实际值。

按下式所示计算差值：

当δθ足够小时可近似认为：sinδθ＝δθ。

通过角度误差δθ设计pi调节器计算出电机转速实际值对辨识出的转速进行积分即为电机惰转时，基于线电压锁相环的转速辨识原理结构图如图3所示。

其中，和分别为线电压在两相静止坐标系下的标幺化值；ωr为电机转速；ψf为永磁磁链；θ为线电压的相位角；为线电压相位角的实际值。

基于相同的发明构思本发明还提供了一种磁悬浮压缩机的惰转转速自辨识系统，所述磁悬浮压缩机包括电机和轴承，所述系统包括：

与所述电机的供电线相连接的电流检测电路，所述电流检测电路在检测到所述供电线的电流为零时，输出控制信号；

电压检测电路，所述电压检测电路的控制端与所述电流检测电路的输出端相连接，采集端与所述电机的三相电压线相连接；所述电压检测电路的控制端接收到控制信号时采集所述三相电压线的电压；

电压转换电路，所述电压转换电路的输入端与所述电压检测电路连接，用于将电压转换电路采集的电压转换成两相电压；

标幺化处理电路，所述标幺化处理电路的输入端与所述电压转换电路连接；

计算器，所述计算器与所述标幺化处理电路连接，用于计算电机的转速。

其中，所述电压检测电路为差分采样电路，电路原理图如图4所示。

可选的，所述差分采样电路包括：

rc滤波电路，所述rc滤波电路的输入端连接至采样信号端子，用于对所述采样信号进行滤波；

放大电路，所述放大电路的输入端与所述rc滤波电路的输出端连接，用于对滤波后的采样信号进行放大，并将放大后的采样信号传输至采样器端子，得到电机的线电压。

可选的，所述采样信号端子包括采样信号第一端子和采样信号第二端子，所述rc滤波电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述采样信号第一端子连接；

第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述采样信号第二端子连接；

第一电容，所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第二端连接，第二端接地；

第二电容，所述第二电容的第一端与所述第二电阻的第二端连接，第二端接地。

可选的，所述放大电路包括：

运算放大器，所述运算放大器的同相输入端与所述第二电阻的第二端连接，所述放大器的反相输入端与所述第一电阻的第二端连接；

第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述运算放大器的输出端连接，第二端与所述采样器端子连接；

第三电容，所述第三电容的第一端与所述第三电阻的第二端连接，第二端接地；

第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述运算放大器的反相输入端连接，输出端与所述运算放大器的输出端连接；

第五电容，所述第五电容的第一端与所述第五电阻的第一端连接，第二端与所述第五电阻的第二端连接。

可选的，所述差分采样电路还包括：

第四电阻，所述第四电阻的第一端与所述第二电阻的第二端连接，第二端与给定电源信号端子连接；

第四电容，所述第四电容的第一端与所述第四电阻的第一端连接，第二端与所述第二电阻的第二段连接。

可选的，所述计算器包括：依次连接的比较器、pi调节器和积分器。

标幺化处理电路输出的两相线电压的标幺化值分别乘以两相线电压相位角的余弦值和正弦值输入到比较器中，得到两相线电压的标幺化值的差值；再把所述差值输入到pi调节器中进行调节得到电机转速的实际值；将所述电机转速的实际值输入到积分器中，得到两相线电压相位角的实际值。电机惰转时，基于线电压锁相环的转速辨识原理结构图如图3所示。

本发明还提供了一种磁悬浮压缩机，包括上述任一所述的磁悬浮压缩机的惰转转速自辨识系统。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuits，asic)、数字信号处理器(digitalsignalprocessing，dsp)、数字信号处理设备(dspdevice，dspd)、可编程逻辑设备(programmablelogicdevice，pld)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本文所述功能的单元来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。