一种用于电动压缩机的控制方法及控制器与流程

1.本发明实施例涉及电机控制技术，尤其涉及一种用于电动压缩机的控制方法及控制器。


背景技术：

2.电动压缩机是汽车空调系统的心脏部件，其噪音水平直接影响整车的振动、噪声等性能指标。
3.电动压缩机采用无速度传感器永磁同步电机，因为没有速度传感器，该类电机无法直接获取转子位置，也无法直接计算电机的转速，现有技术中，为了获取电机实时的转子位置，主流的电机控制方式包括：a.端电压采样法，通过硬件电路直接采集电机反电势，通过反电势过零点位置获取电机转子位置；b.观测器法，通过建立电机的理想模型，重构电机的反电动势和转速位置。成熟的观测器有滑膜观测器、全状态观测器等。c.注入法，通过给电机注入高频的电压、电流信号，通过信号处理估算出电机转子实际位置，控制电机运行。因为注入法存在高频噪音、端电压法存在转矩脉动等原因，目前观测器法成为无速度永磁同步电机控制的主流。
4.采用观测器法时，载波频率的配置方式影响转子位置识别的准确性以及压缩机电机的高频噪声特性，如何进行载波频率的配置是压缩机电机控制器设计中的重要环节。


技术实现要素：

5.本发明提供一种于电动压缩机的控制方法及控制器，以减小压缩机电机高频噪声的目的。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种用于电动压缩机的控制方法，包括判断电机转速是否大于设定值，若所述电机转速大于所述设定值，则在设定的频率范围内周期性的调节载波的频率，通过所述载波生成用于驱动压缩机的驱动信号。
7.第二方面，本发明实施例还提供了一种控制器，用于执行本发明实施例记载的用于电动压缩机的控制方法。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明在进行压缩机电机控制时，实时调节载波的频率，使载波频率在一定的范围内规律性变化，同时不影响观测器算法对电机转子位置的准确辨识。逆变器输出谐波电流的谐波能量被分散到一定频带范围内，有效减小高次谐波电流功率的峰值，从而降低压缩机电机的高频噪音。本发明提出的控制方法易于实现，在实际中对于改善电动压缩机的nvh(noise噪声、vibration振动、harshness声振粗糙度)性能具有很高的实用价值。
附图说明
9.图1是实施例中的一种控制方法流程图；
10.图2是采用现有控制方法的压缩机电机相电流的频谱波形图；
11.图3是采用本申请控制方法的压缩机电机相电流的频率波形图；
12.图4是实施例中的另一种控制方法流程图；
13.图5是实施例中的控制器结构框图。
具体实施方式
14.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
15.实施例一
16.本实施例提出一种用于电动压缩机的控制方法，控制方法包括：在设定的频率范围内周期性的调节载波的频率，通过载波生成用于驱动压缩机的驱动信号。
17.示例性的，本实施例中驱动信号为pwm信号，通过pwm信号控制压缩机内电机的转动，进而控制压缩机制冷。
18.示例性的，本实施例中可以采用正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation，spwm)生成驱动信号，通常，正弦脉宽调制技术中的调制波为正弦波，载波为高频三角波，采用正弦宽脉冲调制技术可以在一定程度上减少输出电压中高次谐波的含量，提高电机控制的质量。也可以参考空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation，svpwm)生成驱动信号，此时调制波为注入三次谐波的正弦波。
19.示例性的，本实施例中，调节载波的频率为：控制载波的频率周期性的在频率最小值和频率最大值之间有序变动，例如载波频率的最小值为10khz，最大频率为11khz，则控制载波频率由10khz逐步增加至11khz，再由11khz逐步降低至10khz，并依此规律进行循环。
20.示例性的，本实施例中，控制载波的频率周期性的在频率最小值和频率最大值之间变动可以为，在载波每个周期的起始时刻均改变载波在当前周期的频率，或者在载波某个周期的起始时刻统一改变载波在随后若干周期的频率。
21.示例性的，调节载波频率时，可以配置一个固定的频率变化量，当载波频率小于频率最大值时，在每个载波周期的起始时刻，控制载波的频率提高固定的频率，例如通过当前的载波频率与固定的频率变化量相加，直至频率最大值，当载波频率达到频率最大值时，在每个载波周期的起始时刻，控制载波的频率减小固定的频率，例如通过当前的载波频率与固定的频率变化量相减，直至频率最小值。
22.示例性的，也可以配置一组数值各不相同的频率变化量，在每个载波周期的起始时刻，控制载波的频率以指定的频率变化量变化。例如，配置频率变化量为(k1、k2、
…
kn)，当载波频率从初始频率开始变化且小于频率最大值时，通过下式调节载波的频率,
23.f
i+1
＝f
i
+k
i
，i＝(1、2
…
n)
24.其中f
i
为当前的载波频率，f
i+1
为下一载波周期对应的载波频率。
25.当载波频率大于频率最大值时，通过下式调节载波的频率，直至达到初始的载波频率值，
26.f
i+1
＝f
i
‑
k
i
，i＝(1、2
…
n)
27.本实施例中，实时调节载波的频率，可以使载波频率在基准频率fs的附近，例如[fs
‑
1khz,fs+1khz]范围内规律变化，可以使电机逆变器输出的谐波电流的谐波能量分散
到一定频带范围内，可以有效减小高次谐波电流功率的峰值，从而降低压缩机电机的高频噪音。
[0028]
作为一种可实施方案，也可以配置频率变化量在一定的范围内随机变化，在每个载波周期的起始时刻，随机生成一个频率变化量值，通过当前的载波频率与频率变化量叠加，使载波频率在频率最小值和频率最大值之间实时变动。
[0029]
实施例二
[0030]
作为一种优选方案，在实施例一的基础上，控制方法包括：
[0031]
s1.判断电机转速是否大于设定值。
[0032]
s2.若电机转速大于设定值，则在设定的频率范围内周期性的调节载波的频率。
[0033]
示例性的，本实施例中，若电机转速小于设定值，则载波频率固定，保证压缩机电机启动及低速运行的可靠性，若电机转速大于设定值，则周期性的改变载波的频率，以降低压缩机电机的高频噪声。
[0034]
具体的，本步骤中，配置频率变化因子k以及载波频率变化量δf，通过频率变化因子k以及载波频率变换量δf计算增量值，根据增量值周期性的将频率从初始频率值提升至频率最大值，再由频率最大值降低至初始频率值，其中增量值为频率变化因子与载波频率变换量的乘积。
[0035]
示例性的，本实施例中频率变化因子k为可变值，载波频率变化量δf为固定值，示例性的，载波频率变化量δf可以配置为允许的，单次载波频率变化时的最大值。
[0036]
本实施例中，可以根据压缩机电机的相电流值，采用模糊控制方法确定频率变化因子k。示例性的，可以采用一维模糊控制方法确定频率变化因子k，其中模糊控制器的输入量为当前相电流值和额定相电流值的差值，输出量为频率变化因子k的取值。
[0037]
具体的，调节载波频率的过程包括：
[0038]
s21.采集压缩机电机的相电流值，计算当前相电流值与额定相电流值间的偏差值。
[0039]
s22.利用建立好的模糊控制表计算频率变化因子k。
[0040]
作为一种可实施方式，频率变化因子k的计算方式可以为，设定允许误差最大值emax和允许误差最小值emin。
[0041]
在预先配置的每个adc中断时刻，计算当前相电流值与额定相电流值间的偏差值e，若偏差值e大于允许误差最大值emax，则频率变化因子k取值为1。若偏差值e小于允许误差最小值emin，则频率变化因子取值为0.1。若偏差值e位于允许误差最大值emax与允许误差最小值emin之间，则根据模糊控制规则确定频率变化因子的数值，此时频率变化因子k的取值位于0.1和1之间。
[0042]
s23.更新载波频率。
[0043]
示例性的，本步骤中首先根据步骤3中确定的，当前频率变化因子k的数值计算出增量值，即k
×
δf，在预先配置的pwm信号中断时刻，例如载波每个周期的起始时刻，更新载波频率，若载波频率从初始频率开始变化且载波频率小于频率最大值时，通过下式更新载波的频率，
[0044]
f
i+1
＝f
i
+kδf，i＝(1、2
…
n)
[0045]
若载波频率达到频率最大值，且载波频率向初始的载波频率值方向变化，则通过
下式调节载波的频率，
[0046]
f
i+1
＝f
i
‑
kδf，i＝(1、2
…
n)
[0047]
s3.通过载波生成用于驱动压缩机的驱动信号。
[0048]
示例性的，当载波的频率发生变化时，载波的周期也随之变化，相应的，对原始信号进行采样时，采样周期也随之变化。例如，在相邻载波周期的两个三角波的顶点位置对正弦波进行采样，若第一个三角波的周期为t1，第二个三角波的周期为t2，则采样周期为(t1+t2)/2，若下一组相邻三角波的周期分别为t2、t3，则采样周期变为(t2+t3)/2。
[0049]
示例性的，根据每相邻两个三角波的周期计算该时段对应的pwm波形的方法相同，以根据第一个和第二个三角波的周期计算该时段对应的pwm波形为例，可以采用下述公式计算pwm波的占空比：
[0050][0051][0052]
式中，t
p1
为第一个三角波顶点到底点之间，正弦波与三角波的交点与三角波底点之间的时长，t
p2
为第二个三角波底点与顶点之间，三角波的底点与正弦波与三角波的交点之间的时长，t1为第一个三角波的周期，t2为第二个三角波的周期，m为正弦波峰值与三角波峰值的比值。示例性的，在t
p1
以及t
p2
时段，正弦波位于三角波的上方，pwm取高电平，在第一个三角波顶点和第二个三角波顶点之间的其余时段，pwm取低电平。
[0053]
通过控制采样周期跟随载波周期(频率)变化而变化，可以使载波频率发生变化时，驱动信号的波形不会出现严重的畸变，以保证对压缩机电机的有效驱动。
[0054]
图2是采用现有控制方法的压缩机电机相电流的频谱波形图，图3是采用本申请控制方法的压缩机电机相电流的频率波形图，从图2中可以看出，采用固定载波频率的控制方法时，压缩机电机的谐波电流功率密度主要集聚在固定载波频率及其整数倍(如10khz，20khz，30khz)处，谐波幅值较大，电磁噪声干扰严重，而采用本发明实施例的控制方法时，谐波电流功率密度连续分布在较宽频带区间内，由于谐波能量分散至连续的频率范围内，因此削减了谐波幅值峰值，从而达到抑制高频噪声的目的。本实施例中，控制方法适用于针对无速度永磁同步电机的控制，在电机工作的过程中，若负载发生变化，则电机的相电流也会随之发生一定的变化，本实施例中通过在不同的相电流下使用不同的增量值调节载波的频率，由于用于调节载波频率的增量值可调可控，因此可以使调整载波频率时，转子位置不会发生明显突变，进而保证压缩机电机可靠运行，且能较为准确的获取转子位置。
[0055]
作为一种可实施方案，在设定的频率范围内调节载波的频率还可以为：
[0056]
步骤1.配置频率变化量δf，通过频率变化量δf调节载波的频率。
[0057]
示例性的，本方案中配置多个互不相同的频率变化量δf，其中，一个相电流值区间对应一个频率变化量δf。
[0058]
示例性的，通过模糊控制确定与相电流对应的频率变化量，例如将电机的相电流按区间进行划分，以不同相电流数值区段为单位进行模糊规则的建立。
[0059]
示例性的，模糊控制规则表可如表1所示：
[0060]
表1
[0061]
相电流aa>a0a1<a<a0a2<a<a1a<a2频率变化量极小小大极大
[0062]
本方案中，可以将载波频率作为输入，输出电压作为输出，以输出电压波形为判断依据，通过数据拟合的方式获取上述模糊控制表，保存该表后，当控制器工作时，可以通过查询模糊控制表的方式确定与相电流对应的频率变化量。
[0063]
示例性的，本方案中，对相电流区间的划分方式不做限定，相电流区间的数量以及每个相电流区间的实际范围根据需求而定。
[0064]
进行载波频率调控时，可以首先确定相电流所属的区间，随后确定与之对应的频率变化量，若相电流不发生变化，则始终利用该频率变化量进行载波频率的调控；若相电流发生变化，则根据模糊控制表确定相应的频率变化量，利用该频率变化量进行载波频率的增加或者减少。
[0065]
具体的，确定所需频率变化量后，调节载波的频率的方式为：
[0066]
当前时刻，若载波频率小于频率的最大值，则在每个载波周期的起始时刻，通过载波的频率与选定的频率变化量相加，直至载波的频率达到频率范围内的最大值。
[0067]
当载波的频率达到频率范围内的最大值时，通过载波当前的频率与选定的频率变化量相减，直至载波的频率达到频率范围内的最小值。
[0068]
步骤2.根据载波的周期对原始信号进行采样，以生成用于驱动压缩机的驱动信号。
[0069]
本方案中，采用模糊控制策略调整频率变化量的数值，当电机相电流(负载)发生变化时，可以通过非线性调节的方式实现载波频率的实时变化，进而使电机逆变器输出的谐波能量分散到一定频带范围内，从而达到减小压缩机高频噪音的目的。
[0070]
实施例三
[0071]
参考图4，作为一种可实施方案，在实施例一的基础上，在设定的频率范围内调节载波的频率可以为：
[0072]
s100.配置频率变化量序列，通过频率变化量序列调节载波的频率。
[0073]
具体的，配置频率变化量序列包括配置基准点值以及拐点值，频率变化量序列中各频率变化量的取值为，第一个频率变化量配置为基准点值，从第一个频率变化量起始，按照固定的增量值，增至拐点值，随后按照增量值，减至基准点值。
[0074]
示例性的，频率变化量序列中的频率变化量以拐点值为中心左右对称，例如，基准点值配置为1，增量值配置为2，拐点值配置为5，则频率变化量序列为(1、3、5、3、1)。
[0075]
示例性的，通过频率变化量序列调节载波的频率的方式为：
[0076]
起始时刻，通过载波的频率与频率变化量序列中第一个频率变化量相加，下一载波周期的起始时刻，通过载波当前的频率与频率变化量序列中下一个频率变化量相加，直至载波的频率达到频率范围内的最大值。
[0077]
当载波的频率达到频率范围内的最大值时，通过载波当前的频率与频率变化量序
列中第一个频率变化量相减，下一载波周期的起始时刻，通过载波当前的频率与频率变化量序列中下一个频率变化量相减，直至载波的频率达到频率范围内的最小值。
[0078]
示例性的，频率变化量序列的长度以及拐点值可以根据需求而设定，例如若希望载波频率由频率最小值较快的提升至频率最大值，则频率变化量序列的长度相对较短，拐点值相对较大，若希望载波频率由频率最小值较慢的提升至频率最大值，则频率变化量序列的长度相对较长，拐点值相对较小。
[0079]
以由载波频率最小值向频率最大值的变化过程为例，通过频率变化量序列调节载波的频率时，可以采用一组或多组频率变化量序列。采用一组频率变化量序列时，当载波频率与频率变化量序列中最后一个频率变化量相加后，得到的频率值即为载波频率的最大值；当载波频率与一组频率变化量序列中最后一个频率变化量相加后，若得到的频率值仍小于频率最大值时，则重复载波频率与频率变化量序列的叠加过程，即通过载波当前的频率与下一组频率变化量序列中第一个频率变化量相加，下一载波周期的起始时刻，通过载波当前的频率与频率变化量序列中下一个频率变化量相加，直至载波的频率达到频率范围内的最大值。当采用多组频率变化量序列时，频率达到最大值时即可停止叠加过程，即载波的频率达到频率范围内的最大值前，叠加的最后一个频率变化量值可以不是该组频率变化量序列中的最后一个频率变化量。
[0080]
载波频率由最大值向频率最小值的变化过程与载波频率由最小值向频率最大值的变化过程相似，区别在于，载波频率由最小值向频率最大值变化时，通过载波当前的频率与频率变化量序列中的频率变化量相加，载波频率由最大值向频率最小值变化时，通过载波当前的频率与频率变化量序列中的频率变化量相减。
[0081]
s200.根据载波的周期对原始信号进行采样，以生成用于驱动压缩机的驱动信号。
[0082]
本实施例通过频率变化量序列实时调节载波的频率，使载波频率在一定的范围内规律性变化，同时不影响观测器算法对电机转子位置的准确辨识。逆变器输出谐波电流的谐波能量被分散到一定频带范围内，有效减小高次谐波电流功率的峰值，从而降低压缩机电机的高频噪音。
[0083]
实施例四
[0084]
作为一种可选方案，在实施例一和实施例三的基础上，本实施例中，在设定的频率范围内调节载波的频率可以为：
[0085]
步骤1.配置频率变化量序列，通过频率变化量序列调节载波的频率。
[0086]
作为一种可选方案，本实施例中配置多组互不相同的频率变化量序列，其中，一个相电流值对应一组频率变化量序列。
[0087]
本实施例中，控制方法特别适用于针对无速度永磁同步电机的控制，在电机工作的过程中，若负载发生变化，则电机的相电流也会随之发生一定的变化，本实施例中通过在不同的相电流下使用不同的频率变化量序列调节载波的频率，在一定程度上实现电机的稳速。示例性的，不同相电流对应的频率变化量序列的结构不变，各频率变化量序列中的基准点值、增量值以及拐点值互不相同，例如，当相电流为1a时，频率变化量序列为(1、2、3、4、5、4、3、2、1)，当相电流为2a时，频率变化量序列为(1、1.5、2、2.5、3、2.5、2、1.5、1)。
[0088]
示例性的，本实施例中当相电流变化时，通过当前的相电流值以及载波当前的频率值确定与下一载波周期对应的频率变化量。
[0089]
具体的，可以通过标定的方式获取与相电流对应的频率变化量序列，包括确定频率变化量序列中的基准点值、拐点值以及增量值。示例性的，进行标定时，通过生成的驱动信号的波形确定基准点值、拐点值以及增量值的数值，例如，进行标定试验时，当驱动信号的波形接近正弦波时，则认为基准点值、拐点值以及增量值所取的数据较为有效。标定完成后，可以利用频率变化量序列中的频率变化量生成相电流、载波频率、频率变化量的map图，通过map图确定与相电流对应的频率变化量。
[0090]
进行载波频率调控时，可以首先根据相电流值确定对应的频率变化量序列，若相电流不发生变化，则始终利用该频率变化量序列进行载波频率的调控；若相电流发生变化，则首先根据相电流值确定对应的频率变化量序列，再通过map图查询出该频率变化量序列内，与当前载波频率对应的频率变化量，进行载波频率调控时，从该频率变化量开始进行频率的增加或者减少。
[0091]
具体的，确定与下一载波周期对应的频率变化量后，调节载波的频率的方式为：
[0092]
当前时刻，若载波频率小于频率的最大值，则通过载波的频率与选定的频率变化量序列中的，选定的频率变化量相加，下一载波周期的起始时刻，通过载波当前的频率与频率变化量序列中下一个频率变化量相加，直至载波的频率达到频率范围内的最大值。
[0093]
当载波的频率达到频率范围内的最大值时，通过载波当前的频率与该频率变化量序列中第一个频率变化量相减，下一载波周期的起始时刻，通过载波当前的频率与频率变化量序列中下一个频率变化量相减，直至载波的频率达到频率范围内的最小值。
[0094]
以由载波频率最小值向频率最大值的变化过程为例，在某一相电流数值下，通过频率变化量序列调节载波的频率时，可以采用多组特征(包括基准点值、拐点值以及增量值)相同的频率变化量序列，当载波频率与一组频率变化量序列中最后一个频率变化量相加后，若得到的频率值仍小于频率最大值时，则重复载波频率与频率变化量序列的叠加过程，即通过载波当前的频率与下一组频率变化量序列中第一个频率变化量相加，下一载波周期的起始时刻，通过载波当前的频率与频率变化量序列中下一个频率变化量相加，直至载波的频率达到频率范围内的最大值。当采用多组特征相同的频率变化量序列时，频率达到最大值时即可停止叠加过程。
[0095]
载波频率由最大值向频率最小值的变化过程与载波频率由最小值向频率最大值的变化过程相似，区别在于，载波频率由最小值向频率最大值变化时，通过载波当前的频率与频率变化量序列中的频率变化量相加，载波频率由最大值向频率最小值变化时，通过载波当前的频率与频率变化量序列中的频率变化量相减。
[0096]
作为一种可选方案，本步骤中，一个相电流值对应一组频率变化量序列，当相电流变化时，通过当前的相电流值确定所需的频率变化量序列。示例性的，可以通过标定的方式获取与相电流对应的频率变化量序列。进行载波频率调控时，可以首先根据相电流值确定对应的频率变化量序列，若相电流不发生变化，则始终利用该频率变化量序列进行载波频率的调控，若相电流发生变化，则根据相电流值确定对应的频率变化量序列，从该频率变化量序列的第一个频率变化量开始进行频率的增加或者减少。
[0097]
步骤2.根据载波的周期对原始信号进行采样，以生成用于驱动压缩机的驱动信号。
[0098]
本步骤，生成驱动信号的方式与实施例二中记载的内容相同，在此不再赘述。
[0099]
本实施例中，相电流为压缩机电机每相负载流过的电流，当相电流变化时，采用的频率变化量序列也相应变化，以保证谐波电流的谐波能量可以有效的分散到一定的频带范围内。
[0100]
实施例五
[0101]
本实施例提出一种控制器，图5是实施例中的控制器结构框图，参考图5，控制器包括载波生成模块100和驱动信号生成模块200，载波生成模块100用于在设定的频率范围内调节载波的频率，驱动信号生成模块200通过载波生成用于驱动压缩机的驱动信号。
[0102]
作为一种可实施方案，载波生成模块100中配置有频率变化因子以及载波频率变化量，载波生成模块100通过频率变化因子以及载波频率变换量计算增量值，根据增量值周期性的将频率从初始频率值提升至频率最大值，再由频率最大值降低至所述初始频率值。
[0103]
作为一种可实施方案，载波生成模块100配置有频率变化量序列，载波生成模块100通过频率变化量序列调节载波的频率。其中，频率变化量序列包括配置基准点值以及拐点值，频率变化量序列中各频率变化量的取值为，第一个频率变化量配置为基准点值，从第一个频率变化量起始，按照固定的增量值，增至拐点值，随后按照增量值，减至基准点值。
[0104]
作为一种可实施方案，载波生成模块100通过频率变化量序列调节载波的频率包括：
[0105]
起始时刻，通过载波的频率与频率变化量序列中第一个频率变化量相加，下一载波周期的起始时刻，通过载波当前的频率与频率变化量序列中下一个频率变化量相加，直至载波的频率达到频率范围内的最大值，
[0106]
当载波的频率达到频率范围内的最大值时，通过载波当前的频率与频率变化量序列中第一个频率变化量相减，下一载波周期的起始时刻，通过载波当前的频率与频率变化量序列中下一个频率变化量相减，直至载波的频率达到频率范围内的最小值。
[0107]
作为一种可实施方案，控制器中存储一组频率变化量序列，其中一个相电流值对应一组频率变化量序列，当相电流变化时，载波生成模块100通过当前的相电流值以及载波当前的频率值确定与下一载波周期对应的频率变化量。
[0108]
作为一种可实施方案，控制器中还存储有map图，载波生成模块100通过map图确定与相电流对应的，频率变化量序列中的基准点值、拐点值以及增量值，通过频率变化量序列调节载波的频率。
[0109]
作为一种可实施方案，控制器中存储有模糊控制表，通过查询模糊控制表的方式确定与相电流对应的频率变化量，通过频率变化量调节载波的频率。
[0110]
作为一种可实施方案，驱动信号生成模块200用于根据载波的周期对原始信号进行采样，以生成用于驱动压缩机的驱动信号。
[0111]
本实施例中，控制器的具体执行方法与上述各实施例记载的内容相同，且起到的有益效果也相同，其详细的执行方法不再赘述。
[0112]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。