[发明专利]无速度传感器永磁同步电机－空调压缩机系统的控制方法

摘要

无速度传感器永磁同步电机－空调压缩机系统的控制方法属于变频空调技术领域，其特征在于，它把无速度传感器矢量控制用于永磁同步电机－空调压缩机系统，克服了较大的转速脉动的缺点。同时，用转矩指令电流复合控制的方法更进一步减小了电机转速的脉动。它有效的克服了传统的矢量控制系统在PI调节器参数整定过程中出现的系统稳定性和响应速的的矛盾，提高了变频空调中永磁同步电机的控制性能。

主权项

1.无速度传感器永磁同步电机-空调压缩机系统的控制方法，其特征在于，它依次含有以下步骤：(1)系统初始化向系统中的数字信号处理器即DSP输入用户提供的压缩机负载转矩-转子位置曲线表；在DSP中设定：转速的参考值ω_ref＝0，励磁电流参考值i_{d_ref}＝0；反电势估算常数K_e，位置估算常数K_θ为设定值；控制周期T为设定值；设定速度调节器的比例、积分常数K_p1，K_i1，转矩电流调节器的比例、积分常数K_p2，K_i2，励磁电流调节器的比例、积分常数K_p3，K_i3；由用户提供的永磁同步电机的参数：极对数p_n，转子永磁磁链ψ_r，d_q轴电感L_d，L_q，定子电阻R，反电势系数K_E；同时，设定上述电机的dq轴电压初始值为零，即u_d(0)＝0，u_q(0)＝0；(2)DSP检测定子三相电流和计算电机的dq轴电压DSP检测依次经过上述电机定子侧的电流互感器、滤波电容、A/D转换器来的定子三相电流i_a，i_b，i_c；对于n≥1的u_d，u_q取DSP中上一个数字控制周期T计算得到的实际参考dq轴电压，即u_d(n)＝u_{d_ref}(n-1)，u_q(n)＝u_{q_ref}(n-1)；(3)DSP采用基于反电势的内埋式永磁同步电机无速度传感器的转速、位置辨识方法来辨识电机在第n周期的转速和位置和位置θ_M(n)；设定：有一个参数完全相同的模型电机建立在γδ轴上，所述γδ轴为估算的转子轴，它与dq轴的角误差为Δθ，Δθ＝θ-θ_M，θ为d轴与参考轴+A的夹角，θ_M为γ轴与参考轴+A的夹角；设初始时刻，转速θ·(O)=0,]]>位置θ_M(0)＝0，则：θM(n)=θM(n-1)+TKEeM(n)+Kθsgn{θ·M(n-1)}Δiγ(n)]]>e_M(n)＝e_M(n-1)-K_eΔi_δ(n)Δiγ(n)Δiδ(n)=iγ(n)iδ(n)-iMγ(n)iMδ(n)]]>iγ(n)iδ(n)=1-RLdTθM·(n-1)LqLdT-θM(n-1)·LdLqT1-RLqTiγ(n-1)iδ(n-1)+TLdLqLquγ(n-1)Lduδ(n-1)+TLdLqeLqsin(Δθ)-Ldcos(Δθ)]]>iMγ(n)iMδ(n)=1-RLdTθM·(n-1)LqLdT-θ·M(n-1)LdLqT1-RLqTiγ(n-1)iδ(n-1)+TLdLqLquγ(n-1)Lduδ(n-1)+TLqeM01]]>uγ(n)uδ(n)=R+θM·(n)Lγδ+pLγ-θM(n)·Lδ-pLγδθM·(n)Lγ-pLγδR-θM·(n)Lγδ+pLδiγ(n)iδ(n)+e-sin(Δθ(n))cos(Δθ(n))]]>其中，Δθ(n)＝θ(n)-θ_M(n)p为微分算子；在估算达到稳态时，Δθ≈0，因此式L_γ，L_δ，L_γδ分别近似等于L_d，L_q，0，所述L_γ，L_δ，L_γδ分别是γ轴的自感，δ轴自感和γ，δ轴间的互感；其中，n为离散化后的时间周期数，θ_M是估算的转子位置角，e_M是模型电机的反电势，e是实际电机的反电势，ω是转子转速，即ω=θM·,]]>K_e是反电势估算常数，K_θ是位置估算常数均为设定值；u_γ，u_δ为实际电机在γ，δ轴上的电压，i_γ(n-1)，i_δ(n-1)为真实电机在γ，δ轴上的电流响应，i_Mγ(n)，i_Mδ(n)为以γ，δ轴为转子轴建立的模型电机的电流响应，Δi_γ(n)，Δi_δ(n)为每个周期内真实电流和模型电机在γ，δ轴上的电流之差；(4)DSP采用转矩指令电流复合控制方法计算dq轴电压参考值，它依次含有以下步骤；(4.1)将abc坐标系下的电流坐标系下i_a，i_b，i_c乘以坐标变换矩阵得到dq轴下的电流值i_d、i_q、i₀：id(n)iq(n)i0(n)=23cos(θ(n))cos(θ(n)-23π)cos(θ(n)+23π)sin(θ(n))sin(θ(n)-23π)sin(θ(n)+23π)121212ia(n)ib(n)ic(n)]]>(4.2)DSP把转速的参考值ω_ref与步骤(3)得到的估算转速ω(n)=θ·M(n)]]>之差Δω(n)＝ω_ref-ω(n)输入速度调节器，求得q轴参考电流i_{q_ref}(n)，iq_ref(n)=Kp1Δω(n)+Ki1Σi=0i=nΔω(i)T,]]>其中，K_p1，K_i1为速度调节器的比例、积分常数；(4.3)根据步骤3估算得到的转子位置θ_M(n)，在每个控制周期内，根据估算的位置查转子位置-负载转矩曲线表，同时电机的电磁转矩等于负载转矩，因此得到电磁转矩T_em，由此计算需要的转矩电流i_{q_ref}′：iq_ref′=Tempnψr;]]>(4.4)DSP把i_{q_ref}′+i_{q_ref}与实际q轴电流i_q的差值Δi_q(n)＝i_{q_ref}′(n)+i_{q_ref}(n)-i_q(n)输入转矩电流调节器，得到q轴参考电压u_{q_ref}(n)，uq_ref(n)=Kp2Δiq(n)+Ki2Σi=0i=nΔiq(i)T]]>其中，K_p2，K_i2为转矩电流调节器的比例、积分常数；(4.5)DSP把i_{d_ref}＝0与i_d的差值Δi_d(n)＝i_dref(n)-i_d(n)输入励磁电流调节器，得到d轴参考电压u_{d_ref}(n)，ud_ref(n)=Kp3Δid(n)+Ki3Σi=0i=nΔid(i)T,]]>其中，K_p3，K_i3为励磁电流调节器的比例、积分常数；(5)DSP根据u_{q_ref}、u_{q_ref}计算dq0坐标系下的电压矢量，uα(n)uβ(n)=cosθ(n)-sinθ(n)sinθ(n)cosθ(n)ud_ref(n)uq_ref(n)]]>(6)DSP用空间矢量PWM方法得到逆变器的开关信号，得到逆变器每个开关管的开通关断时间，发出相应的PWM脉冲去控制逆变器的输出电压，实现对永磁同步电机的控制：在每个控制周期T内，逆变器三个桥臂中各个开关管开通关断时间T_a，T_a，T₀：T₀＝T-T_a-T_bVs=uα2+uβ2,]]>γ=tan-1uαuβ]]>电压矢量分布的空间分成6个区域，在每一个控制周期内电压u_α，u_β在αβ轴下的合成的空间矢量幅值为V_s，幅角为γ；而开关矢量的作用时间由在每个区域内由V_sT，V_αT_a，V_bT_b构成的三角形决定，其中V_α＝V_b＝E_dc，T为控制周期，E_dc为直流母线电压；同时γ也决定了开关矢量即空间矢量所在的区域，即逆变器当前的所处的运行状态。