CN105703684A - 压缩机启动的控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩机启动的控制方法和系统，其是对压缩机转子进行两次定位，在两次定位过程中至少有一次能使压缩机转子旋转到指定位置，避免出现定位盲区，在转子定位后切入闭环矢量运行阶段，根据第一反馈电流值、电流初始值和转子估计相位值获取调制电压指令值，在压缩机接收相应的电压后获取压缩机的第二反馈电流值，根据第二反馈电流值和调制电压指令值获取下一时刻的转子估计相位值和压缩机估计转速值，之后重新获取调制电压指令值，本发明采用两段式启动，转子定位后切入闭环矢量运行，省去传统的开环运转阶段可有效缩短压缩机启动时间，并且转子定位后直接切入转速闭环运行能减小启动瞬间冲击电流，实现各种工况下压缩机平稳启动。

Description

压缩机启动的控制方法和系统

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，特别是涉及压缩机启动的控制方法和系统。

背景技术

传统的压缩机启动一般采用三段式启动，即转子定位阶段、转速开环阶段和转速闭环运行阶段。转子定位阶段，给压缩机绕组施加特定相位的定位电流矢量，将压缩机转子旋转到指定位置；转速开环阶段，采用V/F或者I/F控制策略，直接开环启动压缩机；转速闭环运行阶段，转子位置观测器开始工作，估算出的转子位置和转速切入双闭环矢量控制。

转子定位阶段，图1中施加的定位电流矢量Is1与转子真实磁极位置NS之间的夹角θ_lmt太小(区域AB和CD)，定位电流矢量Is1产生的定位转矩无法克服压缩机固有的齿槽定位力以及轴承摩擦力，使得压缩机转子无法旋转到指定位置，这种转子定位不准确的区域AB和CD称为定位盲区。如果压缩机转子处于AB区域，即使定位过程中转子没有旋转到定位电流矢量Is1的位置，启动时也不会产生很大的误差角，可正常启动，如果压缩机转子处于CD区域，默认的压缩机转子位置与实际位置相差180度，开环运转瞬间压缩机可能出现失步或者过流故障导致压缩机启动失败。

转速开环阶段，采用V/F或者I/F开环控制策略，转子磁场定向角度未知，压缩机驱动效率低，运转过程中频率变化快，开环运转阶段在压缩机负载比较重的情况下很容易出现压缩机失步迹象；由转速开环切入转速闭环阶段瞬间，如果开环阶段输出的转矩不足以拖动压缩机负载，会出现很大的冲击电流，并且这段时间内压缩机转速不可控，可能导致压缩机反转或者压缩机过流停机。

发明内容

基于此，有必要针对现有的方法中，一般都是三段式启动，容易出现转子定位不准确、开环运行阶段压缩机失步迹象，开环切入到闭环运行瞬间易出现大的冲击电流导致压缩机过流或者频率突变导致压缩机失步的问题，提供一种压缩机启动的控制方法和系统。

一种压缩机启动的控制方法，包括以下步骤：

通过对压缩机绕组施加第一电流矢量进行压缩机转子的一次定位；

通过对一次定位后的压缩机绕组施加第二电流矢量进行压缩机转子的二次定位，第二电流矢量与第一电流矢量的幅值相同，相位不同；

获取二次定位后压缩机的第一反馈电流值，根据第一反馈电流值、预设的电流初始值和预设的转子估计相位值获取调制电压指令值；获取压缩机在接收调制电压指令值对应的电压后反馈的第二反馈电流值，根据第二反馈电流值和调制电压指令值获取下一时刻的转子估计相位值和下一时刻的压缩机估计转速值；

根据下一时刻的压缩机估计转速和预设的压缩机转速初始值更新预设的电流初始值，根据下一时刻的转子估计相位值更新预设的转子估计相位值，根据第二反馈电流值更新第一反馈电流值，返回至获取调制电压指令值的步骤。

一种压缩机启动的控制系统，包括电流控制模块、转速控制模块、位置观测模块；

电流控制模块用于通过对压缩机绕组施加第一电流矢量进行压缩机转子的一次定位；通过对一次定位后的压缩机绕组施加第二电流矢量进行压缩机转子的二次定位，第二电流矢量与第一电流矢量的幅值相同，相位不同；

电流控制模块还用于获取二次定位后压缩机的第一反馈电流值，根据第一反馈电流值、预设的电流初始值和预设的转子估计相位值获取调制电压指令值；获取压缩机在接收调制电压指令值对应的电压后反馈的第二反馈电流值；

位置观测模块用于根据第二反馈电流值和调制电压指令值获取下一时刻的转子估计相位值和下一时刻的压缩机估计转速值；

转速控制模块根据下一时刻的压缩机估计转速和预设的压缩机转速初始值更新预设的电流初始值；

电流控制模块还用于根据下一时刻的转子估计相位值更新预设的转子估计相位值，根据第二反馈电流值更新第一反馈电流值，重新获取调制电压指令值。

根据上述本发明的方案，其是对压缩机转子进行两次定位，无论压缩机负载情况如何，在这样两次定位过程中至少有一次能使压缩机转子旋转到指定位置，避免出现图1中所示的定位盲区AB和CD，而且，在转子定位后，直接切入闭环矢量运行阶段，根据第一反馈电流值、预设的电流初始值和预设的转子估计相位值获取调制电压指令值，在压缩机接收相应的电压后获取压缩机的第二反馈电流值，根据第二反馈电流值和调制电压指令值获取下一时刻的转子估计相位值和压缩机估计转速值，之后重新获取调制电压指令值。本方案中采用两段式启动，转子定位后直接切入闭环矢量运行，省去传统方案中的开环运转阶段可有效缩短压缩机启动时间，并且转子定位后直接切入转速闭环运行能减小启动瞬间冲击电流，实现各种工况下压缩机平稳启动。

附图说明

图1是现有技术中压缩机转子的定位示意图；

图2是其中一个实施例中压缩机启动的控制方法的流程示意图；

图3是其中一个实施例中压缩机启动的控制方法的电路结构示意图；

图4是现有技术中压缩机启动电流波形示意图；

图5是其中一个实施例中压缩机启动电流波形示意图；

图6是其中一个实施例中压缩机启动的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

参见图2所示，为本发明的压缩机启动的控制方法的实施例。该实施例中的压缩机启动的控制方法，包括以下步骤：

步骤S101：通过对压缩机绕组施加第一电流矢量进行压缩机转子的一次定位；

步骤S102：通过对一次定位后的压缩机绕组施加第二电流矢量，进行压缩机转子的二次定位，第二电流矢量与第一电流矢量的幅值相同，相位不同；

步骤S103：获取二次定位后压缩机的第一反馈电流值，根据第一反馈电流值、预设的电流初始值和预设的转子估计相位值获取调制电压指令值；

步骤S104：获取压缩机在接收调制电压指令值对应的电压后反馈的第二反馈电流值，根据第二反馈电流值和调制电压指令值获取下一时刻的转子估计相位值和下一时刻的压缩机估计转速值；

步骤S105：根据下一时刻的压缩机估计转速和预设的压缩机转速初始值更新预设的电流初始值，根据下一时刻的转子估计相位值更新预设的转子估计相位值，根据第二反馈电流值更新第一反馈电流值，返回至获取调制电压指令值的步骤S103。

根据上述本发明的方案，其是对压缩机转子进行两次定位，无论压缩机负载情况如何，在这样两次定位过程中至少有一次能使压缩机转子旋转到指定位置，避免出现图1中所示的定位盲区AB和CD，而且，在转子定位后，直接切入闭环矢量运行阶段，根据第一反馈电流值、预设的电流初始值和预设的转子估计相位值获取调制电压指令值，在压缩机接收相应的电压后获取先采集压缩机的第二反馈电流值，根据第二反馈电流值和调制电压指令值获取下一时刻的转子估计相位值压缩机估计转速值，之后重新获取调制电压指令值。本方案中采用两段式启动，转子定位后直接切入闭环矢量运行，省去传统方案中的开环运转阶段可有效缩短压缩机启动时间，并且转子定位后直接切入转速闭环运行能减小启动瞬间冲击电流，实现各种工况下压缩机平稳启动。

在其中一个实施例中，第一电流矢量与第二电流矢量相互垂直。

在本实施例中，第一电流矢量与第二电流矢量相互垂直，相位差为90度，相互垂直的第一电流矢量与第二电流矢量有利于对压缩机转子进行两次定位，而且也有利于压缩机相关参数的计算。

在其中一个实施例中，获取二次定位后压缩机的第一反馈电流值的步骤包括以下步骤：

获取二次定位后压缩机的三相电流值，对三相电流值进行Clark变换，获得第一反馈电流值。

在本实施例中，压缩机二次定位后可以获得压缩机的三相电流值，在利用压缩机的反馈电流值的过程中，不便于使用三相电流值，因此需要对其进行Clark变换，从而获得容易应用的第一反馈电流值。

在其中一个实施例中，根据第一反馈电流值、预设的电流初始值和预设的转子估计相位值获取调制电压指令值的步骤包括以下步骤：

通过预设的转子估计相位值对第一反馈电流值进行Park变换，获得第一反馈电流运算值，对预设的电流初始值与第一反馈电流运算值之差进行比例积分运算，获得调制电压值，通过预设的转子估计相位值对调制电压进行Park逆变换，获得调制电压指令值。

在本实施例中，综合利用第一反馈电流值、预设的电流初始值和预设的转子估计相位值，可以获取调制电压指令值，施加于压缩机。

在其中一个实施例中，根据下一时刻的压缩机估计转速和预设的压缩机转速初始值更新预设的电流初始值的步骤包括以下步骤：

对下一时刻的压缩机估计转速和预设的压缩机转速初始值之差进行比例积分运算，获得电流参照值，以电流参照值更新电流初始值。

在本实施例中，根据压缩机估计转速和预设的压缩机转速初始值这两者的差值可以运算获取电流参照值，并以此来更新电流初始值，如此在电流初始值中就包括了压缩机反馈的转速信息，可以对压缩机启动进行控制调整。

在其中一个实施例中，预设的电流初始值包括预设的转矩电流初始值和预设的励磁电流初始值。

在本实施例中，电流初始值包括了转矩电流初始值和励磁电流初始值，相应的，第一反馈电流和第二反馈电流也分别包括对应的反馈转矩电流和反馈励磁电流，调制电压指令值也包括对应于转矩电流的调制电压指令值和对应于励磁电流的调制电压指令值。

在一个优选的实施例中，通过对压缩机绕组施加第一电流矢量Is1进行压缩机转子的一次定位，然后通过对压缩机绕组施加与第一电流矢量Is1幅值相同、相位相互垂直的第二电流矢量Is2进行压缩机转子的二次电位，在二次定位后压缩机给出三相电流值，对该三相电流值进行Clark变换，变换的公式为：

$\left[\begin{array}{c}I\mathrm{\α}\\ I\mathrm{\β}\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& \sqrt{3}/2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}Iu\\ Iv\\ Iw\end{array}\right]$

其中，Iu、Iv、Iw为三相电流值，Iα、Iβ分别为变换后的第一反馈励磁电流值和第一反馈励磁电流值。

预设的转子估计相位值θ可以为90°，根据预设的转子估计相位值θ对第一反馈励磁电流值Iα和第一反馈转矩电流值Iβ进行Park变换，获取第一反馈励磁电流运算值Id和第一反馈转矩电流运算值Iq，公式为：

$\left[\begin{array}{c}Id\\ Iq\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}Cos\mathrm{\θ}& Sin\mathrm{\θ}\\ -Sin\mathrm{\θ}& Cos\mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}I\mathrm{\α}\\ I\mathrm{\β}\end{array}\right]$

在此次变换中，Id为Idset，在实施过程中，可以合理设置第一电流矢量Is1和第二电流矢量Is2，使Idset大小为压缩机允许运行最大电流的0.1～0.5倍，一般为0.3倍，Iq大小为0；另外，第一电流矢量Is1和第二电流矢量Is2的相位不一定要相互垂直，两者的相位差也可以是其他适宜的角度；

对预设的励磁电流初始值IdRef和第一反馈励磁电流运算值Id之差进行比例积分运算，获得对应励磁电流的调制电压值Ud，对预设的转矩电流初始值IqRef和第一反馈转矩电流运算值Iq之差进行比例积分运算，获得对应转矩电流的调制电压值Uq，其中，IdRef大小为0，IqRef大小为压缩机允许运行最大电流的0.4～0.8倍，一般为0.6倍；然后将对应励磁电流的调制电压值Ud和对应转矩电流的调制电压值Uq进行Park逆变换，获得相应的调制电压指令值Uα和Uβ，公式为：

$\left[\begin{array}{c}U\mathrm{\α}\\ U\mathrm{\β}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}Cos\mathrm{\θ}& -Sin\mathrm{\θ}\\ Sin\mathrm{\θ}& Cos\mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}Ud\\ Uq\end{array}\right]$

如图3所示，调制电压指令值Uα和Uβ输入至SVPWM器(空间矢量脉宽调制器)，并经过变频器输出相应的电压至压缩机，压缩机反馈三相电流，经过Clark变换后获得第二反馈电流值，其中包括第二反馈电流值Iα’和第二反馈电流值Iβ’，根据对应励磁电流的调制电压指令值Uα和对应转矩电流的调制电压指令值Uβ以及第二反馈电流值Iα’和第二反馈电流值Iβ’，获取下一时刻的转子估计相位值θ’和下一时刻的压缩机估计转速值SpdFb；获取θ’和SpdFb的过程是在位置观测器中进行，具体计算过程属于现有技术，在此不再赘述。

对下一时刻的压缩机估计转速SpdFb和预设的压缩机转速初始值SpdRef之差进行比例积分运算，获得电流参照值，在图3中为转矩电流参照值IqRef，以转矩电流参照值IqRef更新预设的转矩电流初始值，预设的励磁电流初始值不变；以下一时刻的转子估计相位值θ’更新预设的转子估计相位值θ，根据第二反馈励磁电流值Id’更新第一反馈励磁电流值Id，根据第二反馈转矩电流值Iq’更新第一反馈转矩电流值Iq，返回至获取对应励磁电流的调制电压指令值和对应转矩电流的调制电压指令值的步骤。上述过程中，转子定位后直接切入闭环矢量运行阶段，闭环矢量运行阶段是指上述控制电流电压输出并反馈，循环运行的过程。

图4为现有技术方案压缩机启动电流波形示意图，阶段一施加一个线性增大的定位电流矢量使转子旋转到指定位置，阶段二进入转速开环阶段，频率快速上升，当频率到达设定门槛值时直接切入闭环运转进入阶段三。

图5为采用本发明方法实现压缩机重负载情况下启动电流波形示意图，阶段一连续施加两个相位不同的定位电流矢量实现压缩机转子精确定位，阶段二直接切入闭环运行，在重负载情况下启动瞬间冲击电流最大约为8A左右，不会触发压缩机过流故障，并且切换过程中压缩机电流频率变化平滑，不会触发失步故障，可以实现压缩机平稳启动。

本发明的方案可以应用在各种电器设备中，如空调、冰箱等。

根据上述压缩机启动的控制方法，本发明还提供一种压缩机启动的控制系统，以下就本发明的压缩机启动的控制系统的实施例进行详细说明。

参见图6所示，为本发明的压缩机启动的控制系统的实施例。该实施例中的压缩机启动的控制系统包括电流控制模块201、转速控制模块202和位置观测模块203；

电流控制模块201，用于通过对压缩机绕组施加第一电流矢量进行压缩机转子的一次定位；通过对一次定位后的压缩机绕组施加第二电流矢量进行压缩机转子的二次定位，第二电流矢量与第一电流矢量的幅值相同，相位不同；

电流控制模块201还用于获取二次定位后压缩机的第一反馈电流值，根据第一反馈电流值、预设的电流初始值和预设的转子估计相位值获取调制电压指令值；获取压缩机在接收调制电压指令值对应的电压后反馈的第二反馈电流值；

位置观测模块203用于根据第二反馈电流值和调制电压指令值获取下一时刻的转子估计相位值和下一时刻的压缩机估计转速值；

转速控制模块202根据下一时刻的压缩机估计转速和预设的压缩机转速初始值更新预设的电流初始值；

电流控制模块201还用于根据下一时刻的转子估计相位值更新预设的转子估计相位值，根据第二反馈电流值更新第一反馈电流值，重新获取调制电压指令值，进入闭环矢量运行阶段。

在其中一个实施例中，第一电流矢量与第二电流矢量相互垂直。

在其中一个实施例中，电流控制模块201获取二次定位后压缩机的三相电流值，对三相电流值进行Clark变换，获得第一反馈电流值。

在其中一个实施例中，电流控制模块201通过预设的转子估计相位值对第一反馈电流值进行Park变换，获得第一反馈电流运算值，对预设的电流初始值与第一反馈电流运算值之差进行比例积分运算，获得调制电压值，通过预设的转子估计相位值对调制电压进行Park逆变换，获得调制电压指令值。

在其中一个实施例中，转速控制模块202对下一时刻的压缩机估计转速和预设的压缩机转速初始值之差进行比例积分运算，获得电流参照值，以电流参照值更新电流初始值。

在其中一个实施例中，预设的电流初始值包括预设的转矩电流初始值和预设的励磁电流初始值。

本发明的压缩机启动的控制系统与本发明的压缩机启动的控制方法一一对应，在上述压缩机启动的控制方法的实施例中阐述的技术特征及其有益效果均适用于压缩机启动的控制系统的实施例中。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种压缩机启动的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过对压缩机绕组施加第一电流矢量进行所述压缩机转子的一次定位；

通过对一次定位后的压缩机绕组施加第二电流矢量进行所述压缩机转子的二次定位，所述第二电流矢量与所述第一电流矢量的幅值相同，相位不同；

获取二次定位后压缩机的第一反馈电流值，根据所述第一反馈电流值、预设的电流初始值和预设的转子估计相位值获取调制电压指令值；获取所述压缩机在接收所述调制电压指令值对应的电压后反馈的第二反馈电流值，根据所述第二反馈电流值和所述调制电压指令值获取下一时刻的转子估计相位值和下一时刻的压缩机估计转速值；

根据所述下一时刻的压缩机估计转速和预设的压缩机转速初始值更新所述预设的电流初始值，根据所述下一时刻的转子估计相位值更新所述预设的转子估计相位值，根据所述第二反馈电流值更新所述第一反馈电流值，返回至所述获取调制电压指令值的步骤。

2.根据权利要求1所述的压缩机启动的控制方法，其特征在于，所述第一电流矢量与所述第二电流矢量相互垂直。

3.根据权利要求1所述的压缩机启动的控制方法，其特征在于，所述获取二次定位后压缩机的第一反馈电流值的步骤包括以下步骤：

获取二次定位后压缩机的三相电流值，对所述三相电流值进行Clark变换，获得所述第一反馈电流值。

4.根据权利要求1所述的压缩机启动的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一反馈电流值、预设的电流初始值和预设的转子估计相位值获取调制电压指令值的步骤包括以下步骤：

通过所述预设的转子估计相位值对所述第一反馈电流值进行Park变换，获得第一反馈电流运算值，对所述预设的电流初始值与所述第一反馈电流运算值之差进行比例积分运算，获得调制电压值，通过所述预设的转子估计相位值对所述调制电压进行Park逆变换，获得所述调制电压指令值。

5.根据权利要求1所述的压缩机启动的控制方法，其特征在于，所述根据所述下一时刻的压缩机估计转速和预设的压缩机转速初始值更新所述预设的电流初始值的步骤包括以下步骤：

对所述下一时刻的压缩机估计转速和所述预设的压缩机转速初始值之差进行比例积分运算，获得电流参照值，以所述电流参照值更新所述电流初始值。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的压缩机启动的控制方法，其特征在于，所述预设的电流初始值包括预设的转矩电流初始值和预设的励磁电流初始值。

7.一种压缩机启动的控制系统，其特征在于，包括电流控制模块、转速控制模块、位置观测模块；

所述电流控制模块用于通过对压缩机绕组施加第一电流矢量进行所述压缩机转子的一次定位；通过对一次定位后的压缩机绕组施加第二电流矢量进行所述压缩机转子的二次定位，所述第二电流矢量与所述第一电流矢量的幅值相同，相位不同；

所述电流控制模块还用于获取二次定位后压缩机的第一反馈电流值，根据所述第一反馈电流值、预设的电流初始值和预设的转子估计相位值获取调制电压指令值；获取所述压缩机在接收所述调制电压指令值对应的电压后反馈的第二反馈电流值；

所述位置观测模块用于根据所述第二反馈电流值和所述调制电压指令值获取下一时刻的转子估计相位值和下一时刻的压缩机估计转速值；

所述转速控制模块根据所述下一时刻的压缩机估计转速和预设的压缩机转速初始值更新所述预设的电流初始值；

所述电流控制模块还用于根据所述下一时刻的转子估计相位值更新所述预设的转子估计相位值，根据所述第二反馈电流值更新所述第一反馈电流值，重新获取调制电压指令值。

8.根据权利要求7所述的压缩机启动的控制系统，其特征在于，所述第一电流矢量与所述第二电流矢量相互垂直。

9.根据权利要求7所述的压缩机启动的控制系统，其特征在于，所述电流控制模块获取二次定位后压缩机的三相电流值，对所述三相电流值进行Clark变换，获得所述第一反馈电流值。

10.根据权利要求7所述的压缩机启动的控制系统，其特征在于，所述电流控制模块通过所述预设的转子估计相位值对所述第一反馈电流值进行Park变换，获得第一反馈电流运算值，对所述预设的电流初始值与所述第一反馈电流运算值之差进行比例积分运算，获得调制电压值，通过所述预设的转子估计相位值对所述调制电压进行Park逆变换，获得所述调制电压指令值。

11.根据权利要求7所述的压缩机启动的控制系统，其特征在于，所述转速控制模块对所述下一时刻的压缩机估计转速和所述预设的压缩机转速初始值之差进行比例积分运算，获得电流参照值，以所述电流参照值更新所述电流初始值。

12.根据权利要求7至11中任意一项所述的压缩机启动的控制系统，其特征在于，所述预设的电流初始值包括预设的转矩电流初始值和预设的励磁电流初始值。