專利名稱：一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子智能控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器及其控 制方法，同時還涉及其所控制的空調(diào)機(jī)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)定頻空調(diào)機(jī)(定頻空調(diào)機(jī))采用"開一關(guān)"固定調(diào)節(jié)模式，能耗大，噪音和溫度波 動大，舒適性差，開關(guān)時對空調(diào)壓縮機(jī)也有較大的損害。與其相比，變頻空調(diào)器是通過內(nèi) 裝的由微電腦控制的變頻器改變頻率，從而控制空調(diào)器壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速能夠 連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)能量的無級調(diào)節(jié)。與一般的定頻空調(diào)相比.變頻空調(diào)有著高性能運(yùn) 轉(zhuǎn)、舒適靜音、節(jié)能環(huán)保、能耗低的顯著特點(diǎn)；與普通傳統(tǒng)空調(diào)相比，可節(jié)約電能達(dá)30% 至40%。
何為定頻空調(diào)與變頻空調(diào)定頻和變頻的區(qū)別就在于壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速的控制方式。定頻 空調(diào)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速固定，不可變；其制冷(熱)時輸出的冷(熱)量也是固定，不可調(diào)節(jié)；所 以溫度的調(diào)節(jié)只能由壓縮機(jī)的開或停來進(jìn)行調(diào)節(jié)。變頻空調(diào)——壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速不是固定， 可改變；其制冷(熱)時輸出的冷(熱)量也是可以調(diào)節(jié)的；所以溫度的調(diào)節(jié)可以通過改變壓 縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變空調(diào)輸出冷量。
定頻機(jī)、交流變頻、直流變頻和全直流變頻的區(qū)別從省電方面看，以定頻機(jī)為參照， 一般來說交流變頻省電30%，直流變頻省電40%以上。從舒適性來分析，直流變頻的噪音更 低、溫度波動更低，舒適性更高。三者按其節(jié)能性、舒適性及價(jià)格的排序直流變頻>交 流變頻 > 定速機(jī)。
變頻空調(diào)與普通空調(diào)器或稱定轉(zhuǎn)速空調(diào)器的主要區(qū)別是前者增加了變頻器。變頻空調(diào) 的微電腦隨時收集室內(nèi)環(huán)境的有關(guān)信息與內(nèi)部的設(shè)定值比較，經(jīng)運(yùn)算處理輸出控制信號。 交流變頻空調(diào)的工作原理是把工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電源，并把它送到功率模塊(大功率晶 體管開關(guān)組合)；同時模塊受微電腦送來的控制信號控制,輸出頻率可調(diào)的交變電源(合成波 形近似正弦波)，使壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電源頻率的變化作相應(yīng)的變化，從而控制壓縮機(jī)的 排量，調(diào)節(jié)制冷量或制熱量。直流變頻空調(diào)同樣把工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電源，并送至功
率模塊，模塊同樣受微電腦送來的控制信號控制；所不同的是交流變頻空調(diào)模塊輸出的正弦波電流是由硬件合成的，而直流變頻空調(diào)中模塊輸出的正弦波電流是由軟件算法產(chǎn)生的，且調(diào)速性能與直流電機(jī)相同，因此直流變頻空調(diào)更省電，噪聲更小。
直流變頻技術(shù)是真正的節(jié)能技術(shù)，也是目前世界上公認(rèn)的最先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，它比普通空調(diào)節(jié)能40%以上。與普通直流變頻技術(shù)相比，正弦波直流變頻技術(shù)具有效率更高、運(yùn)行更平穩(wěn)、噪音更低等諸多優(yōu)點(diǎn)。
120度方波和180度正弦波的區(qū)別120度方波控制先出現(xiàn)幾年，180度正弦波是其升級后的產(chǎn)物?，F(xiàn)在180度正弦波控制方式也成熟了，其比120度方波控制在節(jié)能、制冷效率、穩(wěn)定性、控制精度等方面都有更好的表現(xiàn)，代表著目前變頻技術(shù)的最高水平。
目前市場上的變頻空調(diào)主要采用直流120度變頻(方波驅(qū)動)和直流180度變頻(正玄波驅(qū)動)兩種方案。前者成本低、控制算法簡單，但節(jié)能效果和噪音控制并不理想，在國外已經(jīng)基本淘汰。與前者相比，直流180度變頻空調(diào)有著優(yōu)越的節(jié)能效果，運(yùn)轉(zhuǎn)更為平穩(wěn)安靜，配合新型冷媒可以做到零污染，非常符合當(dāng)前節(jié)能減排的發(fā)展方向。但目前180度直流變頻空調(diào)的控制器核心技術(shù)都掌握在幾家跨國公司的手里，這些跨國公司總是封鎖其核心技術(shù)，國內(nèi)的空調(diào)廠家雖然已在生產(chǎn)180度直流變頻空調(diào)，但其在控制器核心技術(shù)方面仍然是空白。所以，國內(nèi)的空調(diào)廠家基本上都是高價(jià)成套采購這些跨國公司生產(chǎn)的控制器，導(dǎo)致180度直流變頻空調(diào)的生產(chǎn)成本高居不下。
近年，國內(nèi)的幾家主要空調(diào)廠家海爾、美的、格力等也研發(fā)出180度直流變頻空調(diào)控制器，但由于未能成功突破變頻逆變控制關(guān)鍵核心技術(shù)，變頻逆變控制模塊還得依賴進(jìn)口，其方案構(gòu)成至少需要二個可編入軟件的微控制器，即一個依賴進(jìn)口的已編入他人軟件的用于變頻逆變控制的模塊，和另一個可編入自主研發(fā)軟件的用于其他智能控制的模塊。中國發(fā)明專利申請200610144999.2 (申請日:2006-11-29，
公開日2008-06-04)的公開文獻(xiàn)CN101192807A,所描述的就是典型的上述方案。該類方案自然還存在變頻逆變控制關(guān)鍵核心技術(shù)需依賴他人，成本仍高居不下等缺陷。
申請人檢索了大量本申請有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)，認(rèn)為中國專利文獻(xiàn)(以公開時間為序)CN1083170C、 CN1266428C、 C脂1192807A、 CN101191651A、 CN201072207Y均為本發(fā)明相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)；并認(rèn)為其中公開文獻(xiàn)CN101192807A是本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首先要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器及其控制方法的技術(shù)方案。
9本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題
本發(fā)明控制器硬件配置的基本方案 一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器，包括依次實(shí)行電連接的整流濾波電路(220)與用于驅(qū)動直流變頻壓縮機(jī)(140)的功率模塊(210)，
所述整流濾波電路(220)具有用于連接交流市電(150)的電接口，所述的功率模塊(210)具有用于連接直流變頻壓縮機(jī)(140)的電接口；其特征在于，所述整流濾波電路(220)另經(jīng)用于提供低壓電源的開關(guān)電源(240)與作為核心處理單元的單個DSP控制器(200)電連接，所述單個DSP控制器(200)還分別與所述功率模塊(210)、用于與空調(diào)室內(nèi)機(jī)(100)通訊的通訊隔離電路(250)、用于驅(qū)動空調(diào)室外機(jī)風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)驅(qū)動電路(280)、用于將溫度信號轉(zhuǎn)化為能被所述DSP控制器(200)接收的電信號的溫度采樣電路(270)電連接，所述溫度采樣電路(270)具有用于連接溫度傳感器(120)的電接口。
為實(shí)現(xiàn)所控制的空調(diào)機(jī)制冷、制熱方式切換，所述DSP控制器(200)還連接用于控制空調(diào)室外機(jī)四通閥(110)的繼電器(260)。
為提高功率因數(shù)，所述整流濾波電路(220)先經(jīng)過功率因數(shù)校正電路(230)，再分別與所述功率模塊(210)及開關(guān)電源(240)電連接。
為實(shí)現(xiàn)所控制的空調(diào)機(jī)制冷、制熱方式切換，同時提高功率因數(shù)，所述整流濾波電路(220)先經(jīng)過功率因數(shù)校正電路(230)，再分別與所述功率模塊(210)及開關(guān)電源(240)電連接；所述DSP控制器(200)還連接用于控制空調(diào)室外機(jī)四通閥(110)的繼電器(260)。
作為上述方案的進(jìn)一步方案，所述功率模塊(210)包括一組單電阻電流采樣電路，所述單電阻電流采樣電路通過采集在母線負(fù)端串接的電阻R上的直流信號，通過電機(jī)相電流重構(gòu)技術(shù)，還原出電機(jī)的3相電流信息。
作為優(yōu)選，所述采樣電阻即為IPM功率模塊(210)的過流保護(hù)電阻。本優(yōu)選方案采樣電阻正是利用了 IPM功率模塊的過流保護(hù)電阻，所以不會增加任何硬件成本。
作為上述進(jìn)一步方案并列方案，所述功率模塊(210)包括一組三電阻電流采樣電路，所述三電阻電流采樣電路通過采集分別串接在所述功率模塊(210)三相下橋臂負(fù)端上的三個電阻R1、 R2、 R3上的直流信號，直接獲得電機(jī)的三相電流信息。
作為優(yōu)選，所述三個采樣電阻R1、 R2、 R3即為IPM功率模塊(210)的過流保護(hù)電阻。
作為進(jìn)一步具體方案，所述功率因數(shù)校正電路(230)主功率電路包括自輸入側(cè)開始依次電連接的下列元器件二極管全波整流電路、儲能電感L、功率管S、升壓二極管D、輸出電容C，以及相關(guān)負(fù)載；連續(xù)模式功率因數(shù)校正算法結(jié)構(gòu)分為電壓外環(huán)、給定算法及電流內(nèi)環(huán)三部分；電壓外環(huán)實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓跟隨給定電壓；電流給定算法產(chǎn)生與輸入電壓 一致的正弦波形，并加入恒功率電壓前饋；電流內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)輸入交流電流跟隨輸入交流電壓 波形，完成PFC功能。
本發(fā)明控制器智能控制方法的基本方案 一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法， 用如權(quán)利要求1或2所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器進(jìn)行控制實(shí)施，在所述DSP控 制器(200)中植入控制軟件，采用簡稱為FOC的無傳感器磁場向量控制方式，所述FOC 采用雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為速度環(huán)；電流環(huán)實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)永磁同步電機(jī)驅(qū)動 電流的解耦控制，間接控制電機(jī)的輸出扭矩；速度環(huán)用來控制壓縮機(jī)的工作頻率，使其既 能滿足定頻時的穩(wěn)態(tài)要求又能滿足變頻時的動態(tài)響應(yīng)。
作為上述控制方法的基本方案的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述內(nèi)環(huán)電流環(huán)的控制流程為-al、首先對壓縮機(jī)相電流進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行電流解耦的坐標(biāo)變換。通過Clake變換 將三相電流變換為兩相靜止正交坐標(biāo)系，通過Park變換將其變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。 在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，通過控制交軸電流就能夠達(dá)到控制電機(jī)輸出扭矩的作用。 a2、對變換后的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的兩相電流進(jìn)行電流環(huán)PID閉環(huán)控制。其中直軸(D軸)分 量為電機(jī)的勵磁電流，使其始終為零；而交軸(Q軸)分量為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流，使其自 動跟隨速度環(huán)輸出的給定值。
a3、對電流環(huán)的輸出量進(jìn)行反Park變換，并通過空間矢量算法(SVPBO將其轉(zhuǎn)化為 P麵波的占空比。
a4、根據(jù)空間矢量算法計(jì)算出的P麗波的占空比，通過DSP的3組PWM輸出端口，輸 出6路互補(bǔ)的P畫波形，用來控制功率逆變橋直接驅(qū)動直流變頻壓機(jī)。 所述外環(huán)速度環(huán)的控制流程為
bl、根據(jù)空間矢量算法計(jì)算出的三相P麗波的占空比和實(shí)際的壓機(jī)電流采樣值，通過 滑模觀測器估算壓機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置。其估計(jì)出的角度值將用以下一中斷周期的坐標(biāo) 變換，和電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算。
b2、根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的估算值計(jì)算壓機(jī)的實(shí)際運(yùn)行頻率，并通過速度環(huán)的PID閉環(huán) 調(diào)節(jié)，使得壓機(jī)的實(shí)際運(yùn)行頻率有效跟隨目標(biāo)頻率，達(dá)到壓機(jī)頻率的自動控制。 作為上述控制方法的基本方案的進(jìn)一步優(yōu)選方案，該控制軟件包括一個主循環(huán)函數(shù)和 一個主中斷函數(shù)，優(yōu)先執(zhí)行主中斷函數(shù)，所述主循環(huán)函數(shù)時間間隔周期設(shè)定為以ms計(jì)的瞬 間T，用于執(zhí)行壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速檢測、速度環(huán)PID調(diào)節(jié)、壓縮機(jī)位置反饋補(bǔ)償、與室內(nèi)機(jī)通訊、空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)控制；所述主中斷函數(shù)時間間隔周期設(shè)定為遠(yuǎn)小于T的以0. lms計(jì)的瞬間t，用于執(zhí)行壓縮機(jī)相電流、直流母線電壓、交流輸入電壓AD采樣、坐標(biāo)變換、電流環(huán)PID調(diào)節(jié)、反Park變換、空間矢量計(jì)算SVPWM即壓縮機(jī)的矢量變頻控制、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估算。作為上述控制方法的基本方案的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述主循環(huán)函數(shù)用來執(zhí)行的控制步驟包括
Cl、上電復(fù)位后，首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括對各個硬件模塊寄存器的初始化、軟件變量初值的初始化以及各個系統(tǒng)中斷的設(shè)置與開啟，系統(tǒng)初始化完成后程序便進(jìn)入主循環(huán)函數(shù)；
c2、判斷程序運(yùn)行是否達(dá)到設(shè)定的時間間隔T1，如果達(dá)到T1則執(zhí)行包括但不限于下
述控制流程壓機(jī)轉(zhuǎn)速檢測、速度環(huán)PID調(diào)節(jié)、壓機(jī)位置反饋補(bǔ)償；其中，壓機(jī)轉(zhuǎn)速檢測
子函數(shù)主要負(fù)責(zé)根據(jù)壓縮機(jī)的外置反饋信息實(shí)時計(jì)算壓機(jī)的轉(zhuǎn)速；速度環(huán)PID調(diào)節(jié)子函數(shù)則比較壓縮機(jī)實(shí)際頻率與目標(biāo)頻率的差值，并進(jìn)行PID閉環(huán)控制，使壓縮機(jī)實(shí)際頻率自動跟蹤目標(biāo)頻率，達(dá)到有效控制壓機(jī)頻率的目的，速度環(huán)的輸出量將作為電流環(huán)的給定量；
c3、判斷程序運(yùn)行是否達(dá)到設(shè)定的大于T1的設(shè)定時間間隔T2，如果達(dá)到T2則執(zhí)行與室內(nèi)機(jī)通訊的流程；與室內(nèi)機(jī)的通訊主要包括空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)運(yùn)行參數(shù)的交換、系統(tǒng)錯誤信息和保護(hù)命令的交換；
c5、系統(tǒng)在空閑時，則執(zhí)行空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)控制流程和系統(tǒng)保護(hù)流程等；其中，空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)控制流程主要執(zhí)行空調(diào)制冷、制熱等不同條件下對壓縮頻率的實(shí)時控制，保證空調(diào)總是工作在能效比最佳的狀態(tài)下；系統(tǒng)保護(hù)流程則主要負(fù)責(zé)保護(hù)空調(diào)室外機(jī)各個硬件單元都工作在安全范圍內(nèi)，包括但不限于控制器的電壓、電流保護(hù)，壓縮機(jī)的各種溫度保護(hù)和頻率限制。
所述中斷中斷函數(shù)用來執(zhí)行以下步驟
dl、每當(dāng)程序運(yùn)行達(dá)到設(shè)定的時間間隔t后，則進(jìn)入此中斷函數(shù)；首先對壓縮機(jī)的相電流、控制器的直流母線電壓模擬量進(jìn)行數(shù)字化采樣，這些模擬量做為系統(tǒng)控制的外部反饋和控制基礎(chǔ)；
d2、對壓縮機(jī)相電流采樣值進(jìn)行坐標(biāo)變換；通過Clake變換將三相電流變換為兩相靜止正交坐標(biāo)系，通過Park變換將其變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；
d3、對變換后的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的兩相電流進(jìn)行電流環(huán)PID閉環(huán)控制；使得壓縮機(jī)電流的直軸分量總是保持為零，而交軸分量自動跟隨速度環(huán)輸出的給定值；
12d4、對電流環(huán)的輸出量進(jìn)行反Park變換，將其轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系；變換后的輸出 量將用于計(jì)算SVP麗的占空比；
d5、根據(jù)上面的輸出量，通過空間矢量脈寬調(diào)制算法(SVP麗)，將其換算為三相P麗 波的占空比；通過DSP的3組P麗輸出端口，控制功率模塊直接驅(qū)動直流變頻壓機(jī)；
d6、根據(jù)上一步輸出的三相P麗波的占空比和實(shí)際的壓機(jī)電流采樣值，通過滑模觀測 器估算壓機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置；其估計(jì)出的角度值將用以下一中斷周期的坐標(biāo)變換；
作為上述控制方法的基本方案的進(jìn)一步優(yōu)選方案，用如權(quán)利要求3或4所述的直流變 頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器進(jìn)行控制實(shí)施，所述主循環(huán)函數(shù)還執(zhí)行PFC (功率因數(shù)校正)電 壓環(huán)控制，相應(yīng)的，在步驟c3與c5間插入步驟
c4、判斷程序運(yùn)行是否達(dá)到設(shè)定的大于T2的時間間隔T3，如果達(dá)到T3，則執(zhí)行PFC 電壓環(huán)控制流程；PFC(功率因數(shù)校正)電壓環(huán)控制主要為了實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)母線電壓的有效控 制，使母線電壓能夠長期穩(wěn)定在要求范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)升壓和穩(wěn)壓的功能；
所述主中斷函數(shù)還執(zhí)行數(shù)字PFC電流環(huán)控制，在步驟a中還進(jìn)行PFC電感的電流和交 流輸入電壓等模擬量進(jìn)行數(shù)字化采樣，在步驟d6后還有步驟
d7、根據(jù)第一步中采樣得到的PFC電感的電流和交流輸入電壓，以及t5循環(huán)周期中 PFC電壓閉環(huán)控制的輸出量，進(jìn)行數(shù)字PFC電流環(huán)的PID閉環(huán)控制。
作為優(yōu)選，所述步驟c2還包括執(zhí)行壓機(jī)位置反饋補(bǔ)償子函數(shù)，用于消除對壓縮機(jī)位置 估算可能產(chǎn)生的滯后誤差。
作為優(yōu)選，所述空間矢量算法(SVPWM)是將定子電流產(chǎn)生的磁場分為6個相限和6 個基本矢量、2個零矢量，任意方向的定子磁場都是由兩個相鄰的基本矢量合成得到的； 每個基本矢量都對應(yīng)一種開狀態(tài)，通過改變6個開關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)可以隨意切換6個基本 矢量；任意方向的空間矢量被分為6個相限，每個相限的矢量都是由兩個相鄰的基本矢量 和兩個零矢量構(gòu)成，通過改變兩個基本矢量的占空比來改變合成矢量的大小和方向。
所述電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估算方法利用一種被稱為滑模觀測器數(shù)學(xué)模型進(jìn)行估算，根據(jù)電機(jī) 在兩相靜止坐標(biāo)系(a—e坐標(biāo)系)下的模型來建立狀態(tài)方程，通過不斷獲取電流估計(jì)值 和測量值之間的偏差來修正模型，使兩者之間的偏差逐漸消失，以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和速度 的估計(jì)；將估計(jì)電流和定子實(shí)測電流之差，帶入飽和函數(shù)，然后用自適應(yīng)數(shù)字低通濾波器 進(jìn)行相移補(bǔ)償，由輸出結(jié)果即可得到轉(zhuǎn)子位置角的正余弦函數(shù)。
所述利用一種被稱為滑模觀測器數(shù)學(xué)模型進(jìn)行估算的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估算方法包括以下運(yùn)算流程
el、根據(jù)插入式永磁同步電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系(a—e坐標(biāo)系)下的模型來建立狀態(tài)方程,=(_|^+ ，"，"》)"+(二 —;)，計(jì)算出估計(jì)電流/;;
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e2、比較估計(jì)電流/;與實(shí)際電流/,的差值，然后通過一組飽和函數(shù)的計(jì)算，得到包含反電動勢信息的變量&;
e3、由于信號&中除了包含反電動勢信息外，還包含許多高頻分量和噪聲，所以在對其進(jìn)行低通濾波后，就得到了有用的反電動勢信息"；
e4、由于反電動勢^中包含位置角的正余弦函數(shù)，所以通過反正切函數(shù)的磁鏈角度估算，就得到的角度信息《；
e5、由于采用低通濾波器來獲取反電動勢，引入了相位延遲。因此，需要根據(jù)低通濾波器的相位響應(yīng)，做一個相位延遲表，來獲取運(yùn)行時相應(yīng)指令速度化的相移角A^，
對《 進(jìn)行補(bǔ)償，最后得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角估算值A(chǔ) ，即4=《 + AP。
所述PFC (功率因數(shù)校正)為采用數(shù)字控制單相Boost功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)，用于如權(quán)利要求7所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器，該數(shù)字PFC技術(shù)是采用電感電流連續(xù)模式(Continuous。 onductionmode， CCM)的有源功率因數(shù)校正技術(shù)；CCM的PFC的控制為乘法器原理，開關(guān)頻率固定，開關(guān)管導(dǎo)通比隨著電感電流而變化，最終使得平均電感電流跟蹤正弦給定，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。
所述PFC (功率因數(shù)校正)的工作流程包括
fl、采樣母線電壓C/。，并與給定值",進(jìn)行比較，然后對其誤差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)；完成電壓環(huán)控制后，輸出的C^用作計(jì)算電流環(huán)的給定；
f2、對交流側(cè)輸入電壓進(jìn)行AD采樣，得到整流后的交流輸入電壓",，將其與電壓環(huán)的
輸出相乘得到電流環(huán)的給定zm。；經(jīng)過乘法器后的電流環(huán)的給定、。是基本上和交流
輸入電壓成正比的波形；再經(jīng)過后面的電流環(huán)控制，確保輸入電流對輸入電壓的跟蹤，實(shí)現(xiàn)的功率因數(shù)校正；f3、通過對輸入端串聯(lián)的采樣電阻i ,進(jìn)行采樣，得到輸入端電流信號/,;通過對/,和 L。的誤差進(jìn)行PID控制，得到開關(guān)管S的占空比，然后通過DSP的P麗輸出管腳和IGBT
驅(qū)動電路控制開關(guān)管S，確保實(shí)際電流/,跟蹤給定電流^。，實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)控制；
f4、經(jīng)過以上電壓閉環(huán)控制和電流閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)有源功率因數(shù)校正，并使得母線電 壓穩(wěn)定在系統(tǒng)需要的電壓值上，減小的母線濾波電容的紋波電流。
一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器的壓縮機(jī)電機(jī)相電流重構(gòu)方法，利用所述電阻R采 樣逆變器直流母線電流，根據(jù)逆變器所處開關(guān)狀態(tài)和三相電流關(guān)系，計(jì)算出各相電流，實(shí) 現(xiàn)交流電動機(jī)的相電流重構(gòu)。
一種直流變頻空調(diào)機(jī)，其配置有上述壓縮機(jī)智能控制器。
一種直流變頻空調(diào)機(jī)，其特征在于，其配置有上述壓縮機(jī)智能控制器，并使用上述用 于控制直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法。
本發(fā)明完全實(shí)現(xiàn)了直流180度變頻空調(diào)的無傳感器矢量變頻技術(shù)及其核心算法的自有 化，并在此基礎(chǔ)上，加入了一些獨(dú)特的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和特有技術(shù)。填補(bǔ)了國內(nèi)在180度直流變頻 空調(diào)控制領(lǐng)域的技術(shù)空白。本發(fā)明180度直流變頻空調(diào)電控器采用當(dāng)今世界上主流的無傳感 器空間矢量變頻技術(shù)，配合獨(dú)特的單電阻母線電流采樣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低成本、高能效的變 頻壓縮機(jī)驅(qū)動。并且整合了數(shù)字有源功率因數(shù)校正(PFC)，使得整機(jī)的功率因數(shù)可以達(dá)到 99.5%以上，完全滿足目前歐洲市場對家電功率因數(shù)和諧波的要求。接下來針對我們控制 方案的技術(shù)特點(diǎn)和主要創(chuàng)新進(jìn)行簡要的闡述。
本發(fā)明的核心技術(shù)
1、 空間矢量變頻技術(shù)(SVPWM)。與目前多數(shù)180度直流變頻空調(diào)采用的正玄脈寬調(diào)制 (SP麗)技術(shù)相比，空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVP麗)能夠使母線電壓的利用率提高13.4
%。從而使母線電壓得到最大利用，并使壓縮機(jī)的驅(qū)動效率(如最高轉(zhuǎn)速、最大輸出扭矩 等)得到明顯提高。但與SPWM相比SVPWM的軟件算法相對復(fù)雜。目前該技術(shù)已全部自有化， 并針對180度直流變頻空調(diào)的整體控制方案進(jìn)行了獨(dú)特的改進(jìn)。具體改進(jìn)在技術(shù)創(chuàng)新中進(jìn) 一步介紹。
2、 磁場向量控制(FOC)驅(qū)動技術(shù)。通過將三相固定坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系， 實(shí)現(xiàn)對三相永磁同歩壓縮機(jī)的解耦控制。使得壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速更加平穩(wěn)，電流更加平滑，減 少壓縮機(jī)換相脈動，使其運(yùn)轉(zhuǎn)更加安靜平穩(wěn)，有效的降低了空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)噪音。無傳感器位置反饋技術(shù)。采用滑模觀測法，根據(jù)母線電壓和電機(jī)定子的相電流估算電機(jī)轉(zhuǎn) 子的實(shí)際位置。該技術(shù)有效的實(shí)現(xiàn)了三相永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)時位置反饋，并且對電機(jī) 的參數(shù)的適應(yīng)性強(qiáng)，只需要簡單調(diào)整幾項(xiàng)參數(shù)，便可實(shí)現(xiàn)對各種壓縮機(jī)的高效控制。且該 技術(shù)無需增加額外的反電動勢采樣電路，有效的降低的控制器的整機(jī)成本。
3、 雙閉環(huán)自控技術(shù)。采用電流內(nèi)環(huán)和速度外環(huán)的雙閉環(huán)控制技術(shù)對壓縮機(jī)進(jìn)行高效精 準(zhǔn)的自動控制。使得壓縮機(jī)的速度和電流能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)，即壓縮機(jī)在頻率一定的情況下可 隨負(fù)載變化自動調(diào)整輸出轉(zhuǎn)矩。有效的提高了壓縮機(jī)對負(fù)載變化的適應(yīng)能力和速度響應(yīng)能 力，使得壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)、頻率響應(yīng)更迅速，也就使得空調(diào)的制冷制熱更迅速，溫度控 制更精確。
4、 數(shù)字有源功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)。該系統(tǒng)整合了數(shù)字有源功率因數(shù)校正，能夠 使整機(jī)的功率因數(shù)達(dá)到99.5%以上。我們采用連續(xù)電流控制模式(CCM)，通過電流環(huán)和電 壓環(huán)的雙閉環(huán)控制，使得母線電壓能夠穩(wěn)定在400V左右，輸入電壓可以適應(yīng)160VAC 275VAC。完全滿足世界各國對家電的功率因數(shù)和諧波的要求。該方案取消了傳統(tǒng)硬件PFC 所需的專用控制芯片，有效的節(jié)省了整機(jī)的硬件成本。
本發(fā)明的突破創(chuàng)新
一、 單電阻母線電流采樣技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)在母線負(fù)端以采樣電阻的形式，對母線電流 進(jìn)行采樣。配合我們獨(dú)有的母線電流還原法，通過對特殊時刻的母線電流進(jìn)行采樣，那后 解析出電機(jī)的三相定子電流。該算法為我們獨(dú)有的創(chuàng)新技術(shù)，與目前其它同類產(chǎn)品(采用 相電流采樣方案)相比，這種單電阻母線電流采樣技術(shù)可以有效的節(jié)省電路硬件成本，簡 化PCB布板設(shè)計(jì)，并且對IPM功率模塊的適應(yīng)性強(qiáng)，使得產(chǎn)品對電子器件的選擇面更廣，
更有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代和壓縮成本。
二、 SVPWM脈寬補(bǔ)償技術(shù)。配合單電阻母線電流采樣技術(shù)，為了使其在極限情況下(如 輸出功率極小和極大時)采樣更加準(zhǔn)確，必須對逆變橋的脈沖調(diào)制寬度進(jìn)行補(bǔ)償。我公司 對現(xiàn)有的SVPWM算法進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，使其能夠在極限情況下更加準(zhǔn)確的采集到母線中的有 效電流。
三、 無傳感器壓縮機(jī)啟動技術(shù)。在傳統(tǒng)的無位置傳感器變頻壓縮機(jī)驅(qū)動方案中，啟動 一直是個難題。由于在壓縮機(jī)靜止的情況下，無法檢測到電機(jī)的反電動勢，所以就無法得 知電機(jī)轉(zhuǎn)子初始的準(zhǔn)確位置，使其存在啟動難、啟動轉(zhuǎn)矩小等問題。我們獨(dú)創(chuàng)的無傳感器 壓縮機(jī)啟動技術(shù)，將啟動過程分為幾個獨(dú)立的流程，使壓縮機(jī)分階段的逐漸啟動，從開環(huán)控制逐步進(jìn)入到閉環(huán)控制。實(shí)踐證明該技術(shù)簡單有效的實(shí)現(xiàn)了無位置傳感器壓縮機(jī)的啟動， 且單次啟動成功率在95%以上，對啟動負(fù)載的適應(yīng)性也比較強(qiáng)，有很好實(shí)用價(jià)值。
四、數(shù)字PFC脈寬調(diào)制技術(shù)。當(dāng)今數(shù)字功率因數(shù)校正技術(shù)為開關(guān)電源技術(shù)的前沿領(lǐng)域， 各種控制模式和方案也都各有千秋。我們自主研發(fā)的以連續(xù)電流模式(CCM)為基礎(chǔ)的數(shù)字 PFC脈寬調(diào)制技術(shù)，有效的對輸入電功率因數(shù)進(jìn)行了校正，并使輸出母線電壓穩(wěn)定在一個 合理的目標(biāo)設(shè)定值上。實(shí)踐證明該項(xiàng)技術(shù)能夠與專用的PFC控制芯片媲美，使其整機(jī)功率 因數(shù)穩(wěn)定在99.5%以上。有效的降低了整機(jī)的成本，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)。


圖1為本發(fā)明控制器的硬件原理框圖。
圖2為本發(fā)明控制器軟件的主循環(huán)函數(shù)流程圖。
圖3為本發(fā)明控制器軟件的主中斷函數(shù)流程圖。
圖4為本發(fā)明控制器無無傳感器F0C (磁場向量控制)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖5為本發(fā)明控制器的空間矢量示意圖。
圖6為本發(fā)明控制器的逆變橋開關(guān)狀態(tài)示意圖。
圖7為本發(fā)明控制器的P麗占空比示意圖。
圖8為本發(fā)明控制器功率模塊母線單電阻電流釆樣電路的硬件原理圖。
圖9為本發(fā)明控制器功率模塊采用母線單電阻電流采樣電路方案逆變器開關(guān)處于(Sa，
Sb, Sc) = (l, 0， O)狀態(tài)時的電流走向示意圖。
圖10為本發(fā)明控制器滑模觀測器估計(jì)電機(jī)位置的結(jié)構(gòu)流程圖。
圖11為本發(fā)明控制器的采用電感電流連續(xù)模式的數(shù)字PFC系統(tǒng)框圖。
圖12為本發(fā)明控制器功率模塊三電阻電流采樣電路的硬件原理圖。
圖13為本發(fā)明控制器功率模塊采用三電阻電流采樣電路方案逆變器開關(guān)處于(Sa， Sb，
Sc) = (l， 0, O)狀態(tài)時的電流走向示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定，僅作舉 例。同時通過說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。在此直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智 能控制器又稱作直流變頻空調(diào)室外控制器。
實(shí)施例一
實(shí)施例一匯集本發(fā)明所有主要技術(shù)特征，是本發(fā)明一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制
17器及其控制方法的最佳實(shí)施例。
實(shí)施例一的控制器的硬件原理框圖如圖l所示，虛線以內(nèi)代表直流變頻空調(diào)室外控制 器的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)，虛線以外代表控制器連接和控制的外部功能單元。
如圖1所示，實(shí)施例一的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器，包括依次實(shí)行電連接的整 流濾波電路(220)與用于驅(qū)動直流變頻壓縮機(jī)(140)的功率模塊(210)，所述整流濾波 電路(220)具有用于連接交流市電(150)的電接口，所述的功率模塊(210)具有用于連 接直流變頻壓縮機(jī)(140)的電接口；所述整流濾波電路(220)另經(jīng)用于提供低壓電源的 開關(guān)電源(240)與作為核心處理單元的單個DSP控制器(200)電連接，所述單個DSP控 制器(200)還分別與所述功率模塊(210)、用于與空調(diào)室內(nèi)機(jī)(100)通訊的通訊隔離電 路(250)、用于驅(qū)動空調(diào)室外機(jī)風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)驅(qū)動電路(280)、用于將溫度信號轉(zhuǎn)化為能被 所述DSP控制器(200)接收的電信號的溫度采樣電路(270)電連接，所述溫度采樣電路 (270)具有用于連接溫度傳感器(120)的電接口。作為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，在本實(shí)施 例中，所述整流濾波電路(220)先經(jīng)過功率因數(shù)校正電路(230)，再分別與所述功率模塊 (210)及開關(guān)電源(240)電連接；所述DSP控制器(200)還連接用于控制空調(diào)室外機(jī)四 通閥(110)的繼電器(260)。
功率模塊(210)包括一組電阻電流采樣電路，在本實(shí)施例中提供二種電阻電流采樣電 路的優(yōu)選方案-
所述電流采樣電路的優(yōu)選方案一功率模塊(210)包括一組單電阻電流采樣電路，如 圖8所示，單電阻電流采樣電路通過采集在母線負(fù)端串接的電阻R上的直流信號，通過電 機(jī)相電流重構(gòu)技術(shù)，還原出電機(jī)的3相電流信息。在本實(shí)施例中，該采樣電阻正是利用了 IPM功率模塊(210)的過流保護(hù)電阻，所以不會增加任何硬件成本。而傳統(tǒng)的電流檢測方 法是應(yīng)用電流傳感器檢測電流，但較貴的傳感器使得系統(tǒng)成本增加。另一種方法是利用多 個廉價(jià)的線性電阻獲取電流信息，但在硬件受限的條件下，有時也難以實(shí)現(xiàn)。從降低系統(tǒng) 成本、減小體積出發(fā)，用單電流檢測技術(shù)獲取電機(jī)與驅(qū)動系統(tǒng)電流信息的方法成為一種有 效方式。
所述電流采樣電路的優(yōu)選方案二所述功率模塊(210)包括一組三電阻電流采樣電路， 如圖12所示，所述三電阻電流采樣電路通過采集分別串接在所述功率模塊(210)三相下 橋臂負(fù)端上的三個電阻R1、 R2、 R3上的直流信號，直接獲得電機(jī)的三相電流信息。所述三 個采樣電阻R1、 R2、 R3即為IPM功率模塊(210)的過流保護(hù)電阻。與優(yōu)選方案一相比，本優(yōu)選方案二的優(yōu)點(diǎn)是軟件算法相對簡單，易于編程及控制實(shí)施；但硬件成本稍高。
如圖11所示，功率因數(shù)校正電路(230)主功率電路包括自輸入側(cè)開始依次電連接的 下列元器件二極管全波整流電路、儲能電感L、功率管S、升壓二極管D、輸出電容C， 以及相關(guān)負(fù)載；連續(xù)模式功率因數(shù)校正算法結(jié)構(gòu)分為電壓外環(huán)、給定算法及電流內(nèi)環(huán)三部 分；電壓外環(huán)實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓跟隨給定電壓；電流給定算法產(chǎn)生與輸入電壓一致的正弦 波形，并加入恒功率電壓前饋；電流內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)輸入交流電流跟隨輸入交流電壓波形，完成 PFC功能。
以下為控制器的各硬件組成部分功能描述
1、 直流變頻空調(diào)室外控制器的電源由交流市電220VAC (150)提供，經(jīng)過整流濾波電路
(220)和功率因數(shù)校正電路(230)后轉(zhuǎn)為直流310VDC左右。功率因數(shù)校正電路(230) 用來提高功率因數(shù)。如未經(jīng)功率因數(shù)校正電路(230)，功率因數(shù)約為95%左右；經(jīng)功率 因數(shù)校正電路(230)校正后，相應(yīng)的功率因數(shù)能穩(wěn)定在99.5%以上。
2、 經(jīng)整流后的直流電源給功率模塊(210)供電，并經(jīng)開關(guān)電源(240)后，為控制器整機(jī) 提供低壓電源。
3、 直流變頻空調(diào)室外控制器與室內(nèi)機(jī)控制器(100)連接，通過隔離通訊電路(250)與室 內(nèi)機(jī)進(jìn)行通訊，交換空調(diào)控制系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)和控制指令。
4、 室外控制器由DSP (200)作為核心處理單元，采用單CPU方案的非隔離系統(tǒng)，有效降 低了硬件成本。
5、 由DSP (200)控制，通過功率模塊(210)驅(qū)動直流變頻壓機(jī)(140)。執(zhí)行空調(diào)的制冷、 制熱功能。并通過改變壓縮機(jī)的頻率調(diào)節(jié)空調(diào)的制冷、制熱功率。
6、 通過溫度采樣電路(270)采集空調(diào)室外機(jī)的各項(xiàng)溫度參數(shù)(120)，進(jìn)行空調(diào)工作狀態(tài) 的有效控制，保證空調(diào)制冷、制熱達(dá)到最高效率和最佳效果。
7、 通過相關(guān)的驅(qū)動電路(280)控制室外的風(fēng)機(jī)(130)，通過改變其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)室外機(jī)的熱 交換量。
8、 通過相關(guān)繼電器(260)控制室外機(jī)的四通閥(110)，可以改變空調(diào)的制冷和制熱狀態(tài)。
以下詳細(xì)說明本實(shí)施例的控制方法
在所述DSP控制器(200)中植入控制軟件，該控制軟件包括一個主循環(huán)函數(shù)和一個主 中斷函數(shù)，系統(tǒng)優(yōu)先執(zhí)行主中斷函數(shù)，所述主循環(huán)函數(shù)時間間隔周期設(shè)定為以ms計(jì)的瞬間 T，如選用T=lras，用于執(zhí)行壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速檢測、速度環(huán)PID調(diào)節(jié)、壓縮機(jī)位置反饋補(bǔ)償、
19與室內(nèi)機(jī)通訊、空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)控制；所述主中斷函數(shù)時間間隔周期設(shè)定為遠(yuǎn)小于T的以
0. 1、s計(jì)的瞬間t，如選用t-O. lms，用于執(zhí)行壓縮機(jī)相電流、直流母線電壓、交流輸入電 壓AD采樣、坐標(biāo)變換、電流環(huán)PID調(diào)節(jié)、反Park變換、空間矢量計(jì)算SVP麗即壓縮機(jī)的 矢量變頻控制、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估算。
以下結(jié)合

實(shí)施例一控制器的控制方法-
主循環(huán)函數(shù)的軟件流程圖如圖2所示，以下對主循環(huán)函數(shù)的軟件流程圖進(jìn)行說明
1、 上電復(fù)位后，首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化。包括對各個硬件模塊寄存器的初始化、軟件變
量初值的初始化以及各個系統(tǒng)中斷的設(shè)置與開啟。系統(tǒng)初始化完成后程序便進(jìn)入主循環(huán)函數(shù)。
2、 判斷程序運(yùn)行是否達(dá)到lms時間間隔，如果達(dá)到lms則執(zhí)行壓機(jī)轉(zhuǎn)速檢測、速度環(huán)PID 調(diào)節(jié)、壓機(jī)位置反饋補(bǔ)償?shù)攘鞒?。其中，壓機(jī)轉(zhuǎn)速檢測子函數(shù)主要負(fù)責(zé)根據(jù)壓縮機(jī)的外 置反饋信息實(shí)時計(jì)算壓機(jī)的轉(zhuǎn)速;速度環(huán)PID調(diào)節(jié)子函數(shù)則比較壓縮機(jī)實(shí)際頻率與目標(biāo) 頻率的差值，并進(jìn)行PID閉環(huán)控制，使壓縮機(jī)實(shí)際頻率自動跟蹤目標(biāo)頻率，達(dá)到有效控 制壓機(jī)頻率的目的，速度環(huán)的輸出量將作為電流環(huán)的給定量；壓機(jī)位置反饋補(bǔ)償子函數(shù) 主要是為了消除滑模觀測器對壓縮機(jī)位置估計(jì)是產(chǎn)生的滯后誤差。
3、 判斷程序運(yùn)行是否達(dá)到4ms時間間隔，如果達(dá)到4ms則執(zhí)行與室內(nèi)機(jī)通訊的流程。與室 內(nèi)機(jī)的通訊主要包括空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)運(yùn)行參數(shù)的交換、系統(tǒng)錯誤信息和保護(hù)命 令的交換等。
4、 判斷程序運(yùn)行是否達(dá)到50ms時間間隔，如果達(dá)到50ms則執(zhí)行PFC電壓環(huán)控制流程。PFC
(功率因數(shù)校正)電壓環(huán)控制主要為了實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)母線電壓的有效控制，使母線電壓能 購長期穩(wěn)定在要求范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)升壓和穩(wěn)壓的功能。
5、 系統(tǒng)在空閑時，則執(zhí)行空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)控制流程和系統(tǒng)保護(hù)流程等。其中，空調(diào)運(yùn)行狀態(tài) 控制流程主要執(zhí)行空調(diào)制冷、制熱等不同條件下對壓縮頻率的實(shí)時控制，保證空調(diào)總是 工作在能效比最佳的狀態(tài)下;系統(tǒng)保護(hù)流程則主要負(fù)責(zé)保護(hù)空調(diào)室外機(jī)各個硬件單元都 工作在安全范圍內(nèi)，如控制器的電壓、電流保護(hù)，壓縮機(jī)的各種溫度保護(hù)和頻率限制等。 系統(tǒng)的主中斷函數(shù)流程如圖3所示，該中斷的時間間隔為100us，壓縮機(jī)的矢量變頻控
制和數(shù)字功率因數(shù)校正等一些核心控制算法均在此中斷函數(shù)中實(shí)現(xiàn)。以下對主中斷函數(shù)流
程的軟件流程圖進(jìn)行說明
1、每當(dāng)程序運(yùn)行達(dá)到100us的時間間隔后，則進(jìn)入此中斷函數(shù)。首先對壓縮機(jī)的相電流、控制器的直流母線電壓、PFC電感的電流和交流輸入電壓等模擬量進(jìn)行數(shù)字化采樣。這 些模擬量做為系統(tǒng)控制的外部反饋和控制基礎(chǔ)。
2、 對壓縮機(jī)相電流釆樣值進(jìn)行坐標(biāo)變換。通過Clake變換將三相電流變換為兩相靜止正交 坐標(biāo)系，通過Park變換將其變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。
3、 對變換后的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的兩相電流進(jìn)行電流環(huán)PID閉環(huán)控制。使得壓縮機(jī)電流的直軸分 量總是保持為零，而交軸分量自動跟隨速度環(huán)輸出的給定值。電流環(huán)的PID調(diào)節(jié)有效的 控制了電機(jī)的驅(qū)動電流，確保其工作的效率最高。
4、 對電流環(huán)的輸出量進(jìn)行反Park變換，將其轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系。變換后的輸出量將 用于計(jì)算SVP麗的占空比。
5、 根據(jù)上面的輸出量，通過空間矢量脈寬調(diào)制算法(SVPWM)，將其換算為三相P麗波的占 空比。通過DSP的3組Pmi輸出端口，控制功率模塊直接驅(qū)動直流變頻壓機(jī)。
6、 根據(jù)上一步輸出的三相PWM波的占空比和實(shí)際的壓機(jī)電流采樣值，通過滑模觀測器估算 壓機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置。其估計(jì)出的角度值將用以下一中斷周期的坐標(biāo)變換。
7、 根據(jù)第一步中采樣得到的PFC電感的電流和交流輸入電壓，以及50ms循環(huán)周期中PFC 電壓閉環(huán)控制的輸出量，進(jìn)行數(shù)字PFC電流環(huán)的PID閉環(huán)控制。該流程使得交流輸入的 功率因數(shù)達(dá)到99.8%。
圖4為F0C (磁場向量控制)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖4所示，F(xiàn)OC采用雙閉環(huán)控制，其中， 內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為速度環(huán)。
電流環(huán)實(shí)現(xiàn)了對永磁同步電機(jī)驅(qū)動電流的解耦控制，由于永磁同步電機(jī)的輸出扭矩基 本正比與電機(jī)的交軸電流，所以可以利用電流環(huán)來間接控制電機(jī)的輸出扭矩。速度環(huán)用來 控制壓縮機(jī)的工作頻率，使其既能滿足定頻時的穩(wěn)態(tài)要求又能滿足變頻時的動態(tài)響應(yīng)。根
據(jù)電機(jī)的運(yùn)動方程j^-t;-7;，式中，/為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，6^為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度。
(^=&^ )， 7;為輸出扭矩，r,為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。因此可以通過速度和扭矩的雙閉環(huán)控制達(dá)
到對變化負(fù)載的自適應(yīng)控制。如在穩(wěn)態(tài)時，檔壓縮機(jī)的負(fù)載變大時，可以增加驅(qū)動電流， 使電機(jī)的輸出扭矩變大，達(dá)到平衡負(fù)載、穩(wěn)定速度的目的。 如圖4，內(nèi)環(huán)電流環(huán)的控制流程為
1、首先對壓縮機(jī)相電流進(jìn)行釆樣，然后進(jìn)行電流解耦的坐標(biāo)變換。通過Clake變換將 三相電流變換為兩相靜止正交坐標(biāo)系，通過Park變換將其變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。
21在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，通過控制交軸電流就能夠達(dá)到控制電機(jī)輸出扭矩的作用。
2、 對變換后的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的兩相電流進(jìn)行電流環(huán)PID閉環(huán)控制。其中直軸(D軸)分 量為電機(jī)的勵磁電流，使其始終為零；而交軸(Q軸)分量為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流，使 其自動跟隨速度環(huán)輸出的給定值。
3、 對電流環(huán)的輸出量進(jìn)行反Park變換，并通過空間矢量算法(SVP麗)將其轉(zhuǎn)化為P麗 波的占空比。
4、 根據(jù)空間矢量算法計(jì)算出的P麗波的占空比，通過DSP的3組P麗輸出端口，輸出 6路互補(bǔ)的P麗波形，用來控制功率逆變橋直接驅(qū)動直流變頻壓機(jī)。
如圖4，外環(huán)速度環(huán)的控制流程為
1、 根據(jù)空間矢量算法計(jì)算出的三相PWM波的占空比和實(shí)際的壓機(jī)電流采樣值，通過滑 模觀測器估算壓機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置。其估計(jì)出的角度值將用以下一中斷周期的坐標(biāo) 變換，和電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算。
2、 根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的估算值計(jì)算壓機(jī)的實(shí)際運(yùn)行頻率，并通過速度環(huán)的PID閉環(huán)調(diào) 節(jié)，使得壓機(jī)的實(shí)際運(yùn)行頻率有效跟隨目標(biāo)頻率，達(dá)到壓機(jī)頻率的自動控制。
圖5為本發(fā)明控制器的空間矢量示意圖；圖6為本發(fā)明控制器的逆變橋開關(guān)狀態(tài)示意 圖；圖7為本發(fā)明控制器的PWM占空比示意圖。
空間矢量算法(SVP麗)是將定子電流產(chǎn)生的磁場分為6個相限和6個基本矢量、2個 零矢量，如圖5所示。任意方向的定子磁場都是由兩個相鄰的基本矢量合成得到的。
如圖6所示，每個基本矢量都對應(yīng)一種開狀態(tài)，通過改變6個開關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)可以 隨意切換6個基本矢量。圖6的表格中，l代表上管導(dǎo)通、下管關(guān)斷，0代表下管導(dǎo)通、上 管關(guān)斷。例如，矢量V1對應(yīng)A上、B下、C下導(dǎo)通，相當(dāng)于A相電流為正，B、 C相電流為 負(fù)。其中，000和111分別代表兩個零矢量，因?yàn)楫?dāng)3個上管同時導(dǎo)通或者3個下管同時 導(dǎo)通時，電機(jī)中沒有電流流入或者流出。
任意方向的空間矢量被分為6個相限，每個相限的矢量都是由兩個相鄰的基本矢量和 兩個零矢量構(gòu)成，通過改變兩個基本矢量的占空比來改變合成矢量的大小和方向。圖7為 第一相限內(nèi)矢量的占空比示意圖，圖中P觀波的占空比采用7段法表示，Tl代表基本矢量 Vl的占空比，T2代表基本矢量V2的占空比，TO代表零矢量的占空比。這種PWM的調(diào)制方 式就是空間矢量脈寬調(diào)制(SVP麗)。
圖8為母線單電阻采樣電機(jī)相電流重構(gòu)技術(shù)的硬件原理框圖。圖中通過采集在母線負(fù)端串接的電阻R上的直流信號，通過電機(jī)相電流重構(gòu)技術(shù)，還原出電機(jī)的3相電流信息。該采 樣電阻正是利用了IPM功率模塊的過流保護(hù)電阻，所以不會增加任何硬件成本。而經(jīng)典的電 流檢測方法是應(yīng)用電流傳感器檢測電流，但較貴的傳感器使得系統(tǒng)成本增加。另一種方法 是利用多個廉價(jià)的線性電阻獲取電流信息，但在硬件受限的條件下，有時也難以實(shí)現(xiàn)。從 降低系統(tǒng)成本、減小體積出發(fā)，用單電流檢測技術(shù)獲取電機(jī)與驅(qū)動系統(tǒng)電流信息的方法成 為一種有效方式。
本發(fā)明采用電機(jī)相電流重構(gòu)技術(shù)在分析了互補(bǔ)PWM模式下逆變器換流基礎(chǔ)上，現(xiàn)提
出空間矢量PWM (svpmo控制方式下交流電動機(jī)相電流重構(gòu)技術(shù)。該技術(shù)用一個線性電阻
采樣逆變器直流母線電流，根據(jù)逆變器所處開關(guān)狀態(tài)和三相電流關(guān)系，計(jì)算出各相電流，
實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)的相電流重構(gòu)。所謂互補(bǔ)輸出即以圖8所示的逆變系統(tǒng)中，同一橋臂的上、
下兩個功率開關(guān)器件，在上橋臂器件導(dǎo)通時，下橋臂器件處于關(guān)斷狀態(tài)，反之亦然。
如前面所述，定義開關(guān)變量取0或1兩種狀態(tài)，其中1表示上橋臂功率開關(guān)器件導(dǎo)通； 0表示下橋臂功率開關(guān)器件導(dǎo)通。則有圖6中表格所示的8種逆變器開關(guān)狀態(tài)。其中，(Sa, Sb， Sc) = (0， 0， O)和(Sa， Sb, Sc)二(l， 1， l)時，逆變器輸出電壓為零，于是將逆變器 的這兩種開關(guān)狀態(tài)定義為零狀態(tài)，而將其余6種狀態(tài)定義為有效狀態(tài)。當(dāng)逆變器開關(guān)處于 有效狀態(tài)時，例如處于(Sa， Sb， Sc) = (l， 0, 0)，其電流流通路徑如圖9所示。由圖9 可見，該狀態(tài)下，直流母線電流Idc即為交流電動機(jī)的A相電流。同理基于開關(guān)狀態(tài)的定 子電流可表示如下
Idc=Ia when (Sa， Sb， Sc):(l，O，O)
Idc=-la when (Sa， Sb， Sc) = (0，l, 1)
Idc=[b when (Sa， Sb, Sc):(O，l，O)
Idc=-Ib when (Sa, Sb， Sc) = (l，0，l)
Idc=Ic when (Sa， Sb, Sc) = (0, O，l)
Idc=-Ic when (Sa, Sb， Sc) = (l，l,0)
ldc=0 when (Sa， Sb， Sc) = (l， 1， 1)
ldc=0 when (Sa， Sb， Sc) = (0，0，0)
圖9為本發(fā)明控制器功率模塊采用母線單電阻電流采樣電路方案逆變器開關(guān)處于(Sa， Sb， Sc) = (l, 0， O)狀態(tài)時的電流走向示意圖。因此，根據(jù)以上關(guān)系在有效狀態(tài)的適當(dāng)時 機(jī)對直流母線電阻進(jìn)行釆樣，就能重構(gòu)電機(jī)的三相電流。圖13為本發(fā)明控制器功率模塊采用三電阻電流采樣電路方案逆變器開關(guān)處于(Sa， Sb, Sc) = (l， 0， O)狀態(tài)時的電流走向示意圖。如前所述，采用三電阻電流采樣電路方案，即 能直接獲得電機(jī)的三相電流信息；使得軟件算法相對簡單，易于編程及控制實(shí)施。 本發(fā)明采用一種被稱為滑模觀測器的計(jì)算模型來估計(jì)電機(jī)位置。 滑模觀測器計(jì)算模型是根據(jù)電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系(a — e坐標(biāo)系)下的模型來建立 狀態(tài)方程，它通過不斷獲取電流估計(jì)值和測量值之間的偏差來修正模型，使兩者之間的偏 差逐漸消失，以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角和速度的估計(jì)。將估計(jì)電流和定子實(shí)測電流之差，帶入飽 和函數(shù)，然后用自適應(yīng)數(shù)字低通濾波器進(jìn)行相移補(bǔ)償，由輸出結(jié)果即可得到轉(zhuǎn)子位置角的 正余弦函數(shù)。
圖10為滑模觀測器估計(jì)電機(jī)位置的結(jié)構(gòu)流程圖。具體運(yùn)算流程如下
1、 根據(jù)插入式永磁同步電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系(a — P坐標(biāo)系)下的模型來建立狀態(tài)
方程^ = (_^+ ""^_、))/; +丄"-;)，計(jì)算出估計(jì)電流/;。 ^4 、 ；
2、 比較估計(jì)電流/;與實(shí)際電流^的差值，然后通過一組飽和函數(shù)的計(jì)算，得到包含反 電動勢信息的變量；。3、 由于信號&中除了包含反電動勢信息外，還包含許多高頻分量和噪聲，所以在對其 進(jìn)行低通濾波后，就得到了有用的反電動勢信息^。
4、 由于反電動勢^中包含位置角的正余弦函數(shù)，所以通過反正切函數(shù)的磁鏈角度估
算，就得到的角度信息6 :。
5、 由于采用低通濾波器來獲取反電動勢，引入了相位延遲。因此，需要根據(jù)低通濾波 器的相位響應(yīng)，做一個相位延遲表，來獲取運(yùn)行時相應(yīng)指令速度化的相移角A^，
對《 進(jìn)行補(bǔ)償，最后得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角估算值4 ，即4=《 + Ae。
本控制器采用數(shù)字控制單相Boost功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)，該數(shù)字PFC技術(shù)是采用電 感電流連續(xù)模式(Continuous。 onductionmode， CCM)的有源功率因數(shù)校正技術(shù)。CCM的PFC 的控制為乘法器原理，開關(guān)頻率固定，開關(guān)管導(dǎo)通比隨著電感電流而變化，最終使得平均 電感電流跟蹤正弦給定，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。圖ll為采用電感電流連續(xù)模式的數(shù)字功率因數(shù)校正(PFC)系統(tǒng)框圖，主功率電路由功 率管Q、升壓二極管D、儲能電感L以及輸出電容C組成，輸入側(cè)還包括二極管全波整流電路。 連續(xù)模式功率因數(shù)校正算法結(jié)構(gòu)分為電壓外環(huán)、給定算法及電流內(nèi)環(huán)三部分。電壓外環(huán)實(shí) 現(xiàn)輸出直流電壓跟隨給定電壓；電流給定算法產(chǎn)生與輸入電壓一致的正弦波形，并加入恒 功率電壓前饋；電流內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)輸入交流電流跟隨輸入交流電壓波形，完成PFC功能。
數(shù)字PFC的工作流程如下-
1、 采樣母線電壓t/。，并與給定值t/,進(jìn)行比較，然后對其誤差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。完成電 壓環(huán)控制后，輸出的t^用作計(jì)算電流環(huán)的給定。
2、 對交流側(cè)輸入電壓進(jìn)行AD采樣，得到整流后的交流輸入電壓^。將其與電壓環(huán)的輸 出t^相乘得到電流環(huán)的給定",。，由于母線電壓基本保持恒定，使得電壓環(huán)的輸出
也基本保持恒定，所以經(jīng)過乘法器后的電流環(huán)的給定/目是基本上和交流輸入電壓成
正比的波形。再經(jīng)過后面的電流環(huán)控制，就確保了輸入電流對輸入電壓的跟蹤，實(shí) 現(xiàn)的功率因數(shù)校正。
3、 通過對輸入端串聯(lián)的采樣電阻^進(jìn)行采樣，可以得到輸入端電流信號/,。通過對/, 和、。的誤差進(jìn)行PID控制，可以得到開關(guān)管S的占空比，然后通過DSP的PWM輸出管 腳和IGBT驅(qū)動電路控制開關(guān)管S，確保實(shí)際電流/,跟蹤給定電流L，實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán) 控制。
4、 經(jīng)過以上電壓閉環(huán)控制和電流閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了有源功率因數(shù)校正，并使得母線電 壓穩(wěn)定在系統(tǒng)需要的電壓值上，減小的母線濾波電容的紋波電流?？梢越档蜑V波電 容的大小和體積，降低了系統(tǒng)的硬件成本。
應(yīng)用上述壓縮機(jī)智能控制器即可獲得一種高性能的直流變頻空調(diào)機(jī)，其配置有上述實(shí) 施例一所述的壓縮機(jī)智能控制器，即將所述控制器的各外接電接口與直流變頻空調(diào)機(jī)相關(guān) 部件電連接，如圖1所示，主要包括功率模塊(210)與直流變頻壓縮機(jī)(140)相連接， 通訊隔離電路(250)與空調(diào)室內(nèi)機(jī)(100)相連接，溫度采樣電路(270)與溫度傳感器(120) 相連接，繼電器(260)與空調(diào)室外機(jī)四通閥(110)相連接。當(dāng)整流濾波電路(220)經(jīng)空 調(diào)室內(nèi)機(jī)(100)接通交流市電(150)后，作為核心處理單元的單個DSP控制器(200)就 可以通過運(yùn)行其所植入的控制軟件，實(shí)行所述壓縮機(jī)智能控制器對直流變頻空調(diào)機(jī)的智能控制。
實(shí)施例二
實(shí)施例二僅在實(shí)施例一的控制器的硬件配置中省去了用于控制空調(diào)室外機(jī)四通閥 (110)的繼電器(260)。用于單一制冷功能或單一制熱功能空調(diào)機(jī)。其相關(guān)控制方法也與 實(shí)施例一完全相同。因控制器的硬件配置中省去了用于控制空調(diào)室外機(jī)四通閥(110)的繼 電器(260)，其所適配的直流變頻空調(diào)機(jī)也不需要外機(jī)四通閥(110)，因此，以此獲得的
直流變頻空調(diào)機(jī)不能進(jìn)行制冷、制熱方式切換，僅具有單一制冷功能或單一制熱功能；適 用于單一制冷功能或單一制熱功能需求的用戶。
實(shí)施例三
實(shí)施例三僅在實(shí)施例一的控制器的硬件配置中省去了功率因數(shù)校正電路(230)。其整 流濾波電路(220)直接與用于驅(qū)動直流變頻壓縮機(jī)(140)的功率模塊(210)電連接，整 流濾波電路(220)同樣另經(jīng)用于提供低壓電源的開關(guān)電源(240)與作為核心處理單元的 單個DSP控制器(200)電連接；其他硬件配置與連接關(guān)系與實(shí)施例一相同。相應(yīng)的，其相 關(guān)控制方法也省去了與功率因數(shù)校正有關(guān)的部分流程，其他與實(shí)施例一完全相同，在此不 再詳細(xì)說明。以此獲得的直流變頻空調(diào)機(jī)功率因數(shù)指標(biāo)稍為遜色，約為95%左右；但具有 成本相對較低的優(yōu)勢。
實(shí)施例四
實(shí)施例四僅在實(shí)施例一的控制器的硬件配置中省去了用于控制空調(diào)室外機(jī)四通閥 (110)的繼電器(260)與功率因數(shù)校正電路(230)。其整流濾波電路(220)直接與用于 驅(qū)動直流變頻壓縮機(jī)(140)的功率模塊(210)電連接，整流濾波電路(220)同樣另經(jīng)用 于提供低壓電源的開關(guān)電源(240)與作為核心處理單元的單個DSP控制器(200)電連接； 其他硬件配置與連接關(guān)系與實(shí)施例一相同。相應(yīng)的，其相關(guān)控制方法也省去了功率因數(shù)校 正部分，其他與實(shí)施例一完全相同，在此也不再詳細(xì)說明。以此獲得的直流變頻空調(diào)機(jī)不 能進(jìn)行制冷、制熱方式切換，僅具有單一制冷功能或單一制熱功能；功率因數(shù)指標(biāo)稍為遜 色，約為95%左右；但具有成本相對較低的優(yōu)勢，適用于單一制冷功能或單一制熱功能需 求的用戶。
以上各實(shí)施例所述直流變頻空調(diào)機(jī)均具有高性能運(yùn)轉(zhuǎn)、舒適靜音、節(jié)能環(huán)保、能耗低 的顯著特點(diǎn)；與普通傳統(tǒng)定頻空調(diào)相比，可節(jié)約電能達(dá)40%以上。
2權(quán)利要求
1、一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器，包括依次實(shí)行電連接的整流濾波電路(220)與用于驅(qū)動直流變頻壓縮機(jī)(140)的功率模塊(210)，所述整流濾波電路(220)具有用于連接交流市電(150)的電接口，所述的功率模塊(210)具有用于連接直流變頻壓縮機(jī)(140)的電接口；其特征在于，所述整流濾波電路(220)另經(jīng)用于提供低壓電源的開關(guān)電源(240)與作為核心處理單元的單個DSP控制器(200)電連接，所述單個DSP控制器(200)還分別與所述功率模塊(210)、用于與空調(diào)室內(nèi)機(jī)(100)通訊的通訊隔離電路(250)、用于驅(qū)動空調(diào)室外機(jī)風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)驅(qū)動電路(280)、用于將溫度信號轉(zhuǎn)化為能被所述DSP控制器(200)接收的電信號的溫度采樣電路(270)電連接，所述溫度采樣電路(270)具有用于連接溫度傳感器(120)的電接口。
2、 如權(quán)利要求1所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于，所述DSP控制 器(200)還連接用于控制空調(diào)室外機(jī)四通闊(110)的繼電器(260)。
3、 如權(quán)利要求1所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于，所述整流濾波 電路(220)先經(jīng)過功率因素校正電路(230)，再分別與所述功率模塊(210)及開關(guān)電源(240)電連接。
4、 如權(quán)利要求1所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于，所述整流濾波 電路(220)先經(jīng)過功率因素校正電路(230)，再分別與所述功率模塊(210)及開關(guān)電源(240)電連接；所述DSP控制器(200)還連接用于控制空調(diào)室外機(jī)四通閥(110)的繼電 器(260)。
5、 如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于，所 述功率模塊(210)包括一組單電阻電流采樣電路，所述單電阻電流采樣電路通過采集在所 述功率模塊(210)母線負(fù)端串接的電阻R上的直流信號，通過電機(jī)相電流重構(gòu)技術(shù)，還原出電機(jī)的三相電流信息。
6、 如權(quán)利要求5所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于，所述采樣電阻 即為IPM功率模塊(210)的過流保護(hù)電阻。
7、 如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于，所 述功率模塊(210)包括一組三電阻電流釆樣電路，所述三電阻電流采樣電路通過采集分別 串接在所述功率模塊(210)三相下橋臂負(fù)端上的三個電阻R1、 R2、 R3上的直流信號，直 接獲得電機(jī)的三相電流信息。
8、 如權(quán)利要求7所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于，所述三個采樣電阻R1、 R2、 R3即為IPM功率模塊(210)的過流保護(hù)電阻。
9、 如權(quán)利要求3或4所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器，其特征在于，所述功率 因數(shù)校正電路(230)主功率電路包括自輸入側(cè)開始依次電連接的下列元器件二極管全波 整流電路、儲能電感L、功率管S、升壓二極管D、輸出電容C，以及相關(guān)負(fù)載；連續(xù)模式 功率因數(shù)校正算法結(jié)構(gòu)分為電壓外環(huán)、給定算法及電流內(nèi)環(huán)三部分；電壓外環(huán)實(shí)現(xiàn)輸出直 流電壓跟隨給定電壓；電流給定算法產(chǎn)生與輸入電壓一致的正弦波形，并加入恒功率電壓 前饋；電流內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)輸入交流電流跟隨輸入交流電壓波形，完成PFC功能。
10、 一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法，其特征在于，用如權(quán)利要求1或2所 述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器進(jìn)行控制實(shí)施，在所述DSP控制器(200)中植入控制 軟件，采用簡稱為FOC的無傳感器磁場向量控制方式，所述FOC采用雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為 電流環(huán)，外環(huán)為速度環(huán)；電流環(huán)實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)永磁同步電機(jī)驅(qū)動電流的解耦控制，間接控 制電機(jī)的輸出扭矩；速度環(huán)用來控制壓縮機(jī)的工作頻率，使其既能滿足定頻時的穩(wěn)態(tài)要求 又能滿足變頻時的動態(tài)響應(yīng)。
11、 如權(quán)利要求10所述的用于控制直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法，其特征在于， 所述內(nèi)環(huán)電流環(huán)的控制流程為-al、首先對壓縮機(jī)相電流進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行電流解耦的坐標(biāo)變換。通過Clake變換 將三相電流變換為兩相靜止正交坐標(biāo)系，通過Park變換將其變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。 在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，通過控制交軸電流就能夠達(dá)到控制電機(jī)輸出扭矩的作用。 a2、對變換后的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的兩相電流進(jìn)行電流環(huán)PID閉環(huán)控制。其中直軸(D軸)分 量為電機(jī)的勵磁電流，使其始終為零；而交軸(Q軸)分量為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流，使其自 動跟隨速度環(huán)輸出的給定值。a3、對電流環(huán)的輸出量進(jìn)行反Park變換，并通過空間矢量算法(SVP麗)將其轉(zhuǎn)化為 PWM波的占空比。a4、根據(jù)空間矢量算法計(jì)算出的P麗波的占空比，通過DSP的3組PWM輸出端口，輸 出6路互補(bǔ)的P麗波形，用來控制功率逆變橋直接驅(qū)動直流變頻壓機(jī)。 所述外環(huán)速度環(huán)的控制流程為bl、根據(jù)空間矢量算法計(jì)算出的三相PWM波的占空比和實(shí)際的壓機(jī)電流采樣值，通過 滑模觀測器估算壓機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置。其估計(jì)出的角度值將用以下一中斷周期的坐標(biāo) 變換，和電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算。b2、根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的估算值計(jì)算壓機(jī)的實(shí)際運(yùn)行頻率，并通過速度環(huán)的PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，使得壓機(jī)的實(shí)際運(yùn)行頻率有效跟隨目標(biāo)頻率，達(dá)到壓機(jī)頻率的自動控制。
12、 如權(quán)利要求11所述的用于控制直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法，其特征在于， 所述控制軟件包括一個主循環(huán)函數(shù)和一個主中斷函數(shù)，分別執(zhí)行所述的外環(huán)速度環(huán)的控制 流程與內(nèi)環(huán)電流環(huán)的控制流程，優(yōu)先執(zhí)行主中斷函數(shù)；所述主循環(huán)函數(shù)時間間隔周期設(shè)定 為以ms計(jì)的瞬間T，用于執(zhí)行壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速檢測、速度環(huán)PID調(diào)節(jié)、壓縮機(jī)位置反饋補(bǔ)償、 與室內(nèi)機(jī)通訊、空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)控制；所述主中斷函數(shù)時間間隔周期設(shè)定為遠(yuǎn)小于T的以 O.lms計(jì)的瞬間t，用于執(zhí)行壓縮機(jī)相電流、直流母線電壓、交流輸入電壓AD采樣、坐標(biāo) 變換、電流環(huán)PID調(diào)節(jié)、反Park變換、空間矢量計(jì)算SVP麗即壓縮機(jī)的矢量變頻控制、電 機(jī)轉(zhuǎn)子位置估算。
13、 如權(quán)利要求12所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法，其特征在于，所述主 循環(huán)函數(shù)用來執(zhí)行的控制步驟包括cl、上電復(fù)位后，首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括對各個硬件模塊寄存器的初始化、 軟件變量初值的初始化以及各個系統(tǒng)中斷的設(shè)置與開啟，系統(tǒng)初始化完成后程序便進(jìn)入主 循環(huán)函數(shù)；c2、判斷程序運(yùn)行是否達(dá)到設(shè)定的時間間隔T1，如果達(dá)到Tl則執(zhí)行包括但不限于下 述控制流程壓機(jī)轉(zhuǎn)速檢測、速度環(huán)PID調(diào)節(jié)；其中，壓機(jī)轉(zhuǎn)速檢測子函數(shù)主要負(fù)責(zé)根據(jù) 壓縮機(jī)的外置反饋信息實(shí)時計(jì)算壓機(jī)的轉(zhuǎn)速；速度環(huán)PID調(diào)節(jié)子函數(shù)則比較壓縮機(jī)實(shí)際頻 率與目標(biāo)頻率的差值，并進(jìn)行PID閉環(huán)控制，使壓縮機(jī)實(shí)際頻率自動跟蹤目標(biāo)頻率，達(dá)到 有效控制壓機(jī)頻率的目的，速度環(huán)的輸出量將作為電流環(huán)的給定量；c3、判斷程序運(yùn)行是否達(dá)到設(shè)定的大于T1的設(shè)定時間間隔T2，如果達(dá)到T2則執(zhí)行與 室內(nèi)機(jī)通訊的流程；與室內(nèi)機(jī)的通訊主要包括空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)運(yùn)行參數(shù)的交換、 系統(tǒng)錯誤信息和保護(hù)命令的交換；c5、系統(tǒng)在空閑時，則執(zhí)行空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)控制流程和系統(tǒng)保護(hù)流程等；其中，空調(diào)運(yùn) 行狀態(tài)控制流程主要執(zhí)行空調(diào)制冷、制熱等不同條件下對壓縮頻率的實(shí)時控制，保證空調(diào) 總是工作在能效比最佳的狀態(tài)下；系統(tǒng)保護(hù)流程則主要負(fù)責(zé)保護(hù)空調(diào)室外機(jī)各個硬件單元 都工作在安全范圍內(nèi)，包括但不限于控制器的電壓、電流保護(hù)，壓縮機(jī)的各種溫度保護(hù)和 頻率限制。所述中斷中斷函數(shù)用來執(zhí)行以下步驟dl、每當(dāng)程序運(yùn)行達(dá)到設(shè)定的時間間隔t后，則進(jìn)入此中斷函數(shù)；首先對壓縮機(jī)的相 電流、控制器的直流母線電壓模擬量進(jìn)行數(shù)字化采樣，這些模擬量做為系統(tǒng)控制的外部反 饋和控制基礎(chǔ)；d2、對壓縮機(jī)相電流采樣值進(jìn)行坐標(biāo)變換；通過Clake變換將三相電流變換為兩相靜止正交坐標(biāo)系，通過Park變換將其變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；d3、對變換后的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的兩相電流進(jìn)行電流環(huán)PID閉環(huán)控制；使得壓縮機(jī)電流的 直軸分量總是保持為零，而交軸分量自動跟隨速度環(huán)輸出的給定值；d4、對電流環(huán)的輸出量進(jìn)行反Park變換，將其轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系；變換后的輸出 量將用于計(jì)算SVPWM的占空比；d5、根據(jù)上面的輸出量，通過空間矢量脈寬調(diào)制算法(SVP麗)，將其換算為三相PWM 波的占空比；通過DSP的3組P麗輸出端口，控制功率模塊直接驅(qū)動直流變頻壓機(jī)；d6、根據(jù)上一步輸出的三相P麗波的占空比和實(shí)際的壓機(jī)電流采樣值，通過滑模觀測 器估算壓機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置；其估計(jì)出的角度值將用以下一中斷周期的坐標(biāo)變換；
14、 如權(quán)利要求13所述的用于控制直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法，其特征在于， 用于如權(quán)利要求3或4所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器進(jìn)行控制實(shí)施，所述主循環(huán) 函數(shù)還執(zhí)行PFC (功率因數(shù)校正)電壓環(huán)控制，相應(yīng)的，在步驟c3與c5間插入步驟c4、判斷程序運(yùn)行是否達(dá)到設(shè)定的遠(yuǎn)大于T2的時間間隔T3，如果達(dá)到T3，則執(zhí)行PFC 電壓環(huán)控制流程；PFC(功率因數(shù)校正)電壓環(huán)控制主要為了實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)母線電壓的有效控 制，使母線電壓能夠長期穩(wěn)定在要求范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)升壓和穩(wěn)壓的功能；所述主中斷函數(shù)還執(zhí)行數(shù)字PFC電流環(huán)控制，在步驟a中還進(jìn)行PFC電感的電流和交 流輸入電壓等模擬量進(jìn)行數(shù)字化采樣，在步驟f后還有步驟d7、根據(jù)第一步中采樣得到的PFC電感的電流和交流輸入電壓，以及T3循環(huán)周期中 PFC電壓閉環(huán)控制的輸出量，進(jìn)行數(shù)字PFC電流環(huán)的PID閉環(huán)控制。
15、 如權(quán)利要求13所述的用于控制直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法，其特征在于， 所述步驟c2還包括執(zhí)行壓機(jī)位置反饋補(bǔ)償子函數(shù)，用于消除對壓縮機(jī)位置估算可能產(chǎn)生的 滯后誤差。
16、 如權(quán)利要求11或12或13所述的用于控制直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法， 其特征在于，所述空間矢量算法(SVPWM)是將定子電流產(chǎn)生的磁場分為6個相限和6個基 本矢量、2個零矢量，任意方向的定子磁場都是由兩個相鄰的基本矢量合成得到的；每個 基本矢量都對應(yīng)一種開狀態(tài)，通過改變6個開關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)可以隨意切換6個基本矢量； 任意方向的空間矢量被分為6個相限，每個相限的矢量都是由兩個相鄰的基本矢量和兩個 零矢量構(gòu)成，通過改變兩個基本矢量的占空比來改變合成矢量的大小和方向。
17、 如權(quán)利要求11或12或13所述的用于控制直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法，其 特征在于，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估算方法利用一種被稱為滑模觀測器數(shù)學(xué)模型進(jìn)行估算，根 據(jù)電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系(a — e坐標(biāo)系)下的模型來建立狀態(tài)方程，通過不斷獲取電流估計(jì)值和測量值之間的偏差來修正模型，使兩者之間的偏差逐漸消失，以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 和速度的估計(jì)；將估計(jì)電流和定子實(shí)測電流之差，帶入飽和函數(shù)，然后用自適應(yīng)數(shù)字低通 濾波器進(jìn)行相移補(bǔ)償，由輸出結(jié)果即可得到轉(zhuǎn)子位置角的正余弦函數(shù)。
18、如權(quán)利要求17所述的用于控制直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法，其特征在于， 所述利用一種被稱為滑模觀測器數(shù)學(xué)模型進(jìn)行估算的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估算方法包括以下運(yùn)算 流程el、根據(jù)插入式永磁同步電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系(a—e坐標(biāo)系)下的模型來建立狀態(tài)方程,=+""z"V;+^~(二—;)，計(jì)算出估計(jì)電流/:;e2、比較估計(jì)電流Z;與實(shí)際電流&的差值，然后通過一組飽和函數(shù)的計(jì)算，得到包含 反電動勢信息的變量Z,;e3、由于信號&中除了包含反電動勢信息外，還包含許多高頻分量和噪聲，所以在對其進(jìn)行低通濾波后，就得到了有用的反電動勢信息e;;e4、由于反電動勢e;中包含位置角的正余弦函數(shù)，所以通過反正切函數(shù)的磁鏈角度估 算，就得到的角度信息《 ;e5、由于采用低通濾波器來獲取反電動勢，引入了相位延遲。因此，需要根據(jù)低通濾 波器的相位響應(yīng)，做一個相位延遲表，來獲取運(yùn)行時相應(yīng)指令速度A的相移角AP，對《進(jìn)行補(bǔ)償，最后得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角估算值4 ,艮卩..4
19、 如權(quán)利要求14所述的用于控制直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法，其特征在于， 所述PFC (功率因數(shù)校正)為釆用數(shù)字控制單相Boost功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)，用于如權(quán) 利要求9所述的直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器，該數(shù)字PFC技術(shù)是采用電感電流連續(xù)模式 (ContinuouS。 onductionmode， CCM)的有源功率因數(shù)校正技術(shù)；CCM的PFC的控制為乘法器 原理，開關(guān)頻率固定，開關(guān)管導(dǎo)通比隨著電感電流而變化，最終使得平均電感電流跟蹤正 弦給定，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。
20、 如權(quán)利要求19所述的用于控制直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法，其特征在于， 所述PFC (功率因數(shù)校正)的工作流程包括fi、采樣母線電壓C/。，并與給定值^/,進(jìn)行比較，然后對其誤差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)；完成電壓環(huán)控制后，輸出的1/ 用作計(jì)算電流環(huán)的給定；f2、對交流側(cè)輸入電壓進(jìn)行AD采樣，得到整流后的交流輸入電壓^，將其與電壓環(huán)的輸出f/m相乘得到電流環(huán)的給定zm。；經(jīng)過乘法器后的電流環(huán)的給定/m。是基本上和交流輸入電壓成正比的波形；再經(jīng)過后面的電流環(huán)控制，確保輸入電流對輸入電壓的跟蹤， 實(shí)現(xiàn)的功率因數(shù)校正；f3、通過對輸入端串聯(lián)的采樣電阻A進(jìn)行采樣，得到輸入端電流信號/5;通過對/,和 、。的誤差進(jìn)行PID控制，得到開關(guān)管S的占空比，然后通過DSP的P麵輸出管腳和IGBT驅(qū)動電路控制開關(guān)管S，確保實(shí)際電流/,跟蹤給定電流、。，實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)控制；f4、經(jīng)過以上電壓閉環(huán)控制和電流閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)有源功率因數(shù)校正，并使得母線電 壓穩(wěn)定在系統(tǒng)需要的電壓值上，減小的母線濾波電容的紋波電流。
21、 一種直流變頻空調(diào)機(jī)，其特征在于，其配置有如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的壓縮 機(jī)智能控制器。
22、 一種直流變頻空調(diào)機(jī)，其特征在于，其配置有如權(quán)利要求1或2所述的壓縮機(jī)智能 控制器，并使用如權(quán)利要求10至13任一項(xiàng)所述的用于控制直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制 方法。
23、 一種直流變頻空調(diào)機(jī)，其特征在于，其配置有如權(quán)利要求3或4所述的壓縮機(jī)智能 控制器，并使用如權(quán)利要求14所述的用于控制直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)的智能控制方法。
全文摘要
提供一種提供一種直流變頻空調(diào)壓縮機(jī)智能控制器及其控制方法的技術(shù)方案，其硬件方案包括依次電連接的整流濾波電路與功率模塊，所述整流濾波電路(220)另經(jīng)開關(guān)電源(240)與作為核心處理單元的單個DSP控制器電連接，所述單個DSP控制器還分別與所述功率模塊、用于與空調(diào)室內(nèi)機(jī)通訊的通訊隔離電路、風(fēng)機(jī)驅(qū)動電路(280)、溫度采樣電路(270)電連接；其控制方法在所述DSP控制器中植入控制軟件，采用雙閉環(huán)FOC無傳感器磁場向量控制方式，內(nèi)環(huán)電流環(huán)實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)永磁同步電機(jī)驅(qū)動電流的解耦控制，間接控制電機(jī)的輸出扭矩；外環(huán)速度環(huán)用來控制壓縮機(jī)的工作頻率，使其既能滿足定頻時的穩(wěn)態(tài)要求又能滿足變頻時的動態(tài)響應(yīng)；該控制軟件包括一個主循環(huán)函數(shù)和一個主中斷函數(shù)。
文檔編號F24F11/00GK101509694SQ20091012763
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者張和君, 濤 牛, 王和平 申請人:寧波德斯科電子科技有限公司