用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法，包括如下步驟：根據(jù)用戶指令控制壓縮機的控制系統(tǒng)進入PID參數(shù)識別模式，其中PID參數(shù)識別模式為繼電器模型的反饋測試模式；控制壓縮機在預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)產(chǎn)生抖動以生成擾動信號；對擾動信號進行處理以使壓縮機以預(yù)設(shè)的周期和幅度進行來回振蕩，并通過計算繼電器模型的振蕩周期和幅值以獲得壓縮機的控制系統(tǒng)的控制模型；根據(jù)壓縮機的控制系統(tǒng)的控制模型獲得控制系統(tǒng)的PID控制參數(shù)。本發(fā)明的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法能夠及時快速地整定壓縮機的控制參數(shù)，大大減少測試時間，整定精確度高，提高壓縮機的使用壽命。
【專利說明】用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及壓縮機【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 當(dāng)前變頻空調(diào)中的壓縮機主要采用無傳感器的永磁同步電機，并通過磁場定向的 矢量控制技術(shù)進行控制。應(yīng)用這種控制方法時需要對電機參數(shù)有準(zhǔn)確的了解，但是由于壓 縮機的長期運行，設(shè)備老化等諸多原因，電機的電氣參數(shù)也是緩慢變化的。因此需要在一段 時間內(nèi)對壓縮機的控制參數(shù)進行一次判斷識別，用以優(yōu)化控制參數(shù)，保持較好的運行效果。 這在提高空調(diào)整體的效率，減小空調(diào)由于控制不合理產(chǎn)生的噪聲，節(jié)約能源，提高生活環(huán)境 的舒適度等方面都具有重要的意義。
[0003] -般地，在實際生產(chǎn)中，PID控制器的參數(shù)整定需要經(jīng)驗豐富的工程技術(shù)人員根 據(jù)經(jīng)驗來進行，而且當(dāng)有幾十種甚至幾百種不同的產(chǎn)品以及實際控制系統(tǒng)千差萬別等因素 時，獲取令人滿意的控制效果變成一個耗時費力的過程，因此不能及時整定壓縮機的控制 參數(shù)，影響壓縮機的使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。
[0005] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法，能夠及時 快速地整定壓縮機的控制參數(shù)，大大減少測試時間，整定精確度高，提高壓縮機的使用壽 命。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明的實施例提出的一種用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方 法，包括如下步驟：Sl，根據(jù)用戶指令控制壓縮機的控制系統(tǒng)進入PID參數(shù)識別模式，其中， 所述PID參數(shù)識別模式為繼電器模型的反饋測試模式；S2,控制所述壓縮機在預(yù)設(shè)電流范 圍內(nèi)產(chǎn)生抖動以生成擾動信號；S3,對所述擾動信號進行處理以使所述壓縮機以預(yù)設(shè)的周 期和幅度進行來回振蕩，并通過計算所述繼電器模型的振蕩周期和幅值以獲得所述壓縮機 的控制系統(tǒng)的控制模型；S4,根據(jù)所述壓縮機的控制系統(tǒng)的控制模型獲得所述控制系統(tǒng)的 PID控制參數(shù)。
[0007] 并且，在所述步驟S4之后，還包括：控制所述控制系統(tǒng)進入PID控制器控制模式； 當(dāng)所述控制系統(tǒng)處于所述PID控制器控制模式下獲得的計算值誤差大于預(yù)設(shè)值時，控制所 述控制系統(tǒng)重新進入所述PID參數(shù)識別模式。
[0008] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述繼電器模型的反饋測試模式包括電流環(huán)繼電器模 型的反饋測試模式和速度環(huán)繼電器模型的反饋測試模式。
[0009] 其中，當(dāng)所述控制系統(tǒng)進入所述電流環(huán)繼電器模型的反饋測試模式時，在所述步 驟S3中，對所述擾動信號進行放大、限幅、延時處理以獲得電流極限環(huán)振蕩曲線，并根據(jù)所 述電流極限環(huán)振蕩曲線計算所述電流環(huán)繼電器模型的振蕩周期和電流極限環(huán)增益，以及獲 得所述控制系統(tǒng)的電流環(huán)控制模型。
[0010] 并且，在所述步驟S4中，根據(jù)以下公式計算電流環(huán)PI控制器的控制參數(shù)：
[0011] Kp=Cp1Ku
[0012] K1=C11KuGJu
[0013]其中，Kp為電流環(huán)比例增益，Cpi為電流環(huán)比例增益的預(yù)設(shè)系數(shù)，Ku為所述電流極4h 限環(huán)增益，且h為所述電流環(huán)繼電器模型的幅值，a為所述電流極限環(huán)振蕩曲線的 幅值，K1為電流環(huán)積分時間常數(shù)，C11為電流環(huán)積分時間常數(shù)的預(yù)設(shè)系數(shù)，ωu為電流極限環(huán)2π 的振蕩頻率，且％ Tu為所述電流環(huán)繼電器模型的振蕩周期。
[0014] 此外，在所述步驟S4之后，還包括：控制所述控制系統(tǒng)進入電流環(huán)PI調(diào)節(jié)控制模 式，根據(jù)所述電流環(huán)PI控制器的控制參數(shù)進行控制；采集所述壓縮機的三相定子中的兩相 定子繞組的電流la、Ib以計算出三相定子繞組的電流la、Ib、Ic，并對所述三相定子繞組的 電流la、lb、Ic先后進行Clarke和Park坐標(biāo)變換以獲得直軸電流IcU交軸電流Iq，使得 所述直軸電流Id、交軸電流Iq跟蹤給定的idref、iqref以獲得調(diào)節(jié)后的直軸電壓Ud、交 軸電壓Uq;對所述直軸電壓UcU交軸電壓Uq進行逆Park坐標(biāo)變換以獲得兩相電壓Uaifa、 Ubeta;根據(jù)所述兩相電壓Uaifa、Ubeta進行空間矢量脈沖寬度調(diào)制以生成PWM信號，并根 據(jù)所述PWM信號控制所述控制系統(tǒng)中的三相逆變器以輸出三相電壓Ua、Ub、Uc至所述壓縮 機。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當(dāng)所述控制系統(tǒng)進入所述速度環(huán)繼電器模型的反饋測 試模式時，在所述步驟S3中，對所述擾動信號進行放大、限幅、延時處理以獲得速度極限環(huán) 振蕩曲線，并根據(jù)所述速度極限環(huán)振蕩曲線計算所述速度環(huán)繼電器模型的振蕩周期和速度 極限環(huán)增益，以及獲得所述控制系統(tǒng)的速度環(huán)控制模型。
[0016] 并且，在所述步驟S4中，根據(jù)以下公式計算速度環(huán)PID控制器的控制參數(shù)：
[0017] Kp=CpvKu
[0018] K1=CivKuGJu K
[0019] Kd =Cm 03U
[0020] 其中，Kp為速度環(huán)比例增益，Cpv為速度環(huán)比例增益的預(yù)設(shè)系數(shù)，Ku為所述速度極 Ah 限環(huán)增益，且心=一h為所述速度環(huán)繼電器模型的幅值，a為所述速度極限環(huán)振蕩曲線的m, 幅值，K1為速度環(huán)積分時間常數(shù)，Civ為速度環(huán)積分時間常數(shù)的預(yù)設(shè)系數(shù)，Kd為速度環(huán)微分時 2π 間常數(shù)，Cdv為速度環(huán)微分時間常數(shù)的預(yù)設(shè)系數(shù)，Cou為速度極限環(huán)的振蕩頻率，且A Tu為所述速度環(huán)繼電器模型的振蕩周期。
[0021] 此外，在所述步驟S4之后，還包括：控制所述控制系統(tǒng)進入速度環(huán)PID調(diào)節(jié)控制模 式，根據(jù)所述速度環(huán)PID控制器的控制參數(shù)進行控制；采集所述壓縮機的三相定子中的兩 相定子繞組的電流la、Ib以計算出三相定子繞組的電流la、Ib、Ic，并對所述三相定子繞組 的電流la、lb、Ic先后進行Clarke和Park坐標(biāo)變換以獲得直軸電流Id、交軸電流Iq;根據(jù) 所述直軸電流IcU交軸電流Iq、直流母線電壓以及上一時刻的直軸電壓UcU交軸電壓Uq獲 得所述壓縮機的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度；根據(jù)給定速度指令對所述轉(zhuǎn)子速度進行調(diào)節(jié)以輸出 給定的idref、iqref，使得所述直軸電流id、交軸電流iq跟蹤所述給定的idref、iqref以 獲得調(diào)節(jié)后的直軸電壓UcU交軸電壓Uq;對所述直軸電壓UcU交軸電壓Uq進行逆Park坐 標(biāo)變換以獲得兩相電壓Uaifa、Ubeta;根據(jù)所述兩相電壓Uaifa、Ubeta進行空間矢量脈沖 寬度調(diào)制以生成PWM信號，并根據(jù)所述PWM信號控制所述控制系統(tǒng)中的三相逆變器以輸出 三相電壓Ua、Ub、Uc至所述壓縮機。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明實施例的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法，不要求用戶擁有關(guān)于被 控對象的先驗知識，用戶只需通過按動一個按鈕或者發(fā)送一個命令即可實現(xiàn)壓縮機的控制 參數(shù)調(diào)諧過程，實現(xiàn)起來非常便利；并且，通過該方法只要進行一次閉環(huán)測試，就可以快速 提取壓縮機控制系統(tǒng)臨界信息，大大減少測試時間，同時由于繼電反饋是在閉環(huán)下進行的， 只要合理選擇繼電器參數(shù)，可以保持過程在工作點附近，根據(jù)獲取到的系統(tǒng)臨界信息，用戶 可以建立完善且準(zhǔn)確的系統(tǒng)模型，在此基礎(chǔ)上既可設(shè)計最優(yōu)PID控制器，又可選取較優(yōu)的 PID控制器參數(shù)，確保系統(tǒng)工作穩(wěn)定且滿足性能指標(biāo)。因此，本發(fā)明的用于壓縮機的控制參 數(shù)自整定方法能夠快速有效地調(diào)節(jié)基于變頻空調(diào)的壓縮機的控制參數(shù)，提高控制參數(shù)整定 精度，延長壓縮機的使用壽命。
[0023] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中 ：
[0025] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法的流程圖；
[0026] 圖2A為基于繼電反饋的控制系統(tǒng)的方框圖；
[0027] 圖2B為一個理想的繼電器環(huán)節(jié)的示意圖；
[0028] 圖2C為理想的繼電器輸入輸出特性曲線圖；
[0029] 圖3為電流環(huán)控制器的PI參數(shù)整定仿真框圖；
[0030] 圖4為電流極限環(huán)振蕩曲線圖；
[0031] 圖5為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法中采用基于 繼電反饋自整定PI控制器的電流環(huán)響應(yīng)曲線圖；
[0032] 圖6為速度環(huán)控制器的PID參數(shù)整定仿真框圖；
[0033] 圖7為速度極限環(huán)振蕩曲線圖；以及
[0034] 圖8為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法中采用基于 繼電反饋自整定PID控制器的速度環(huán)響應(yīng)曲線圖。

【具體實施方式】
[0035] 下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0036] 下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡 化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且 目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重 復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此 夕卜，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到 其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之 "上"的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形 成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。
[0037] 在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語"安裝"、"相連"、 "連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可 以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù) 具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0038] 參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實施例的這些和其他方面。在這些描述 和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施 例的原理的一些方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的 實施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。
[0039] 下面參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明實施例的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法。
[0040] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法的流程圖。如圖1 所示，該用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法包括如下步驟：
[0041]S1，根據(jù)用戶指令控制壓縮機的控制系統(tǒng)進入PID參數(shù)識別模式，其中，PID參數(shù) 識別模式為繼電器模型的反饋測試模式。
[0042] 其中，基于繼電反饋的控制系統(tǒng)如圖2A所示，其中r(t)是系統(tǒng)輸入，e(t)是偏差， u(t)是被控對象的輸入，y(t)是其輸出。一個理想的繼電器環(huán)節(jié)如圖2B所示，將該理想的 繼電器環(huán)節(jié)接入到了系統(tǒng)反饋回路中，會使輸出相位落后輸入-π，此時系統(tǒng)將以Pu為周 期開始振蕩，如圖2C所示。反饋回路中接入了一個幅值為h的標(biāo)準(zhǔn)繼電環(huán)節(jié)，開始時輸入 u為h，經(jīng)過延時d后，系統(tǒng)輸出y開始增加，而此時繼電器的輸出方波信號u(被控對象的 輸入)，對象在此方波的作用下輸出振蕩周期波形；同時對象的輸出信號與設(shè)定值間的偏差 通過反饋回路作為繼電器的輸入信號，使得繼電器輸出方波，如此反復(fù)系統(tǒng)便產(chǎn)生了穩(wěn)定 的極限環(huán)。因此，可以求出系統(tǒng)的極限頻率《 u。
[0043]S2,控制壓縮機在預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)產(chǎn)生抖動以生成擾動信號。
[0044]S3,對擾動信號進行處理以使壓縮機以預(yù)設(shè)的周期和幅度進行來回振蕩，并通過 計算繼電器模型的振蕩周期和幅值以獲得壓縮機的控制系統(tǒng)的控制模型。
[0045]S4,根據(jù)壓縮機的控制系統(tǒng)的控制模型獲得控制系統(tǒng)的PID控制參數(shù)。
[0046] 并且，在步驟S4之后，本發(fā)明的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法還包括：控制 控制系統(tǒng)進入PID控制器控制模式；當(dāng)控制系統(tǒng)處于PID控制器控制模式下獲得的計算值 誤差大于預(yù)設(shè)值時，控制控制系統(tǒng)重新進入PID參數(shù)識別模式。
[0047] 也就是說，在本發(fā)明的實施例中，如圖2A所示，當(dāng)壓縮機的控制系統(tǒng)工作在PID參 數(shù)識別模式下，控制器通過接收外部指令信號后自動產(chǎn)生一個電流信號讓壓縮機在允許的 電流范圍內(nèi)產(chǎn)生抖動以生成擾動信號，壓縮機微小的擾動被捕捉到后，分別經(jīng)過繼電器模 型比例放大模塊、繼電器模型輸出比例限幅模塊、繼電器模型輸出延時模塊的放大、限幅、 延時，使得壓縮機以一定的周期和幅度進行來回振蕩，振蕩的幅度通常要求在±0. 5圈之 內(nèi)，然后通過繼電器模型周期/幅值模塊計算出繼電器模型的振蕩周期和幅值，就可以近 似描繪該壓縮機控制系統(tǒng)的控制模型，然后再通過速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器分別計算出速 度環(huán)和電流環(huán)的PID最優(yōu)控制參數(shù)。執(zhí)行完以上操作后，就順利地辨識出速度環(huán)和電流環(huán) 的比例增益和積分系數(shù)。當(dāng)執(zhí)行完畢后，壓縮機的控制系統(tǒng)就可以轉(zhuǎn)入PID控制器控制模 式并正常工作，其中，若計算值誤差過大則重新進行下一次辨識。
[0048] 在本發(fā)明的一個實施例中，繼電器模型的反饋測試模式包括電流環(huán)繼電器模型的 反饋測試模式和速度環(huán)繼電器模型的反饋測試模式。
[0049] 當(dāng)控制系統(tǒng)進入電流環(huán)繼電器模型的反饋測試模式時，在步驟S3中，對擾動信號 進行放大、限幅、延時處理以獲得電流極限環(huán)振蕩曲線，并根據(jù)電流極限環(huán)振蕩曲線計算電 流環(huán)繼電器模型的振蕩周期和電流極限環(huán)增益，以及獲得控制系統(tǒng)的電流環(huán)控制模型。
[0050] 圖3為電流環(huán)控制器的PI參數(shù)整定仿真框圖。其中，仿真系統(tǒng)中當(dāng)開關(guān)Switchl 和Switch2選擇通道1時，壓縮機的控制系統(tǒng)處于電流環(huán)繼電器模型的反饋測試模式，此時 速度環(huán)不參與參數(shù)辨識?？刂茐嚎s機的控制系統(tǒng)進入電流環(huán)PID參數(shù)自動識別過程，并分 別通過繼電器模型比例放大模塊、繼電器模型輸出比例限幅模塊及輸出延時模塊對擾動信 號進行放大、限幅、延時處理，最終能得到電流極限環(huán)振蕩曲線，如圖4所示。根據(jù)此時系統(tǒng) 輸出的電流極限環(huán)振蕩曲線并通過繼電器模型周期/幅值模塊計算出壓縮機系統(tǒng)的電流 環(huán)繼電器模型的振蕩周期Tu和電流極限環(huán)增益Ku,并且能夠近似得到該壓縮機控制系統(tǒng) 的電流環(huán)控制模型。
[0051] 在步驟S4中，根據(jù)以下公式計算電流環(huán)PI控制器的控制參數(shù)：
[0052] Kp=Cp1Ku (1)
[0053]K1=C11KuGJu (2)
[0054] 其中，Kp為電流環(huán)比例增益，Cpi為電流環(huán)比例增益的預(yù)設(shè)系數(shù)例如實驗經(jīng)驗值系 ,, 數(shù)，Ku為電流極限環(huán)增益，且乂,= ^h為電流環(huán)繼電器模型的幅值，a為電流極限環(huán)振蕩 曲線的幅值，K1為電流環(huán)積分時間常數(shù)，C11為電流環(huán)積分時間常數(shù)的預(yù)設(shè)系數(shù)例如實驗經(jīng) 2π 驗值系數(shù)，為電流極限環(huán)的振蕩頻率，且ATu為電流環(huán)繼電器模型的振蕩周期。
[0055] 按照公式（1)和（2)即可辨識計算出電流環(huán)PI控制器的控制參數(shù)。其中，Cpi可以 等于 6. 733,C11 可以等于L076,ΚΡ=13· 500,1=4568. 7。
[0056] 在步驟S4之后，控制控制系統(tǒng)進入電流環(huán)PI調(diào)節(jié)控制模式，根據(jù)電流環(huán)PI控制 器的控制參數(shù)進行控制；采集壓縮機的三相定子中的兩相定子繞組的電流la、Ib以計算出 三相定子繞組的電流la、lb、Ic,并對三相定子繞組的電流la、lb、Ic先后進行Clarke和 Park坐標(biāo)變換以獲得直軸電流IcU交軸電流Iq，使得直軸電流IcU交軸電流Iq跟蹤給定的 idref、iqref以獲得調(diào)節(jié)后的直軸電壓UcU交軸電壓Uq;對直軸電壓UcU交軸電壓Uq進行 逆Park坐標(biāo)變換以獲得兩相電壓Uaifa、Ubeta;根據(jù)兩相電壓Uaifa、Ubeta進行空間矢量 脈沖寬度調(diào)制以生成PWM信號，并根據(jù)PWM信號控制控制系統(tǒng)中的三相逆變器以輸出三相 電壓Ua、Ub、Uc至壓縮機。
[0057] 即言，當(dāng)電流環(huán)的PI控制器的控制參數(shù)辨識完后，把仿真系統(tǒng)中Switchl和 Switch2選擇通道2,壓縮機的控制系統(tǒng)進入于正常的電流環(huán)PI調(diào)節(jié)控制狀態(tài)。其中，電流 環(huán)矢量控制具體過程如下：當(dāng)系統(tǒng)給定一階躍響應(yīng)電流指令信號時，壓縮機控制系統(tǒng)首先 通過采樣電阻采集三相定子中的兩相定子繞組電流la,Ib,之后再先后通過Clarke和Park 變換，將電流由三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q上。然后通過辨識好的電流調(diào) 節(jié)器計算，使得Id、Iq的值跟蹤給定的idref、iqref，接著再通過Park逆變換和Clarke逆 變換將電流還原回三相靜止坐標(biāo)系上去，最后通過空間矢量模塊產(chǎn)生PWM信號，并通過三 相電壓型逆變器輸出三相正弦交流電他、仙、此，供給壓縮機。在經(jīng)過？1參數(shù)自動識別后， 在給定階躍信號時的電流環(huán)響應(yīng)曲線如圖5所示。
[0058] 在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)控制系統(tǒng)進入速度環(huán)繼電器模型的反饋測試模式 時，在步驟S3中，對擾動信號進行放大、限幅、延時處理以獲得速度極限環(huán)振蕩曲線，并根 據(jù)速度極限環(huán)振蕩曲線計算速度環(huán)繼電器模型的振蕩周期和速度極限環(huán)增益，以及獲得控 制系統(tǒng)的速度環(huán)控制模型。
[0059] 圖6為速度環(huán)控制器的PID參數(shù)整定仿真框圖。其中，仿真系統(tǒng)中當(dāng)開關(guān)Switchl 和Switch2選擇通道1時，壓縮機的控制系統(tǒng)處于速度環(huán)繼電器模型的反饋測試模式，此時 電流環(huán)不參與參數(shù)辨識。控制壓縮機的控制系統(tǒng)進入速度環(huán)PID參數(shù)自動識別過程，并分 別通過繼電器模型比例放大模塊、繼電器模型輸出比例限幅模塊及輸出延時模塊對擾動信 號進行放大、限幅、延時處理，最終能得到速度極限環(huán)振蕩曲線，如圖7所示。根據(jù)此時系統(tǒng) 輸出的速度極限環(huán)振蕩曲線并通過繼電器模型周期/幅值模塊計算出壓縮機系統(tǒng)的速度 環(huán)繼電器模型的振蕩周期Tu和速度極限環(huán)增益Ku,并且能夠近似得到該壓縮機控制系統(tǒng) 的速度環(huán)控制模型。
[0060] 在步驟S4中，根據(jù)以下公式計算速度環(huán)PID控制器的控制參數(shù)：
[0061] Kp=CpvKu (3)
[0062] K1=CivKuGJ u (4) κ
[0063] Kd =cDr- 〔5) ω?
[0064]其中，Kp為速度環(huán)比例增益，Cpv為速度環(huán)比例增益的預(yù)設(shè)系數(shù)例如實驗經(jīng)驗值系 Ah 數(shù)，Ku為速度極限環(huán)增益，且夂"= 一h為速度環(huán)繼電器模型的幅值，a為速度極限環(huán)振蕩 m, 曲線的幅值，K1為速度環(huán)積分時間常數(shù)，Civ為速度環(huán)積分時間常數(shù)的預(yù)設(shè)系數(shù)例如實驗經(jīng) 驗值系數(shù)，Kd為速度環(huán)微分時間常數(shù)，Cdv為速度環(huán)微分時間常數(shù)的預(yù)設(shè)系數(shù)例如實驗經(jīng)驗 值系數(shù)，為速度極限環(huán)的振蕩頻率，且ATu為速度環(huán)繼電器模型的振蕩周期。
[0065] 按照公式（3)、（4)和（5)即可辨識計算出速度環(huán)PID控制器的控制參數(shù)。其 中，Cpv可以等于68. 35, Civ可以等于228. 37, Cdv可以等于0.9613, 1=232. 69, Kp=O. 868， Kd=O. 00015。
[0066] 在步驟S4之后，控制控制系統(tǒng)進入速度環(huán)PID調(diào)節(jié)控制模式，根據(jù)速度環(huán)PID控 制器的控制參數(shù)進行控制；采集壓縮機的三相定子中的兩相定子繞組的電流la、Ib以計算 出三相定子繞組的電流la、lb、Ic，并對三相定子繞組的電流la、lb、Ic先后進行Clarke和 Park坐標(biāo)變換以獲得直軸電流IcU交軸電流Iq;根據(jù)直軸電流IcU交軸電流Iq、直流母線 電壓以及上一時刻的直軸電壓UcU交軸電壓Uq獲得壓縮機的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度；根據(jù)給 定速度指令對轉(zhuǎn)子速度進行調(diào)節(jié)以輸出給定的idref、iqref，使得直軸電流id、交軸電流 iq跟蹤給定的idref、iqref以獲得調(diào)節(jié)后的直軸電壓UcU交軸電壓Uq;對直軸電壓UcU交 軸電壓Uq進行逆Park坐標(biāo)變換以獲得兩相電壓Uaifa、Ubeta;根據(jù)兩相電壓Uaifa、Ubeta 進行空間矢量脈沖寬度調(diào)制以生成PWM信號，并根據(jù)PWM信號控制控制系統(tǒng)中的三相逆變 器以輸出三相電壓Ua、Ub、Uc至壓縮機。
[0067] 即言，當(dāng)速度環(huán)的PID控制器的控制參數(shù)辨識完后，把仿真系統(tǒng)中Switchl和 Switch2選擇通道2,壓縮機的控制系統(tǒng)進入于正常的速度環(huán)電流環(huán)雙閉環(huán)控制狀態(tài)。其 中，變頻空調(diào)中壓縮機無位置傳感器矢量控制的具體控制過程如下：
[0068] ①首先通過電流檢測模塊檢測得到三相定子的兩相電流la、Ib，然后通過Clark 變換和Park變換化為d_q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的電流值Id、Iq，分別作為d軸和q軸電流調(diào)節(jié)器的 反饋輸入和轉(zhuǎn)子角度速度估計模塊的輸入；
[0069] ②通過反饋電流Id、Iq，直流母線電壓以及上一時刻d_q軸的輸出電壓UcUUq作 為轉(zhuǎn)子角度速度估計模塊的輸入計算出壓縮機的轉(zhuǎn)子的位置Θ和轉(zhuǎn)子的速度ωΓ;
[0070] ③速度指令信號ω*與檢測到的轉(zhuǎn)子速度信號ωΓ相比較，經(jīng)速度調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)， 輸出Iqref指令信號，作為q軸電流調(diào)節(jié)器給定信號，d軸電流調(diào)節(jié)器的給定信號Idref=O;
[0071] ④d軸和q軸電流的給定和反饋之間的偏差分別輸入到d軸和q軸的電流調(diào)節(jié)器， 經(jīng)過調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)后輸出電壓Ud和Uq，再經(jīng)過Park逆變換分別化為α-β坐標(biāo)系的電壓 Uα和Uβ，作為SVP麗模塊的輸入；
[0072] ⑤SVPWM模塊的輸出驅(qū)動三相逆變器，產(chǎn)生頻率和幅值可變的三相正弦電流控制 壓縮機。在經(jīng)過PID參數(shù)自動識別后，在給定階躍信號時的速度環(huán)響應(yīng)曲線如圖8所示。
[0073] 在本發(fā)明的實施例中，按上述方法設(shè)計繼電反饋測試技術(shù)對速度環(huán)和電流環(huán)控制 器參數(shù)進行自整定，其中，需要說明的是，壓縮機的控制系統(tǒng)進行繼電反饋測試時應(yīng)遵守以 下的幾項參數(shù)設(shè)定原則：
[0074] 1.進行繼電反饋測試時，在保證系統(tǒng)運行在安全范圍的前提下，應(yīng)當(dāng)選取較 大的延遲模塊，在本發(fā)明的一個示例中，延遲模塊與極限頻率的乘積在如下范圍內(nèi)： π/3〈D*c〇u〈Ji/2,其中D為延遲時間，（Ou為系統(tǒng)的極限頻率；
[0075] 2.在保證系統(tǒng)能起振的前提下，應(yīng)當(dāng)選擇較小的繼電幅值；
[0076] 3.進行繼電反饋測試時，繼電斜率的變化對辨識結(jié)果的影響可以忽略不計。
[0077] 因此，本發(fā)明采用繼電反饋的壓縮機控制系統(tǒng)參數(shù)自整定技術(shù)主要由電流環(huán)控制 器的繼電整定、電流環(huán)控制器參數(shù)計算和速度環(huán)控制器的繼電整定、速度環(huán)控制器參數(shù)計 算四大部分組成。
[0078] 本發(fā)明的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法可以集成到控制程序中，運行效果良 好，在不同負(fù)載慣量比條件下能快速、準(zhǔn)確辨識系統(tǒng)模型和尋找最優(yōu)參數(shù)，并且相關(guān)的性能 指標(biāo)也在預(yù)想的范圍內(nèi)。例如振幅為±0. 5圈，繼電延時在20ms到45ms時，便可穩(wěn)定辨 識系統(tǒng)；同時在4倍于電機慣量的條件下，采用識別后的最優(yōu)參數(shù)，性能也得了到一定的提 升，速度階躍響應(yīng)超調(diào)量非常小。
[0079] 因此說，本發(fā)明的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法在繼電反饋辨識時不需要過 程的先驗知識，可以自動的從被控對象的頻率響應(yīng)中抽取信息，而這些信息通常足夠PID 控制器的設(shè)計，這就使得快速尋找PID最優(yōu)參數(shù)成為可能。其中，繼電反饋辨識方法有三個 優(yōu)點：①它辨識出了重要頻率點上的系統(tǒng)信息，即極限頻率（相位角是-η時的頻率）；② 因為它是閉環(huán)實驗，所以系統(tǒng)不會從額定的工作點產(chǎn)生嚴(yán)重的漂移；③對于大延時系統(tǒng)，它 比傳統(tǒng)的階躍和脈沖實驗方法更加有效率，例如實驗時間大概僅是極限振蕩周期的2到4 倍。并且，本發(fā)明的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法可適應(yīng)不同的負(fù)載慣量，能快速地找 到相應(yīng)的控制參數(shù)，在測試中對不同慣量下中低高速的階躍相應(yīng)具有很好的性能，基本上 達到預(yù)期的進度和目標(biāo)。此外，能夠大大縮短配套不同電機時參數(shù)調(diào)整時間，同時，也能減 少維護、提高性能、增強適應(yīng)性，同時每次整定后的值均比較穩(wěn)定，不會出現(xiàn)太大的波動。
[0080] 根據(jù)本發(fā)明實施例的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法，不要求用戶擁有關(guān)于被 控對象的先驗知識，用戶只需通過按動一個按鈕或者發(fā)送一個命令即可實現(xiàn)壓縮機的控制 參數(shù)調(diào)諧過程，實現(xiàn)起來非常便利；并且，通過該方法只要進行一次閉環(huán)測試，就可以快速 提取壓縮機控制系統(tǒng)臨界信息，大大減少測試時間，同時由于繼電反饋是在閉環(huán)下進行的， 只要合理選擇繼電器參數(shù)，可以保持過程在工作點附近，根據(jù)獲取到的系統(tǒng)臨界信息，用戶 可以建立完善且準(zhǔn)確的系統(tǒng)模型，在此基礎(chǔ)上既可設(shè)計最優(yōu)PID控制器，又可選取較優(yōu)的 PID控制器參數(shù)，確保系統(tǒng)工作穩(wěn)定且滿足性能指標(biāo)。因此，本發(fā)明的用于壓縮機的控制參 數(shù)自整定方法能夠快速有效地調(diào)節(jié)基于變頻空調(diào)的壓縮機的控制參數(shù)，提高控制參數(shù)整定 精度，延長壓縮機的使用壽命。
[0081] 流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括 一個或更多個用于實現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部 分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的范圍包括另外的實現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順 序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明 的實施例所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員所理解。
[0082] 在流程圖中表示或在此以其他方式描述的邏輯和/或步驟，例如，可以被認(rèn)為是 用于實現(xiàn)邏輯功能的可執(zhí)行指令的定序列表，可以具體實現(xiàn)在任何計算機可讀介質(zhì)中，以 供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備(如基于計算機的系統(tǒng)、包括處理器的系統(tǒng)或其他可以從指令 執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備取指令并執(zhí)行指令的系統(tǒng)）使用，或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或 設(shè)備而使用。就本說明書而言，"計算機可讀介質(zhì)"可以是任何可以包含、存儲、通信、傳播 或傳輸程序以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備而使用 的裝置。計算機可讀介質(zhì)的更具體的示例(非窮盡性列表）包括以下：具有一個或多個布線 的電連接部（電子裝置)，便攜式計算機盤盒(磁裝置)，隨機存取存儲器（RAM)，只讀存儲器 (R0M)，可擦除可編輯只讀存儲器（EPROM或閃速存儲器)，光纖裝置，以及便攜式光盤只讀存 儲器（⑶ROM)。另外，計算機可讀介質(zhì)甚至可以是可在其上打印所述程序的紙或其他合適的 介質(zhì)，因為可以例如通過對紙或其他介質(zhì)進行光學(xué)掃描，接著進行編輯、解譯或必要時以其 他合適方式進行處理來以電子方式獲得所述程序，然后將其存儲在計算機存儲器中。
[0083]應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現(xiàn)。在上述 實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件 或固件來實現(xiàn)。例如，如果用硬件來實現(xiàn)，和在另一實施方式中一樣，可用本領(lǐng)域公知的下 列技術(shù)中的任一項或他們的組合來實現(xiàn)：具有用于對數(shù)據(jù)信號實現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路 的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列（PGA)，現(xiàn)場 可編程門陣列（FPGA)等。
[0084]本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法攜帶的全部或部分步 驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介 質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。
[0085]此外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理模塊中，也可以 是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。上述集成的模 塊既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)。所述集成的模塊如 果以軟件功能模塊的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機 可讀取存儲介質(zhì)中。
[0086] 上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。
[0087]在本說明書的描述中，參考術(shù)語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不 一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何 的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0088] 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以 理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換 和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，包括如下步驟： S1，根據(jù)用戶指令控制壓縮機的控制系統(tǒng)進入PID參數(shù)識別模式，其中，所述PID參數(shù) 識別模式為繼電器模型的反饋測試模式； 52, 控制所述壓縮機在預(yù)設(shè)電流范圍內(nèi)產(chǎn)生抖動W生成擾動信號； 53, 對所述擾動信號進行處理W使所述壓縮機W預(yù)設(shè)的周期和幅度進行來回振蕩，并 通過計算所述繼電器模型的振蕩周期和幅值W獲得所述壓縮機的控制系統(tǒng)的控制模型； 54, 根據(jù)所述壓縮機的控制系統(tǒng)的控制模型獲得所述控制系統(tǒng)的PID控制參數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，在所述步驟 S4之后，還包括： 控制所述控制系統(tǒng)進入PID控制器控制模式； 當(dāng)所述控制系統(tǒng)處于所述PID控制器控制模式下獲得的計算值誤差大于預(yù)設(shè)值時，控 制所述控制系統(tǒng)重新進入所述PID參數(shù)識別模式。
3. 如權(quán)利要求1所述的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，所述繼電器 模型的反饋測試模式包括電流環(huán)繼電器模型的反饋測試模式和速度環(huán)繼電器模型的反饋 測試模式。
4. 如權(quán)利要求3所述的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，當(dāng)所述控制 系統(tǒng)進入所述電流環(huán)繼電器模型的反饋測試模式時，在所述步驟S3中，對所述擾動信號進 行放大、限幅、延時處理W獲得電流極限環(huán)振蕩曲線，并根據(jù)所述電流極限環(huán)振蕩曲線計算 所述電流環(huán)繼電器模型的振蕩周期和電流極限環(huán)增益，W及獲得所述控制系統(tǒng)的電流環(huán)控 制模型。
5. 如權(quán)利要求4所述的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，在所述步驟 S4中，根據(jù)W下公式計算電流環(huán)PI控制器的控制參數(shù)： K尸C円Ku Ki=CiiKu?u 其中，Kp為電流環(huán)比例增益，Cpi為電流環(huán)比例增益的預(yù)設(shè)系數(shù)，Ku為所述電流極限環(huán)增 益，且h為所述電流環(huán)繼電器模型的幅值，a為所述電流極限環(huán)振蕩曲線的幅值， Ki為電流環(huán)積分時間常數(shù)，C。為電流環(huán)積分時間常數(shù)的預(yù)設(shè)系數(shù)，UU為電流極限環(huán)的振蕩 2巧 頻率，且巧Tu為所述電流環(huán)繼電器模型的振蕩周期。
6. 如權(quán)利要求5所述的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，在所述步驟 S4之后，還包括： 控制所述控制系統(tǒng)進入電流環(huán)PI調(diào)節(jié)控制模式，根據(jù)所述電流環(huán)PI控制器的控制參 數(shù)進行控制； 采集所述壓縮機的H相定子中的兩相定子繞組的電流la、Ib W計算出H相定子繞組 的電流la、扣、Ic，并對所述H相定子繞組的電流la、扣、Ic先后進行Clarke和Park坐標(biāo)變 換W獲得直軸電流Id、交軸電流Iq，使得所述直軸電流Id、交軸電流Iq跟蹤給定的i化ef、 iqref W獲得調(diào)節(jié)后的直軸電壓Ud、交軸電壓化； 對所述直軸電壓Ud、交軸電壓化進行逆Park坐標(biāo)變換w獲得兩相電壓化ifa、化eta ; 根據(jù)所述兩相電壓化ifa、化eta進行空間矢量脈沖寬度調(diào)制W生成PWM信號，并根據(jù) 所述PWM信號控制所述控制系統(tǒng)中的H相逆變器W輸出H相電壓化、化、化至所述壓縮機。
7. 如權(quán)利要求3所述的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，當(dāng)所述控制 系統(tǒng)進入所述速度環(huán)繼電器模型的反饋測試模式時，在所述步驟S3中，對所述擾動信號進 行放大、限幅、延時處理W獲得速度極限環(huán)振蕩曲線，并根據(jù)所述速度極限環(huán)振蕩曲線計算 所述速度環(huán)繼電器模型的振蕩周期和速度極限環(huán)增益，W及獲得所述控制系統(tǒng)的速度環(huán)控 制模型。
8. 如權(quán)利要求7所述的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，在所述步驟 S4中，根據(jù)W下公式計算速度環(huán)PID控制器的控制參數(shù)： Kp=CpvKu K]：-CivKu。U K -C ^ 氏D _以DV 巧， 其中，Kp為速度環(huán)比例增益，Cpv為速度環(huán)比例增益的預(yù)設(shè)系數(shù)，Ku為所述速度極限環(huán)增 益，且h為所述速度環(huán)繼電器模型的幅值，a為所述速度極限環(huán)振蕩曲線的幅值， Ki為速度環(huán)積分時間常數(shù)，C"為速度環(huán)積分時間常數(shù)的預(yù)設(shè)系數(shù)，Kd為速度環(huán)微分時間常 數(shù)，Cdv為速度環(huán)微分時間常數(shù)的預(yù)設(shè)系數(shù)，為速度極限環(huán)的振蕩頻率，且Tu為 U ， 所述速度環(huán)繼電器模型的振蕩周期。
9. 如權(quán)利要求8所述的用于壓縮機的控制參數(shù)自整定方法，其特征在于，在所述步驟 S4之后，還包括： 控制所述控制系統(tǒng)進入速度環(huán)PID調(diào)節(jié)控制模式，根據(jù)所述速度環(huán)PID控制器的控制 參數(shù)進行控制； 采集所述壓縮機的H相定子中的兩相定子繞組的電流la、Ib W計算出H相定子繞組 的電流la、扣、Ic，并對所述H相定子繞組的電流la、扣、Ic先后進行Clarke和Park坐標(biāo) 變換W獲得直軸電流Id、交軸電流Iq ; 根據(jù)所述直軸電流Id、交軸電流Iq、直流母線電壓W及上一時刻的直軸電壓Ud、交軸 電壓化獲得所述壓縮機的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度； 根據(jù)給定速度指令對所述轉(zhuǎn)子速度進行調(diào)節(jié)W輸出給定的i化ef、iqref，使得所述直 軸電流id、交軸電流iq跟蹤所述給定的i化ef、iqref W獲得調(diào)節(jié)后的直軸電壓Ud、交軸電 壓化； 對所述直軸電壓Ud、交軸電壓化進行逆Park坐標(biāo)變換W獲得兩相電壓化ifa、化eta ; 根據(jù)所述兩相電壓化ifa、化eta進行空間矢量脈沖寬度調(diào)制W生成PWM信號，并根據(jù) 所述PWM信號控制所述控制系統(tǒng)中的H相逆變器W輸出H相電壓化、化、化至所述壓縮機。
【文檔編號】H02P21/14GK104426448SQ201310368648
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】暨綿浩 申請人:廣東美的制冷設(shè)備有限公司