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一種無(wú)感PMSM矢量控制角度追蹤切換啟動(dòng)壓縮機(jī)的方法與流程

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一種無(wú)感PMSM矢量控制角度追蹤切換啟動(dòng)壓縮機(jī)的方法與流程

本發(fā)明涉及壓縮機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域,具體涉及一種無(wú)感PMSM矢量控制角度追蹤切換啟動(dòng)壓縮機(jī)的方法。



背景技術(shù):

永磁同步電機(jī)(permanent magnet synchronous motor,PMSM)憑借體積小、功率密度高、效率高等顯著優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)逐步應(yīng)用到了汽車空調(diào)變頻壓縮機(jī)中。永磁同步電機(jī)(PMSM)變頻驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)由于壓縮機(jī)設(shè)計(jì)密封、體積、工作環(huán)境等原因無(wú)法實(shí)現(xiàn)位置傳感器的安裝,此外,為了提高汽車駕駛舒適性也要求必須控制壓縮機(jī)噪聲,因此采用無(wú)感PMSM矢量控制方式一直都是主要的研究方向之一。

由壓縮機(jī)工作原理和負(fù)載特性可知,壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)矩是周期性變化的,特別是對(duì)于工作一段時(shí)間后,停機(jī)再啟動(dòng)時(shí),負(fù)載很大,在壓縮機(jī)啟動(dòng)過程中,由開環(huán)加速到閉環(huán)切換的瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的電流,容易造成瞬間過流保護(hù),但是,無(wú)感運(yùn)行方式的壓縮機(jī)控制驅(qū)動(dòng)裝置必須平穩(wěn)可靠的切換過渡,目前的啟動(dòng)方法不能很好的滿足這一要求。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷,本發(fā)明的目的在于提供一種啟動(dòng)平穩(wěn)、切換平滑、且能降低運(yùn)行噪聲的無(wú)感PMSM矢量控制角度追蹤切換啟動(dòng)壓縮機(jī)的方法。

為達(dá)到以上目的,本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:

一種無(wú)感PMSM矢量控制角度追蹤切換啟動(dòng)壓縮機(jī)的方法,該方法包括以下步驟:

采用矢量控制方式對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行控制;

啟動(dòng)壓縮機(jī),設(shè)置壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子的預(yù)設(shè)角度,并逐漸提升壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速;

在提升壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速的過程中,以所述預(yù)設(shè)角度為初始值,采用迭代法估算轉(zhuǎn)子的速度和位置角度;以及

當(dāng)估算的轉(zhuǎn)子的速度穩(wěn)定時(shí),確定對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子的實(shí)際角度,檢測(cè)轉(zhuǎn)子的所述預(yù)設(shè)角度和實(shí)際角度的角度差,通過閉環(huán)控制使角度差逐漸縮小,使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)入自同步運(yùn)行模式。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,所述采用迭代法估算轉(zhuǎn)子的速度和位置角度的步驟包括:

S1:采樣重構(gòu)壓縮機(jī)相電流Ia、Ib;

S2:通過Clark變換將壓縮機(jī)相電流Ia、Ib變換為α、β坐標(biāo)系下的電流Iα、Iβ

S3:根據(jù)Iα、Iβ和所述預(yù)設(shè)角度通過Park變換,變換為d、q坐標(biāo)系下的電流Id、Iq;

S4:將Id、Iq再與速度環(huán)結(jié)合MTPA算法計(jì)算后的電流參考值Id*、Iq*進(jìn)行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)后得到d、q坐標(biāo)系下的電壓Vd、Vq;

S5:通過RePark變換將Vd、Vq變換為α、β坐標(biāo)系下的電壓Vα、Vβ;

S6:將Iα、Iβ、Vα、Vβ和母線電壓Vdc進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算后得到反電勢(shì)eα和eβ,根據(jù)eα和eβ得到轉(zhuǎn)子的速度和位置角度;

S7:將步驟S6中得到的轉(zhuǎn)子的位置角度代替步驟S3中的預(yù)設(shè)角度,并重復(fù)步驟S1-S6,直到估算的轉(zhuǎn)子的速度趨于穩(wěn)定時(shí)停止迭代。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,所述步驟S6中將eα和eβ再通過PLL鎖相環(huán)法計(jì)算得到轉(zhuǎn)子的速度和位置角度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:

本發(fā)明的無(wú)感PMSM矢量控制角度追蹤切換啟動(dòng)壓縮機(jī)的方法,其通過設(shè)置壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子的預(yù)設(shè)角度,然后采用迭代法估算轉(zhuǎn)子的速度和位置角度,當(dāng)估算的轉(zhuǎn)子的速度穩(wěn)定后,確定對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子的實(shí)際角度,檢測(cè)轉(zhuǎn)子的預(yù)設(shè)角度和實(shí)際角度的角度差,通過閉環(huán)控制使角度差逐漸縮小,當(dāng)預(yù)設(shè)角度與實(shí)際角度基本重合時(shí),快速切換到實(shí)際角度運(yùn)行,壓縮機(jī)自然的轉(zhuǎn)入自同步運(yùn)行模式,最后根據(jù)設(shè)定的電流和轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)運(yùn)行。這種啟動(dòng)方法啟動(dòng)平穩(wěn)、切換平滑、且能降低壓縮機(jī)運(yùn)行噪聲。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中矢量控制系統(tǒng)的示意圖;

圖2為本發(fā)明中電流采樣電路原理圖;

圖3為本發(fā)明中角度追蹤的原理圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供一種無(wú)感PMSM矢量控制角度追蹤切換啟動(dòng)壓縮機(jī)的方法,該方法包括以下步驟:

采用矢量控制方式對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行控制。本發(fā)明中的矢量控制又稱之為磁場(chǎng)定向控制(Field Oriented Control,F(xiàn)OC),是通過控制變頻器輸出電壓的幅值和頻率控制三相交流電機(jī)的一種變頻驅(qū)動(dòng)控制方法。

啟動(dòng)壓縮機(jī),設(shè)置壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子的預(yù)設(shè)角度,并逐漸提升壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。

在提升壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速的過程中,以預(yù)設(shè)角度為初始值,采用迭代法估算轉(zhuǎn)子的速度和位置角度。

參見圖1所示,壓縮機(jī)的位置與速度反饋模塊與相電流采樣模塊采用虛線連接,這表示實(shí)際系統(tǒng)中不需要物理連接,位置與速度反饋模塊采用算法估算出來(lái),本發(fā)明中采用迭代法估算轉(zhuǎn)子的速度和位置角度的步驟包括:

S1:采樣重構(gòu)壓縮機(jī)相電流Ia、Ib;

永磁同步電機(jī)(PMSM)實(shí)行FOC控制,需要使用電流閉環(huán),在安裝空間有限的情況下,需要舍棄封裝體積較大的電流傳感器,采用逆變橋下橋低端安裝電阻的方式來(lái)采樣電流。參見圖2所示,這種方式由于只能在對(duì)應(yīng)的下橋開關(guān)T2、T4、T6打開時(shí),才有電流流過采樣電阻R1、R2和R3,才能采樣。因此所采集的相電流受限,必須采用電流重構(gòu)算法來(lái)還原出三相電流。

本發(fā)明重構(gòu)壓縮機(jī)相電流的具體實(shí)施步驟為:根據(jù)空間矢量扇區(qū)判斷原則,預(yù)先安排好將要采集的某兩相電流的隊(duì)列,然后設(shè)置判電流的采集時(shí)刻,當(dāng)采樣時(shí)刻到達(dá)后,啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換器,進(jìn)行雙路同時(shí)采樣,采集到的兩相電流,再按規(guī)則區(qū)分出濾波,然后再計(jì)算出第三相電流。當(dāng)空間矢量SVPWM占空比較高時(shí),由于下橋開通時(shí)間變短,導(dǎo)致電流的采集窗口變小甚至失效,為了能正常運(yùn)行FOC,此時(shí)需要采用推算的方法,使用先前的數(shù)據(jù)判斷或人為插入新的采樣窗口的方法來(lái)采集相電流。

S2:通過Clark變換將壓縮機(jī)相電流Ia、Ib變換為α、β坐標(biāo)系下的電流Iα、Iβ

S3:根據(jù)Iα、Iβ和所述預(yù)設(shè)角度通過Park變換,變換為d、q坐標(biāo)系下的電流Id、Iq

S4:將Id、Iq再與速度環(huán)結(jié)合MTPA算法計(jì)算后的電流參考值Id*、Iq*進(jìn)行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)后得到d、q坐標(biāo)系下的Vd、Vq。

上述MPTA算法和PI閉環(huán)調(diào)節(jié)的工作步驟為:

參見圖1所示,根據(jù)速度環(huán)輸出的Q軸的電流參考值Iq*,依據(jù)預(yù)先由電機(jī)參數(shù)定子電阻Rs、D軸電感Ld、Q軸電感Lq和永磁鏈Ψf計(jì)算好的表格,進(jìn)行插值獲取D軸電流參考值Id*,從而實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩最小電流控制。由Q軸和D軸電流參考值Iq*和Id*結(jié)合電流兩次坐標(biāo)變換得到的Id和Iq進(jìn)行線性PI運(yùn)算,線性PI包含了比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié),分別控制系統(tǒng)的高頻增益和低頻帶寬,最終得到Vd和Vq

S5:通過RePark變換將Vd、Vq變換為α、β坐標(biāo)系下的電壓Vα、Vβ

S6:將Iα、Iβ、Vα、Vβ和母線電壓Vdc進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算后得到反電勢(shì)eα和eβ,根據(jù)eα和eβ得到轉(zhuǎn)子的速度和位置角度。

本發(fā)明中將eα和eβ再通過PLL(Phase Locked Loop)鎖相環(huán)法計(jì)算得到轉(zhuǎn)子的速度和位置角度。

S7:將步驟S6中得到的轉(zhuǎn)子的位置角度代替步驟S3中的預(yù)設(shè)角度,并重復(fù)步驟S1-S6,直到估算的轉(zhuǎn)子的速度趨于穩(wěn)定時(shí)停止迭代。

轉(zhuǎn)子的速度趨于穩(wěn)定是指,根據(jù)多次迭代得到的轉(zhuǎn)子的速度的波動(dòng)在一定范圍內(nèi)即可認(rèn)為轉(zhuǎn)子的速度趨于穩(wěn)定。

當(dāng)轉(zhuǎn)子的速度和位置角度估算出來(lái)后,便可確定轉(zhuǎn)子的實(shí)際角度。當(dāng)估算的轉(zhuǎn)子的速度穩(wěn)定時(shí),確定對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子的實(shí)際角度,檢測(cè)轉(zhuǎn)子的預(yù)設(shè)角度和實(shí)際角度的角度差,通過閉環(huán)控制使角度差逐漸縮小,使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)入自同步運(yùn)行模式。

空調(diào)壓縮機(jī)負(fù)載對(duì)于啟動(dòng)過程的要求比較高,無(wú)感矢量控制來(lái)控制壓縮機(jī)必須通過復(fù)雜的算法和可靠的硬件電路滿足大負(fù)載、頻繁啟動(dòng)的要求,啟動(dòng)過程中力求沖擊電流小、啟動(dòng)平穩(wěn),為了盡快的讓壓縮機(jī)內(nèi)部PMSM進(jìn)入同步運(yùn)行模式,自適應(yīng)負(fù)載電流,本發(fā)明設(shè)計(jì)了矢量角度追蹤啟動(dòng)的算法,原理參見圖3所示。從圖3可以看出,本發(fā)明使用的角度追蹤方式是在矢量坐標(biāo)下進(jìn)行的,Ψf為永磁鏈,Mf為預(yù)設(shè)磁場(chǎng)角度,θ*為轉(zhuǎn)子的預(yù)設(shè)角度,θ為轉(zhuǎn)子的實(shí)際角度,Δθ為轉(zhuǎn)子的實(shí)際角度與轉(zhuǎn)子的預(yù)設(shè)角度的差值,壓縮機(jī)在啟動(dòng)時(shí)由于角度未知,無(wú)法自同步運(yùn)行,所以在低速階段,必須采用人工強(qiáng)制升速,在升速啟動(dòng)過程中,檢測(cè)角度差,并通過調(diào)整預(yù)設(shè)角度的大小來(lái)控制角度差逐漸縮小。然后自然過渡到轉(zhuǎn)子的實(shí)際磁場(chǎng)角度上,通過這樣的控制器方式可以很好降低角度切換時(shí)帶來(lái)的電流波形畸形沖擊,使壓縮機(jī)在重載條件下也能平穩(wěn)啟動(dòng)。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式,對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾,這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。

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