本發(fā)明涉及空調(diào)控制技術(shù)，特別涉及電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)控制方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的變頻電機(jī)控制技術(shù)，需要電機(jī)廠家提供電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)，這是由電機(jī)動(dòng)力學(xué)方程決定的，其中J為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，T_e為轉(zhuǎn)矩，T_l為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，B_m為粘滯摩擦系數(shù)，而ω為電機(jī)機(jī)械角速度。當(dāng)需要對(duì)大量的不同電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，常常把電機(jī)參數(shù)存儲(chǔ)在類似EEPROM中，保留控制程序不變，能夠解決對(duì)不同壓縮機(jī)等電機(jī)的控制，但這一方法存在如下技術(shù)問題：一是需要EEPROM，增加硬件成本，二是，當(dāng)用戶的變頻空調(diào)出現(xiàn)問題，需要維修時(shí)，如果此時(shí)采用新的控制電路或者新的控制軟件進(jìn)行替換原來的控制板時(shí)，可能并不知道電機(jī)的具體參數(shù)，無法快速實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)控制電路及控制軟件的替代。

申請(qǐng)?zhí)?00910195515.0的中國(guó)專利-“交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器”存在以下問題:

1)公式本身就是不夠準(zhǔn)確的,后續(xù)一切結(jié)論都是不夠準(zhǔn)確的，這是由于通過公式即使忽略B_mω這一項(xiàng)，也無法獲得公式

2)公式要求“第一加速階段和第二加速階段的加速時(shí)間分別都是10毫秒”是居于將第一加速階段的公式(2)與第二加速階段的公式(3)作差求得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中轉(zhuǎn)矩的變化一般不會(huì)快于20毫秒，也就是說可以近似認(rèn)為第一加速階段的與是相等的，這一假設(shè)條件下獲得的，既然有假設(shè)，就有可能出現(xiàn)與假設(shè)不相符的條件，因而獲得的結(jié)論也不可靠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)控制方法，解決變頻電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量自動(dòng)獲取問題。

為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速兩個(gè)階段不同的加速度和加速時(shí)間,根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的周期性,采樣每個(gè)階段負(fù)載轉(zhuǎn)矩和每個(gè)波動(dòng)周期對(duì)應(yīng)的電機(jī)d/q軸電流,并根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電流關(guān)系及電機(jī)動(dòng)力學(xué)方程模型，獲得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

進(jìn)一步的，本發(fā)明根據(jù)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的周期時(shí)間和電機(jī)轉(zhuǎn)子位置成周期性波動(dòng)性質(zhì)，其波動(dòng)周期與電機(jī)轉(zhuǎn)速周期相同，利用在電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)變化不變的條件下，對(duì)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一個(gè)周期的積分值相同的特點(diǎn)，獲得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的具體步驟包括：

a、設(shè)置電流采樣頻率f_s，控制電機(jī)從停止?fàn)顟B(tài)加速到轉(zhuǎn)速為f₀狀態(tài)，按照公式:四舍五入取整,獲得計(jì)數(shù)值m,其中n為正整數(shù)；

b、按照第一加速度ρ₁控制電機(jī)運(yùn)行,依據(jù)采樣頻率f_s對(duì)電機(jī)d/q軸電流進(jìn)行采樣,共獲得m個(gè)電流I_d1i、I_q1i,i＝1,2,......m,進(jìn)而獲得

c、按照第二加速度ρ₂控制電機(jī)運(yùn)行,ρ₁≠ρ₂,依據(jù)采樣頻率f_s對(duì)電機(jī)d/q軸電流進(jìn)行采樣,共獲得m個(gè)電流I_d2i、I_q2i,i＝1,2,......m,進(jìn)而獲得

e、按照公式計(jì)算獲得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，其中L_d、L_q分別為電機(jī)d/q軸電感,p為電機(jī)極對(duì)數(shù)。

一般的，上述n＝1。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明可以在不知道電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩T_l，電機(jī)運(yùn)行粘滯摩擦系數(shù)B_m的條件下，獲得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，用于控制參數(shù)的設(shè)置和對(duì)不同壓縮機(jī)的控制配置，達(dá)到正確驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)的目的。

附圖說明

圖1為電機(jī)加速控制示意圖；

圖2電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間波動(dòng)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明控制電機(jī)轉(zhuǎn)速由停止?fàn)顟B(tài)加速到指定的轉(zhuǎn)速f₀Hz,由ω₀＝2πf₀獲得對(duì)應(yīng)的角速度ω₀，單位為rad/s即弧度/秒,如圖1所示,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到ω₀后,控制電機(jī)按照指定的第一加速度ρ₁加速運(yùn)行,運(yùn)行時(shí)間為其中n為正整數(shù)，下同。即加速運(yùn)行時(shí)間為當(dāng)前電機(jī)運(yùn)行周期時(shí)間的整數(shù)倍，檢測(cè)記錄此過程中的d/q軸電流；接著繼續(xù)控制電機(jī)按照指定的第二加速度ρ₂加速運(yùn)行,ρ₁≠ρ₂,加速運(yùn)行時(shí)間相同檢測(cè)記錄此時(shí)過程中的d/q軸電流，最終通過公式計(jì)算獲取電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。

由電機(jī)動(dòng)力學(xué)方程：

$J\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}=T_e-T_l-B_m\mathrm{\ω}---\left(1\right)$

其中J為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，T_e為轉(zhuǎn)矩，T_l為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，B_m為粘滯摩擦系數(shù)，而ω為電機(jī)機(jī)械角速度。設(shè)則(1)式兩邊同時(shí)乘以dt并對(duì)時(shí)間段ΔT積分得：

${\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}T}J\mathrm{\ρ}dt={\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}T}{T}_{e}dt-{\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}T}{T}_{l}dt-{\∫}_t^{t+\mathrm{\Δ}T}{B}_m\mathrm{\ω}dt---\left(2\right)$

由于電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨著電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)及電機(jī)轉(zhuǎn)子位置呈周期性變化，如圖2所示，對(duì)于圖2所示單轉(zhuǎn)子電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性曲線，電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩周期性變化特別明顯，其波動(dòng)周期和波動(dòng)幅度與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)子位置有關(guān)。如果(2)式中的積分時(shí)間ΔT恰好為負(fù)載轉(zhuǎn)矩周期時(shí)間，則在小范圍的升速過程中，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化不大的條件下，則基本為一常數(shù)，并且積分時(shí)間的起點(diǎn)可以任意選擇，如圖2所示，令同樣，由于B_m為很小的常數(shù)，在電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)變化很小的條件下，假設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為ω₀，則為此，把(2)式重新寫成(3)式形式：

$\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{J\ρt}}_s=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{ei}{T}_s-C1-C2$

其中T_s為采樣周期對(duì)應(yīng)的時(shí)間。T_ei為第i次電機(jī)轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值。則:

$J\mathrm{\ρ}\mathrm{\Δ}T=T_s\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{ei}-C1-C2---\left(3\right)$

對(duì)于圖1所示的加速曲線，在t0～t1時(shí)間內(nèi)，電機(jī)以升速速率運(yùn)行，在t1～t2時(shí)間內(nèi)，電機(jī)以升速速率運(yùn)行,ρ₁≠ρ₂,根據(jù)(3)式，分別獲得如下方程：

${\mathrm{J\ρ}}_1{T}_1=T_s\underset{i=1}{\overset{m1}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{e1i}-C1-C2,m1T_s=T_1---\left(4\right)$

${\mathrm{J\ρ}}_2{T}_2=T_s\underset{i=1}{\overset{m2}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{e2i}-C1-C2,m2T_s=T_2---\left(5\right)$

其中m1/m2為正整數(shù)。

考慮到圖1所示的加速曲線中，由于加速時(shí)間T₁、T₂極短，電機(jī)轉(zhuǎn)速ω₀、ω₁、ω₂差別不大，并且令則得：

${\mathrm{J\ρ}}_{1}T=T_s\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{e1i}-C1-C2,\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{T}_s=T---\left(6\right)$

${\mathrm{J\ρ}}_{2}T=T_s\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{e2i}-C1-C2,\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{T}_s=T---\left(7\right)$

整理(6)式和(7)式得：

$J=\frac{T_s\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(T_{e2i}-T_{e1i})}{({\mathrm{\ρ}}_2-{\mathrm{\ρ}}_1)T}---\left(8\right)$

電機(jī)轉(zhuǎn)矩T_e由下式確定：

$T_e=\frac{3}{2}p\[K_E+(L_d-L_q)I_d\]I_q---\left(9\right)$

所以在第一加速階段，檢測(cè)電機(jī)的d/q軸電流為I_d1i和I_q1i獲得轉(zhuǎn)矩T_e1i：

$T_{e1i}=\frac{3}{2}p\[K_E+(L_d-L_q)I_{d1i}\]I_{q1i},i=1,2,\mathrm{......}m---\left(10\right)$

在第二加速階段，檢測(cè)電機(jī)的d/q軸電流為I_d2i和I_q2i獲得起轉(zhuǎn)矩T_e2i

$T_{e2i}=\frac{3}{2}p\[K_E+(L_d-L_q)I_{d2i}\]I_{q2i},i=1,2,\mathrm{......}m---\left(11\right)$

其中p為電機(jī)的極對(duì)數(shù)，L_d、L_q分別為電機(jī)d/q軸電感，K_E為電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。

(11)式和(10)式代入(8)得：

$J=\frac{3{\mathrm{pT}}_s}{2}\·\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(K_E+(L_d-L_q\left)I_{d2i}\right)I_{q2i}-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(K_E+(L_d-L_q\left)I_{d1i}\right)I_{q1i}}{({\mathrm{\ρ}}_2-{\mathrm{\ρ}}_1)T}---\left(12\right)$

$J=\frac{3{\mathrm{pT}}_s}{2}\·\frac{K_E\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(I_{q2i}-I_{q1i})+(L_d-L_q)\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(I_{d2i}{I}_{q2i}-I_{d1i}{I}_{q1i})}{({\mathrm{\ρ}}_2-{\mathrm{\ρ}}_1)T}---\left(13\right)$

如果采用I_d＝0的控制方式，則進(jìn)一步化簡(jiǎn)為：

$J=\frac{3{\mathrm{pT}}_s}{2}\·\frac{K_E\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(I_{q2i}-I_{q1i})}{({\mathrm{\ρ}}_2-{\mathrm{\ρ}}_1)T}---\left(14\right)$

由于:其中f₀為電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械頻率,n為正整數(shù)，一般取n＝1。T_s為采樣周期對(duì)應(yīng)的時(shí)間，當(dāng)采樣周期為f_s時(shí)，由于m有小數(shù)，一般對(duì)其取整運(yùn)算，所以其中int()表示對(duì)括號(hào)里的數(shù)取整數(shù)運(yùn)算。例如，當(dāng)f_s＝4000Hz，f₀＝30Hz,n＝2時(shí)，

利用公式(13)或者公式(14)即可獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。

以上描述了本發(fā)明的基本原理和主要的特征，說明書的描述只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。