變頻空調(diào)永磁同步壓縮機(jī)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著人們對家居環(huán)境和工作環(huán)境的舒適性要求越來越高，高性能的變頻空調(diào)日益成為全球空調(diào)市場的主流。針對傳統(tǒng)空調(diào)耗電大，成本高等問題，在新一代變頻空調(diào)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)中，電源前級采用有源功率因數(shù)校正(APFC)環(huán)節(jié)，壓縮機(jī)采用永磁同步電機(jī)(PMSM)拖動(dòng)。本文在工業(yè)界的支持下，以提高變頻空調(diào)控制性能為目標(biāo)，對變頻空調(diào)的數(shù)字APFC技術(shù)，PMSM相電流重構(gòu)，無位置傳感器控制，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制策略，控制系統(tǒng)的軟/硬件實(shí)現(xiàn)等多個(gè)方面進(jìn)行了深入地分析和研究

2、。
　　數(shù)字APFC控制具有諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。在數(shù)字APFC中，為實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，數(shù)字處理器芯片需要在每個(gè)開關(guān)周期中計(jì)算占空比。由于開關(guān)頻率的提高受到數(shù)字處理器運(yùn)算速度的限制，導(dǎo)致工作頻率過低時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性變差，為此提出一種新型的前饋電流環(huán)控制方案設(shè)計(jì)。增加前饋環(huán)節(jié)后，PWM輸出的占空比命令不再由電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出單獨(dú)提供，而是由PI調(diào)節(jié)器輸出和前饋環(huán)節(jié)輸出共同提供，使得在不需要提高控制環(huán)的帶寬和增益的情況

3、下，電感電流能更好地跟蹤輸入正弦參考值，從而改善了功率因數(shù)校正效果。在此基礎(chǔ)上，采用輸入電壓參考正弦化環(huán)節(jié)，減小輸入電壓畸變產(chǎn)生的諧波，進(jìn)一步提高了功率因數(shù)，抑制了輸入電壓跌落的影響。并且，算法運(yùn)算量小，適用于低成本的數(shù)字芯片控制實(shí)現(xiàn)。
　　在深入分析PMSM相電流檢測原理的基礎(chǔ)上，提出一種通過增加觀測矢量減小非觀測區(qū)域的相電流重構(gòu)方法。在采用無位置傳感器控制方案的PMSM電機(jī)控制系統(tǒng)中，需要有效的測量電動(dòng)機(jī)相電流以提高控制系統(tǒng)的

4、性能，通過對一個(gè)PWM周期內(nèi)不同開關(guān)時(shí)序下的直流母線電流進(jìn)行觀測，可重構(gòu)出電動(dòng)機(jī)的三相電流。當(dāng)采用空間脈寬矢量調(diào)制(SVPWM)時(shí)，在低速區(qū)域和每個(gè)PWM周期基本電壓矢量邊緣區(qū)域內(nèi)，由于采樣時(shí)間的限制，會(huì)出現(xiàn)非觀測區(qū)域。針對這一問題，采用一種三相調(diào)制轉(zhuǎn)兩相調(diào)制的方法，可減小非觀測區(qū)域的面積，同時(shí)應(yīng)用兩個(gè)具有不同相位和幅值的附加矢量組合來合成指定的電壓指令矢量，從而獲得反映相電流的可觀測直流母線電流?；诖嗽硗ㄟ^在直流母線串聯(lián)功率檢流電

5、阻，用較低成本的方式解決全速度范圍內(nèi)電動(dòng)機(jī)相電流檢測問題。
　　在分析PMSM數(shù)學(xué)模型及坐標(biāo)變換算法的基礎(chǔ)上，針對PMSM的模型參數(shù)耦合，常規(guī)控制器難于獲得較好控制效果的問題，設(shè)計(jì)了基于自適應(yīng)內(nèi)模控制方法的電流環(huán)解耦控制器，提高了系統(tǒng)電流環(huán)的控制性能，而且控制器只有一個(gè)可調(diào)參數(shù)，簡化了設(shè)計(jì)。針對壓縮機(jī)工作特性，提出一種改進(jìn)磁鏈觀測的方法用于PMSM壓縮機(jī)的無傳感器控制，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的有效估算，消除了反電動(dòng)勢積分環(huán)節(jié)帶來的偏

6、移問題。
　　空調(diào)壓縮機(jī)的機(jī)械振動(dòng)和噪聲的限值是空調(diào)設(shè)備的重要性能指標(biāo)之一。為解決壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)問題，對壓縮機(jī)負(fù)載特性進(jìn)行分析。在低速范圍內(nèi)，提出一種基于IRMCF312處理器的正弦波前饋補(bǔ)償解決方案，并針對低速前饋補(bǔ)償時(shí)相序錯(cuò)接的問題，設(shè)計(jì)錯(cuò)相自診斷功能進(jìn)行解決。同時(shí)，在壓縮機(jī)中、高速范圍內(nèi)，基于重復(fù)控制原理，采用改進(jìn)的重復(fù)控制補(bǔ)償環(huán)節(jié)抑制了壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，降低了振動(dòng)和噪聲。
　　在上述工作的基礎(chǔ)上