變頻空調(diào)永磁同步壓縮機控制系統(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)，壓縮機采用永磁同步電機(PMSM)拖動。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，對變頻空調(diào)的數(shù)字APFC技術，PMSM相電流重構，無位置傳感器控制，轉(zhuǎn)矩脈動抑制策略，控制系統(tǒng)的軟/硬件實現(xiàn)等多個方面進行了深入地分析和研究

2、。
　　數(shù)字APFC控制具有諸多優(yōu)點，是目前研究的一個熱點。在數(shù)字APFC中，為實現(xiàn)功率因數(shù)校正，數(shù)字處理器芯片需要在每個開關周期中計算占空比。由于開關頻率的提高受到數(shù)字處理器運算速度的限制，導致工作頻率過低時系統(tǒng)的動態(tài)響應特性變差，為此提出一種新型的前饋電流環(huán)控制方案設計。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，算法運算量小，適用于低成本的數(shù)字芯片控制實現(xiàn)。
　　在深入分析PMSM相電流檢測原理的基礎上，提出一種通過增加觀測矢量減小非觀測區(qū)域的相電流重構方法。在采用無位置傳感器控制方案的PMSM電機控制系統(tǒng)中，需要有效的測量電動機相電流以提高控制系統(tǒng)的

4、性能，通過對一個PWM周期內(nèi)不同開關時序下的直流母線電流進行觀測，可重構出電動機的三相電流。當采用空間脈寬矢量調(diào)制(SVPWM)時，在低速區(qū)域和每個PWM周期基本電壓矢量邊緣區(qū)域內(nèi)，由于采樣時間的限制，會出現(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，同時應用兩個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。基于此原理通過在直流母線串聯(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)電動機相電流檢測問題。
　　在分析PMSM數(shù)學模型及坐標變換算法的基礎上，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，設計了基于自適應內(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可調(diào)參數(shù)，簡化了設計。針對壓縮機工作特性，提出一種改進磁鏈觀測的方法用于PMSM壓縮機的無傳感器控制，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的有效估算，消除了反電動勢積分環(huán)節(jié)帶來的偏

6、移問題。
　　空調(diào)壓縮機的機械振動和噪聲的限值是空調(diào)設備的重要性能指標之一。為解決壓縮機轉(zhuǎn)速脈動問題，對壓縮機負載特性進行分析。在低速范圍內(nèi)，提出一種基于IRMCF312處理器的正弦波前饋補償解決方案，并針對低速前饋補償時相序錯接的問題，設計錯相自診斷功能進行解決。同時，在壓縮機中、高速范圍內(nèi)，基于重復控制原理，采用改進的重復控制補償環(huán)節(jié)抑制了壓縮機的轉(zhuǎn)速脈動，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應，降低了振動和噪聲。
　　在上述工作的基礎上