CN111224603B - 压缩机直接转矩控制方法、装置、压缩机装置和空调设备 - Google Patents

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CN111224603B CN202010108037.1A CN202010108037A CN111224603B CN 111224603 B CN111224603 B CN 111224603B CN 202010108037 A CN202010108037 A CN 202010108037A CN 111224603 B CN111224603 B CN 111224603B
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Abstract

本申请涉及一种压缩机直接转矩控制方法、装置、压缩机装置和空调设备。通过获取压缩机的转速状态来获取对应的电压磁链估算值以及电流磁链估算值，然后根据预设积分输出阈值以及积分调节输入量来进行积分调节得到积分调节输出量，之后根据积分调节输出量得到定子磁链，最终实现对压缩机进行转矩控制，提高了定子磁链的估算准确性，提高了压缩机控制***的控制精度，避免了积分调节过程中出现积分饱和，使得压缩机控制***的性能得到提升。

Description

压缩机直接转矩控制方法、装置、压缩机装置和空调设备
技术领域
本申请涉及空调压缩机控制技术领域，特别是涉及一种压缩机直接转矩控制方法、装置、压缩机装置和空调设备。
背景技术
直接转矩控制技术是指其直接控制对象为转矩，由于其具有较好的动态控制性能，逐渐在压缩机控制领域得到使用，在实际应用中，通过加入空间矢量形成SVPWM(SpaceVector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)直接转矩控制方法。SVPWM直接转矩控制是将定子磁链作为控制量来控制压缩机转矩，通过空间矢量的合成消除转矩和定子磁链误差，以此实现精确的控制。
但SVPWM直接转矩控制方式涉及到对定子磁链进行估算，传统的定子磁链观测模型分为电压型以及电流型两种，电流型磁链观测模型在低速和高速情况下都能适应，但是引入定子电感，随着定子电流的增大，电机内部磁场将处于饱和状态，从而定子电感值“变小”，使得定子磁链的估计不准确，从而导致控制***的性能下降。电压型磁链观测模型只涉及定子电阻值，电机在高速运行时，电机定子端电压比较高，定子电阻上压降相对比较小，可忽略不计，但是电机在低速运行时，定子端电压较低，定子电阻上的压降相对较高，此时定子电阻值的变化对定子磁链的估算影响较大。即无论是采用电流型磁链观测模型或者是电压型磁链观测模型，定子磁链估算准确性都比较差，降低了压缩机控制***性能。
发明内容
基于此，有必要针对传统的定子磁链估算准确性差导致压缩机控制***性能低的问题，提供一种能够提高压缩机控制***性能的压缩机直接转矩控制方法、装置、压缩机装置和空调设备。
一种压缩机直接转矩控制方法，该方法包括步骤：
获取压缩机定子的电压电流采样数据以及压缩机当前转速，并根据压缩机当前转速以及设定转速阈值获取压缩机的转速状态；
根据转速状态采用预设磁链估算模型进行磁链估算，获取压缩机定子的电压磁链估算值以及电流磁链估算值，其中，预设磁链估算模型包括电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型；
根据电压磁链估算值和电流磁链估算值进行积分调节，获取积分调节输出量；
根据积分调节输出量以及电压电流采样数据获取定子磁链，并根据定子磁链获取压缩机的定子电压以对压缩机进行转矩控制。
一种压缩机直接转矩控制装置，该压缩机直接转矩控制装置包括：
转速状态获取模块，用于获取压缩机定子的电压电流采样数据以及压缩机当前转速，并根据压缩机当前转速以及设定转速阈值获取压缩机的转速状态；
模型估算模块，用于根据转速状态采用预设磁链估算模型进行磁链估算，获取压缩机定子的电压磁链估算值以及电流磁链估算值，其中，预设磁链估算模型包括电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型；
积分调节模块，用于根据电压磁链估算值和电流磁链估算值进行积分调节，获取积分调节输出量；
转矩控制模块，用于根据积分调节输出量以及电压电流采样数据，获取定子磁链，并根据定子磁链获取压缩机的定子电压以对压缩机进行转矩控制。
一种压缩机装置，该压缩机装置包括压缩机以及控制装置，所述压缩机与所述控制装置连接，所述控制装置用于根据上述的方法对所述压缩机进行转矩控制。
一种空调设备，该空调设备包括上述的压缩机装置。
上述压缩机直接转矩控制方法、装置、压缩机装置和空调设备，通过获取压缩机的转速状态来获取对应的电压磁链估算值以及电流磁链估算值，然后根据预设积分输出阈值以及积分调节输入量来进行积分调节得到积分调节输出量，之后根据积分调节输出量得到定子磁链，最终实现对压缩机进行转矩控制，提高了定子磁链的估算准确性，提高了压缩机控制***的控制精度，避免了积分调节过程中出现积分饱和，使得压缩机控制***的性能得到提升。
附图说明
图1为一实施例中压缩机直接转矩控制方法流程示意图；
图2为另一实施例中压缩机直接转矩控制方法流程示意图；
图3为一实施例中压缩机直接转矩控制装置结构框架图；
图4为另一实施例中压缩机直接转矩控制装置结构框架图；
图5为一实施例中压缩机装置***结构框架图；
图6为另一实施例中压缩机装置***结构框架图；
图7为一实施例中压缩机直接转矩控制原理图；
图8为一实施例中磁链估算控制流程示意图；
图9为一实施例中PI调节器积分调节流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种压缩机直接转矩控制方法，该方法包括以下步骤：
S200、获取压缩机定子的电压电流采样数据以及压缩机当前转速，并根据压缩机当前转速以及设定转速阈值获取压缩机的转速状态。
具体的，本申请中所提到的压缩机可应用于空调外机环境中，压缩机包括转子以及定子等相关组件，压缩机定子的电压电流采样数据可通过电流传感器以及电压传感器等进行采集，压缩机当前转速可通过转速传感器进行采集，控制装置通过与电流传感器、电压传感器以及转速传感器连接，从而获取压缩机定子的电压电流采样数据以及压缩机当前转速。设定转速阈值是可调节设定的，例如操作人员可通过交互装置来对设定转速阈值进行调节，压缩机的转速状态包括有至少两种，例如高速状态和低速状态，当压缩机当前转速大于或等于设定转速阈值时，此时压缩机的转速状态为高速状态，当压缩机当前转速小于设定转速阈值时，此时压缩机的转速状态为低速状态。可以理解，在其它实施例中，压缩机的转速状态还可以是高速状态、中速状态以及低速状态等等，在此不再详细介绍。
S300、根据转速状态采用预设磁链估算模型进行磁链估算，获取压缩机定子的电压磁链估算值以及电流磁链估算值。
其中，预设磁链估算模型包括电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型。具体的，压缩机的转速状态包括有至少两种，例如高转速状态和低转速状态，在本申请中，压缩机在不同的转速状态都会使用到电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型来进行磁链估算，使用电压型磁链估算模型进行磁链估算时对应得到的是电压磁链估算值，使用电流型磁链估算模型进行磁链估算时对应得到的是电流磁链估算值。电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型的具体估算过程为现有的常规技术，在此不做赘述，需要说明的是，在使用电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型进行估算时，是将压缩机定子的电压电流采样数据作为输入的，在电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型输出估算结果时，需要根据压缩机的转速状态来进行比重调节，最终得到电压磁链估算值和电流磁链估算值，例如当压缩机当前处于低速状态时，电流型磁链估算模型输出的估算结果比重较大，会将电流型磁链估算模型输出的估算结果乘以比重系数0.8，得到电流磁链估算值，而电压型磁链估算模型输出的估算结果占的比重较小，会将电压型磁链估算模型输出的估算结果乘以比重系数0.2，得到电压磁链估算值，相应的，若压缩机当前状态处于高速状态，则电压型磁链估算模型输出的估算结果占的比重较大，而电流型磁链估算模型输出的估算结果占的比重较小。
S400、根据电压磁链估算值和电流磁链估算值进行积分调节，获取积分调节输出量。
具体的，电压型磁链估算模型估算得到的电压磁链估算值与电流型磁链估算模型得到的电流磁链估算值之间存在有误差量，误差量为电压磁链估算值与电流磁链估算值之间的差值，控制装置中可设置PI调节器(proportional integral controller，比例积分控制装置)进行积分调节，将电压磁链估算值和电流磁链估算值之间的差值(即误差量)作为输入，通过PI调节器进行积分调节之后，得到积分调节输出输出量。需要说明的是，PI调节器为现有常规的积分调节装置，故在此不再赘婿PI调节器的具体工作过程。
S500、根据积分调节输出量以及电压电流采样数据获取定子磁链，并根据定子磁链获取压缩机的定子电压以对压缩机进行转矩控制。
具体的，定子磁链的获取可通过控制装置根据相应的计算公式计算得到，定子磁链计算公式为：
ψsn＝∫[(usn-Rs*isn-ucomsn)]dt
上式中，ψsn为定子磁链，ucomsn为补偿电压，Rs为定子电阻，isn为定子电流，usn为定子电压(定子电压即电压电流采样数据中的电压数据，定子电流即电压电流采样数据中的电流数据)，∫[]dt表示积分运算，补偿电压ucomsn即步骤S400中得到的积分调节输出量，定子电阻Rs为固定值，可通过万用表测得并预存在控制装置中，定子电流isn和定子电压usn即电压电流采样数据中的电流数据和电压数据。需要说明的是，在控制装置计算得到定子磁链ψsn之后，可通过相应的定子电压计算公式计算得到定子电压，定子电压计算公式为：
Usα＝[|ψs|*cos(θs+Δδ)-ψsk cos θ s]/Ts+Rs*isα
Usβ＝[|ψs|*sin(θs+Δδ)-ψsk sin θ s]/Ts+Rs*isβ
上式中，Δδ为负载角变化量、θs为磁链角度、
Figure BDA0002389046840000061
为磁链给定值、isα、isβ为αβ坐标轴下的定子电流，ψsk为定子磁链值，Ts为控制周期，在计算得到定子电压之后，控制装置将定子电压输送至SVPWM模块(Space Vector Pulse Width Modulation，矢量空间脉宽调制)，通过SVPWM模块输出控制量给压缩机的电机，最终实现对压缩机进行直接转矩控制。
上述方法，通过获取压缩机的转速状态来获取对应的电压磁链估算值以及电流磁链估算值，然后根据预设积分输出阈值以及积分调节输入量来进行积分调节得到积分调节输出量，之后根据积分调节输出量得到定子磁链，最终实现对压缩机进行转矩控制，提高了定子磁链的估算准确性，提高了压缩机控制***的控制精度，避免了积分调节过程中出现积分饱和，使得压缩机控制***的性能得到提升。
在一个实施例中，步骤S400包括步骤：获取电压磁链估算值与电流磁链估算值的误差量，并将误差量作为积分调节输入量；根据预设积分输出阈值以及积分调节输入量进行积分调节，得到积分调节输出量。具体的，将误差量作为积分调节输入量进行积分调节得到积分调节输出量，其中，预设积分输出阈值为一个范围区间，用于限制积分调节输出量的范围大小，使得到的积分调节输出量落在该范围区间内。需要说明的是，积分调节可采用PI调节器(proportional integral controller，比例积分控制装置)进行积分调节，积分调节的具体过程可参考现有的PI调节器，在此不做详细说明介绍。
进一步的，在一个实施例中，积分输出阈值包括积分限最大值以及积分限最小值，步骤S400包括步骤：将误差量作为积分调节输入量并进行积分调节，得到积分结果；当积分结果大于或等于积分限最大值时，输出积分限最大值作为积分调节输出量；当积分结果小于或等于积分限最小值时，输出积分限最小值作为积分调节输出量；当积分结果小于积分限最大值且大于积分限最小值时，输出积分结果作为积分调节输出量。积分调节可采用PI积分器进行积分运算，得到积分结果(PI调节器是历史误差量的累积)，控制装置可根据积分限最大值以及积分限最小值来限制积分结果，防止积分饱和。
在一个实施例中，如图2所示，步骤S200之前，还包括步骤S101、步骤S102以及步骤S103，步骤S101、获取压缩机定子的三相电流，并对定子的三相电流进行三相/两相坐标变化，得到两相坐标系下对应的电流数据。步骤S102、获取压缩机的母线电压数据以及脉冲宽度调制周期数据，并根据母线电压数据以及脉冲宽度调制周期数据进行电压重构，得到构造电压并对构造电压进行三相/两相坐标变化，得到两相坐标系下对应的电压数据。步骤S103、将电流数据以及电压数据作为压缩机定子的电压电流采样数据。
具体的，输送至压缩机定子的电源为三相电，在对定子的电压电流进行采集时得到的也为三相电压或三相电流，需要对三相电压以及三相电路等进行坐标变化，得到两项坐标系下的电压以及电流数据才能作为电压电流采样数据。例如采集到的定子的三相电流为isa、isb和isc，通过Cabc/αβ变换(即三相/两相坐标变化，Cabc/αβ变换是指由三相abc静止坐标系变换到两相αβ静止坐标系的变换，也称为claker变换)，得到αβ坐标系下的定子电流isα、isβ，又例如采集到的定子的三相电压可采用构造公式通过母线电压数据Udc以及脉冲宽度调制周期数据进行构造得到usa、usb，构造公式为：
Figure BDA0002389046840000081
上式中，Udc为母线电压数据，Da、Db以及Dc为一个PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制周期)内对应的占空比。然后构造得到的usa、usb经过Cabc/αβ变换，得到αβ坐标系下的电压usα、usβ。最后，将usα、usβ、isα以及isβ作为电压电流采样数据。
在一个实施例中，步骤S200包括步骤：当压缩机当前转速大于或等于设定转速阈值时，判定压缩机为高转速状态；当压缩机当前转速小于设定转速阈值时，判定压缩机为低转速状态。具体的，压缩机的转速状态包括有高转速状态和低转速状态，设定转速阈值是可设定调节的，例如操作人员通过交互界面对设定转速阈值进行调节。
通过将压缩机当前转速与设定转速阈值进行比对，从而确定压缩机的转速状态，使得后续可根据压缩机的转速状态来选择不同的磁链估算模型，提高磁链估算值的准确性。
进一步的，在一个实施例中，当压缩机为低转速状态时，将电压电流采样数据分别输入至电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型，并获取电压型磁链估算模型的输出量以及电流型磁链估算模型的输出量；根据预设第一比重，对电压型磁链估算模型的输出量以及电流型磁链估算模型的输出量进行比重调节，得到压缩机定子的电压磁链估算值以及电流磁链估算值；当压缩机为高转速状态时，将电压电流采样数据分别输入至电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型，并获取电压型磁链估算模型的输出量以及电流型磁链估算模型的输出量；根据预设第二比重，对电压型磁链估算模型的输出量以及电流型磁链估算模型的输出量进行比重调节，得到压缩机定子的电压磁链估算值以及电流磁链估算值。
具体的，通过电压磁链估算模型计算得到的电压磁链估算值与通过电流磁链估算模型计算得到的电流磁链估算值是不相同的，为来保证估算的准确性，采用两个不同的模型同时进行估算(即电压磁链估算模型以及电流磁链估算模型)然后通过设置预设第一比重或者预设第二比重来进行比重调节，预设第一比重和预设第二比重分别都包括有两个不同的权重系数，都是可以根据实际需要进行调节设定的，例如当压缩机处于低速状态时，采用采用预设第一比重对电压型磁链估算模型的输出量以及电流型磁链估算的输出量进行比重调节，将电压型磁链估算模型的输出量乘以权重系数0.2，得到电压磁力估算值，将电流磁链估算模型的输出量乘以权重系数0.8，得到电压磁链估算值，此时的预设第一比重即包括了以上的权重系数0.2和权重系数0.8。若压缩机处于高速状态，则采用预设第二比重来对电压型磁链估算模型的输出量以及电流型磁链估算的输出量进行比重调节，例如将电压型磁链估算模型的输出量乘以权重系数0.9，得到电压磁力估算值，将电流磁链估算模型的输出量乘以权重系数0.1，得到电压磁链估算值，此时的预设第二比重即包括了以上的权重系数0.1和权重系数0.9。可以理解，预设第一比重以及预设第二比重中的两个权重系数之和为1。
通过确定压缩机处于高转速状态或低转速状态，然后采用第一预设比重或第二预设比重来进行比重调节，计算得到电流磁链估算值或电压磁链估算值，提高了磁链估算的准确性。
在一个实施例中，步骤S500包括步骤：获取负载角变化量、磁链角度以及磁链给定值；根据负载角变化量、磁链角度、磁链给定值、电压电流采样数据以及定子磁链值，获取定子电压。具体的，通过计算转速给定值以及转速估算值(转速估算值通过预设转速估算模型获得)的误差值，然后通过PI调节器通过积分调节得到转矩给定量，然后再计算转矩给定量与转矩反馈量(转矩反馈量通过预设转矩计算模型获得)的误差值，通过PI调节器进行积分调节，得到负载角变化量，磁链角度θs通过公式
Figure BDA0002389046840000101
求得，上式中，ψsα和ψsβ为定子磁链，磁链给定值为预先设定于控制装置中的，控制装置根据定子电压计算公式，计算得到定子电压，定子电压计算公式为：
Usα＝[|ψs|*cos(θs+Δδ)-ψsk cos θ s]/Ts+Rsisα
Usβ＝[|ψs|*sin(θs+Δδ)-ψsk sin θ s]/Ts+Rsisβ
上式中，Δδ为负载角变化量、θs为磁链角度、
Figure BDA0002389046840000102
为磁链给定值、isα、isβ为αβ坐标轴下的定子电流，ψsk为定子磁链值，Ts为控制周期。
在一个实施例中，步骤S500中在计算得到定子电压之后，还包括步骤：将定子电压输入至空间矢量脉宽调制模块，空间矢量脉宽调制模块用于根据定子电压得到三相脉冲宽度调制波，并将三相脉冲宽度调制波输出至压缩机的电机以对压缩机进行转矩控制。具体的，空间矢量脉宽调制模块又称为SVPWM模块，空间矢量脉宽调制模块根据定子电压可计算出三相PWM(脉冲宽度调制)占空比，然后输出三相PWM波形，控制装置再将三相PWM波形转发至压缩机的电机以实现对压缩机进行转矩控制。
在一个实施例中，如图3所示，提供了一种压缩机直接转矩控制装置，该装置包括：
转速状态获取模块200，用于获取压缩机定子的电压电流采样数据以及压缩机当前转速，并根据压缩机当前转速以及设定转速阈值获取压缩机的转速状态。
模型估算模块300，用于根据转速状态采用预设磁链估算模型进行磁链估算，获取压缩机定子的电压磁链估算值以及电流磁链估算值。其中，预设磁链估算模型包括电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型。
积分调节模块400，用于根据电压磁链估算值和电流磁链估算值进行积分调节，获取积分调节输出量。
转矩控制模块500，用于根据积分调节输出量以及电压电流采样数据，获取定子磁链，并根据定子磁链获取压缩机的定子电压以对压缩机进行转矩控制。
上述装置，通过获取压缩机的转速状态来获取对应的电压磁链估算值以及电流磁链估算值，然后根据预设积分输出阈值以及积分调节输入量来进行积分调节得到积分调节输出量，之后根据积分调节输出量得到定子磁链，最终实现对压缩机进行转矩控制，提高了定子磁链的估算准确性，提高了压缩机控制***的控制精度，避免了积分调节过程中出现积分饱和，使得压缩机控制***的性能得到提升。
在一个实施例中，如图4所示，该装置还包括坐标变换模块100，用于转速状态获取模块200获取压缩机定子的电压电流采样数据以及压缩机当前转速，并根据压缩机当前转速以及设定转速阈值获取压缩机的转速状态之前，获取压缩机定子的三相电流，并对定子的三相电流进行三相/两相坐标变化，得到两相坐标系下对应的电流数据；获取压缩机的母线电压数据以及脉冲宽度调制周期数据，并根据母线电压数据以及脉冲宽度调制周期数据进行电压重构，得到构造电压并对构造电压进行三相/两相坐标变化，得到两相坐标系下对应的电压数据；将电流数据以及电压数据作为压缩机定子的电压电流采样数据。
在一个实施例中，转速状态获取模块200包括转速判定单元，用于当压缩机当前转速大于或等于设定转速阈值时，判定压缩机为高转速状态；当压缩机当前转速小于设定转速阈值时，判定压缩机为低转速状态。
进一步的，在一个实施例中，模型估算模块300包括比重调节单元，用于当压缩机为低转速状态时，将电压电流采样数据分别输入至电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型，并获取电压型磁链估算模型的输出量以及电流型磁链估算模型的输出量；根据预设第一比重，对电压型磁链估算模型的输出量以及电流型磁链估算模型的输出量进行比重调节，得到压缩机定子的电压磁链估算值以及电流磁链估算值；当压缩机为高转速状态时，将电压电流采样数据分别输入至电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型，并获取电压型磁链估算模型的输出量以及电流型磁链估算模型的输出量；根据预设第二比重，对电压型磁链估算模型的输出量以及电流型磁链估算模型的输出量进行比重调节，得到压缩机定子的电压磁链估算值以及电流磁链估算值。
在一个实施例中，积分调节模块400包括差值计算模块，用于获取电压磁链估算值与电流磁链估算值的误差量，并将误差量作为积分调节输入量；根据预设积分输出阈值以及积分调节输入量进行积分调节，得到积分调节输出量。
进一步的，在一个实施例中，积分输出阈值包括积分限最大值以及积分限最小值，差值计算模块包括包括输出量限制单元，用于将误差量作为积分调节输入量并进行积分调节，得到积分结果；当积分结果大于或等于积分限最大值时，输出积分限最大值作为积分调节输出量；当积分结果小于或等于积分限最小值时，输出积分限最小值作为积分调节输出量；当积分结果小于积分限最大值且大于积分限最小值时，输出积分结果作为积分调节输出量。
在一个实施例中，转矩控制模块500包括定子电压获取单元，用于获取负载角变化量、磁链角度以及磁链给定值；根据负载角变化量、磁链角度、磁链给定值、电压电流采样数据以及定子磁链值，获取定子电压。
在一个实施例中，转矩控制模块500还包括输入输出单元，用于将定子电压输入至空间矢量脉宽调制模块，空间矢量脉宽调制模块用于根据定子电压得到三相脉冲宽度调制波，并将三相脉冲宽度调制波输出至压缩机的电机以对压缩机进行转矩控制。
关于压缩机直接转矩控制装置的具体限定可以参见上文中对于压缩机直接转矩控制方法的限定，在此不再赘述。上述压缩机直接转矩控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种压缩机装置，该压缩机装置包括压缩机10以及控制装置20，压缩机10与控制装置20连接，控制装置20用于根据上述压缩机直接转矩控制方法对压缩机10进行转矩控制。
在一个实施例中，如图6所示，该控制装置20包括控制器201和比例积分调节器202(可参考上文的PI调节器)，控制器201连接比例积分调节器202以及压缩机10，比例积分调节器202用于根据预设积分输出阈值以及积分调节输入量进行积分调节，得到积分调节输出量。进一步的，在其它实施例中，虽未图示，控制装置20还包括有电流电压采集组件和空间矢量脉宽调制模块(即SVPWM模块)，电流电压采集组件与控制器201连接，空间矢量脉宽调制模块与控制器201连接。
进一步的，在一个实施例中，如图6所示，比例积分调节器202包括积分器2021、一阶低通滤波器2022和一阶高通滤波器2023，积分器2021、一阶低通滤波器滤波器2022和一阶高通滤波器2023均与控制器201连接，积分器2021用于进行积分调节，一阶低通滤波器2022用于在压缩机处于高速状态时进行低通滤波，一阶高通滤波器2023用于在压缩机处于低速状态时进行高通滤波。通过一阶低通滤波器2022以及一阶高通滤波器2023进行滤波处理，能够实现输出波形的曲线平滑，避免出现尖峰效应。
在一个实施例中，提供了一种空调设备，该空调设备包括上述的压缩机装置。
上述空调设备，通过获取压缩机的转速状态来获取对应的电压磁链估算值以及电流磁链估算值，然后根据预设积分输出阈值以及积分调节输入量来进行积分调节得到积分调节输出量，之后根据积分调节输出量得到定子磁链，最终实现对压缩机进行转矩控制，提高了定子磁链的估算准确性，提高了压缩机控制***的控制精度，避免了积分调节过程中出现积分饱和，使得压缩机控制***的性能得到提升。
在一个实施例中，为了对本申请进行详细介绍说明，请参考图7-9，图7中为压缩机直接转矩控制原理，定子的三相电流(实际只需要两相isa、isb，isc可通过isa和isb计算得到)经过Cabc/αβ变换(即上文的三相/两相坐标变化)，得到αβ坐标系下的电流isα、isβ(即上文中电压电流采样数据中的电流数据)，定子的三相电压(实际只需两相)通过电压的切换点Tma、Tmb(可通过切换点获取脉冲宽度调制周期数据)和母线电压Udc构造得到usa、usb(即上文的构造电压)，构造公式为：
Figure BDA0002389046840000151
上式中，Udc为母线电压数据，Da、Db以及Dc为一个PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制周期)内对应的占空比(可通过脉冲宽度调制周期数据获得)。
然后usa、usb经过Cabc/αβ变换，得到αβ坐标系下的电压usα、usβ(即上文中电压电流采样数据中的电压数据)，由定子磁链观测***得到定子磁链ψsα、ψsβ、定子磁链角θs，定子磁链ψsα、ψsβ、定子磁链角θs的计算公式为：
ψsn＝∫[(usn-Rs*isn-ucomsn)]dt，上式中，ψsn为定子磁链，ucomsn为补偿电压，Rs为定子电阻，usn为定子电压，isn为定子电流(定子电压以及定子电流即上文中电压电流采样数据中的电流数据和电压数据)。ψsn可以代表ψsα、ψsβ，其中n代表α、β。
计算出来定子磁链ψsα、ψsβ后，
Figure BDA0002389046840000152
求得定子磁链角θs。然后通过转矩计算得到转矩反馈量Te，转速给定值ω*与转速估算值ω的误差值经过PI调节器调节后，其输出量作为转矩给定量Te*，Te*与转矩反馈量Te的误差值，经过调节模块计算后，得到负载角变化量为Δδ，负载角变化量Δδ、磁链角度θs、磁链给定值
Figure BDA0002389046840000153
αβ坐标轴下的定子电流isα、isβ和定子磁链值ψs，得到αβ坐标轴下的定子电压Usα、Usβ，定子电压计算公式为：
Usα＝[|ψs|*cos(θs+Δδ)-ψsk cos θ s]/Ts+Rs*isα
Usβ＝[|ψs|*sin(θs+Δδ)-ψsk sin θ s]/Ts+Rs*isβ
上式中，Δδ为负载角变化量、θs为磁链角度、
Figure BDA0002389046840000161
为磁链给定值、isα、isβ为αβ坐标轴下的定子电流，ψsk为定子磁链值，Ts为控制周期，然后经过SVPWM模块，得到施加于电机的控制量。参考图8，图8为磁链估算控制流程图，采样电压电流信号(即上文的电压电流采样数据)作为磁链估算的输入量，当压缩机转速大于或等于设定转速阈值时，用预设电压磁链估算模型；当压缩机转速小于设定转速阈值时，用预设电流磁链估算模型，从而避免了高速下电流磁链估算模型存在的电感饱和问题、低速下电压磁链估算模型存在内阻压降占比过大问题，提高了磁链估算精度，其中，预设电压磁链估算模型和预设电流磁链估算模型的计算公式为ψsn＝∫[(usn-Rsisn-ucomsn)]dt，其中ψsn为定子磁链，ucomsn为补偿电压，Rs为定子电阻，isn为定子电流(即上文电压电流采样数据中的电流数据)，usn为定子电压(即上文电压电流采样数据中的电压数据)。参考图9，图9为中间过程中的PI调节器积分调节流程，将电流磁链估算值和电压磁链估算值做差后得到误差量，积分限用来限制抗积分饱和PI调节器输出的范围，防止积分饱和，其中，为了防止积分饱和，加入抗饱和积分，设置积分输出阈值，即积分限最大值和积分限最小值，当积分结果大于或等于积分限最大值时，积分调节输出量就等于积分限最大值；当积分结果小于或等于积分限最小值时，积分调节输出就等于积分限最小值；当积分结果在积分限最小值与积分限最大值之间时，积分调节输出量就等于积分结果，其中的积分结果即上文的补偿电压ucomsn。PI调节器包括积分器以及设置成由一阶低通滤波器和一阶高通滤波器组成的巴特沃斯型滤波器，当压缩机的转速大于或等于设定转速阀值时，一阶低通滤波器起主要滤波作用；当压缩机的转速小于设定转速阀值时，一阶高通滤波器起主要滤波作用，通过设置一阶低通滤波器和一阶高通滤波器，使得输出曲线平滑无尖峰。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种压缩机直接转矩控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取压缩机定子的电压电流采样数据以及压缩机当前转速，并根据所述压缩机当前转速以及设定转速阈值获取所述压缩机的转速状态；
根据所述转速状态采用预设磁链估算模型进行磁链估算，获取压缩机定子的电压磁链估算值以及电流磁链估算值；其中，所述预设磁链估算模型包括电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型；
根据所述电压磁链估算值和所述电流磁链估算值进行积分调节，获取积分调节输出量；
根据所述积分调节输出量以及所述电压电流采样数据获取定子磁链，并根据所述定子磁链获取所述压缩机的定子电压以对所述压缩机进行转矩控制；
所述根据所述转速状态采用预设磁链估算模型进行磁链估算，获取压缩机定子的电压磁链估算值以及电流磁链估算值，包括：
当所述压缩机为低转速状态时，将所述电压电流采样数据分别输入至所述电压型磁链估算模型以及所述电流型磁链估算模型，并获取所述电压型磁链估算模型的输出量以及所述电流型磁链估算模型的输出量；
根据预设第一比重，对所述电压型磁链估算模型的输出量以及所述电流型磁链估算模型的输出量进行比重调节，得到所述压缩机定子的所述电压磁链估算值以及所述电流磁链估算值；
当所述压缩机为高转速状态时，将所述电压电流采样数据分别输入至所述电压型磁链估算模型以及所述电流型磁链估算模型，并获取电压型磁链估算模型的输出量以及所述电流型磁链估算模型的输出量；
根据预设第二比重，对所述电压型磁链估算模型的输出量以及所述电流型磁链估算模型的输出量进行比重调节，得到所述压缩机定子的电压磁链估算值以及所述电流磁链估算值。
2.根据权利要求1所述的压缩机直接转矩控制方法，其特征在于，所述根据所述电压磁链估算值和所述电流磁链估算值进行积分调节，获取积分调节输出量，包括：
获取所述电压磁链估算值与所述电流磁链估算值的误差量，并将所述误差量作为积分调节输入量；
根据预设积分输出阈值以及所述积分调节输入量进行积分调节，得到所述积分调节输出量。
3.根据权利要求2所述的压缩机直接转矩控制方法，其特征在于，所述积分输出阈值包括积分限最大值以及积分限最小值，所述根据积分输出阈值以及所述积分调节输入量进行积分调节，得到所述积分调节输出量，包括：
将所述误差量作为积分调节输入量并进行积分调节，得到积分结果；
当所述积分结果大于或等于所述积分限最大值时，输出所述积分限最大值作为所述积分调节输出量；
当所述积分结果小于或等于所述积分限最小值时，输出所述积分限最小值作为所述积分调节输出量；
当所述积分结果小于积分限最大值且大于积分限最小值时，输出所述积分结果作为所述积分调节输出量。
4.根据权利要求1所述的压缩机直接转矩控制方法，其特征在于，所述获取压缩机定子的电压电流采样数据以及压缩机当前转速之前，包括：
获取压缩机定子的三相电流，并对所述定子的三相电流进行三相/两相坐标变化，得到两相坐标系下对应的电流数据；
获取压缩机的母线电压数据以及脉冲宽度调制周期数据，并根据所述母线电压数据以及所述脉冲宽度调制周期数据进行电压重构，得到构造电压并对所述构造电压进行三相/两相坐标变化，得到两相坐标系下对应的电压数据；
将所述电流数据以及所述电压数据作为所述压缩机定子的电压电流采样数据。
5.根据权利要求1所述的压缩机直接转矩控制方法，其特征在于，所述根据所述压缩机当前转速以及设定转速阈值获取所述压缩机的转速状态，包括：
当所述压缩机当前转速大于或等于所述设定转速阈值时，判定所述压缩机为高转速状态；
当所述压缩机当前转速小于所述设定转速阈值时，判定所述压缩机为低转速状态。
6.根据权利要求1所述的压缩机直接转矩控制方法，其特征在于，所述根据所述定子磁链获取所述压缩机的定子电压，包括：
获取负载角变化量、磁链角度以及磁链给定值；
根据所述负载角变化量、磁链角度、磁链给定值、所述电压电流采样数据以及所述定子磁链，获取所述定子电压。
7.根据权利要求1所述的压缩机直接转矩控制方法，其特征在于，所述根据所述定子磁链获取所述压缩机的定子电压以对所述压缩机进行转矩控制，包括：
将所述定子电压输入至空间矢量脉宽调制模块，所述空间矢量脉宽调制模块用于根据定子电压得到三相脉冲宽度调制波，并将所述三相脉冲宽度调制波输出至压缩机的电机以对所述压缩机进行转矩控制。
8.一种压缩机直接转矩控制装置，其特征在于，所述装置包括：
转速状态获取模块，用于获取压缩机定子的电压电流采样数据以及压缩机当前转速，并根据所述压缩机当前转速以及设定转速阈值获取所述压缩机的转速状态；
模型估算模块，用于根据所述转速状态采用预设磁链估算模型进行磁链估算，获取压缩机定子的电压磁链估算值以及电流磁链估算值，其中，所述预设磁链估算模型包括电压型磁链估算模型以及电流型磁链估算模型；
积分调节模块，用于根据所述电压磁链估算值和所述电流磁链估算值进行积分调节，获取积分调节输出量；
转矩控制模块，用于根据所述积分调节输出量以及所述电压电流采样数据，获取定子磁链，并根据所述定子磁链获取所述压缩机的定子电压以对所述压缩机进行转矩控制；
模型估算模块包括比重调节单元，用于当所述压缩机为低转速状态时，将所述电压电流采样数据分别输入至所述电压型磁链估算模型以及所述电流型磁链估算模型，并获取所述电压型磁链估算模型的输出量以及所述电流型磁链估算模型的输出量；根据预设第一比重，对所述电压型磁链估算模型的输出量以及所述电流型磁链估算模型的输出量进行比重调节，得到所述压缩机定子的所述电压磁链估算值以及所述电流磁链估算值；当所述压缩机为高转速状态时，将所述电压电流采样数据分别输入至所述电压型磁链估算模型以及所述电流型磁链估算模型，并获取电压型磁链估算模型的输出量以及所述电流型磁链估算模型的输出量；根据预设第二比重，对所述电压型磁链估算模型的输出量以及所述电流型磁链估算模型的输出量进行比重调节，得到所述压缩机定子的电压磁链估算值以及所述电流磁链估算值。
9.一种压缩机装置，其特征在于，包括压缩机以及控制装置，所述压缩机与所述控制装置连接，所述控制装置用于根据权利要求1-7任意一项所述的压缩机直接转矩控制方法对所述压缩机进行转矩控制。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制装置包括控制器和比例积分调节器，所述控制器连接所述比例积分调节器以及所述压缩机，所述比例积分调节器用于根据预设积分输出阈值以及积分调节输入量进行积分调节，得到积分调节输出量。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述比例积分调节器包括积分器、一阶低通滤波器和一阶高通滤波器，所述积分器、一阶低通滤波器滤波器和所述一阶高通滤波器均与所述控制器连接。
12.一种空调设备，其特征在于，包括权利要求9-11任意一项所述的压缩机装置。
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