[發明專利]一種直線壓縮機的諧振頻率跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201711361512.0
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108054976B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 王立強;雷美珍;盧琴芬
• 申請（專利權）人: 浙江水利水電學院
• 主分類號: H02P25/06
• 分類號: H02P25/06;H02P27/08;H02P23/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李歐

本發明涉及直線壓縮機控制技術領域，尤其涉及一種直線壓縮機的諧振頻率跟蹤控制方法，分別檢測當前定子電流信號瞬時值i和動子位移信號瞬時值x，將定子電流信號i和動子位移信號x接入乘法器，得到兩者乘積i·x，通過低通濾波器獲取誤差信號隨后利用誤差信號通過PI調節器對供電頻率進行調節，即對電機供電的SPWM的調制波頻率進行調節，直至穩態誤差信號為零，此時直線壓縮機的供電頻率等于直線壓縮機的諧振頻率，工作在諧振狀態。本發明采用了低通濾波器和PI調節器，能夠有效且快速的跟蹤直線壓縮機的諧振頻率，提高直線壓縮機在變負載運行時的系統效率。

技術領域

本發明涉及直線壓縮機控制技術領域，尤其涉及一種直線壓縮機的諧振頻率跟蹤控制方法。

背景技術

直線壓縮機是一種采用直線振蕩電機直接驅動的新型壓縮機，與傳統的活塞式壓縮機相比，可以省去曲柄連桿等將旋轉運動轉換成直線往復運動的中間轉換機構，具有結構緊湊、傳動效率高和易于控制等優點。目前，它已廣泛應用于熱聲、脈管和斯特林等回熱式低溫系統。直線壓縮機可等效為一個典型二階彈簧振蕩系統，當直線振蕩電機的電氣驅動頻率與直線壓縮機系統的諧振頻率相同時，此時系統處于諧振狀態，直線壓縮機運行效率最高。直線壓縮機的諧振頻率不僅與機械彈簧彈性系數和動子總質量有關系，還會隨負載變化而變化，因此，如何跟蹤直線壓縮機的諧振頻率以實現系統的高效率運行成為直線壓縮機控制的主要目標。

在保證直線電機控制行程穩定的情況下，在負載變動時，控制系統能很好的跟蹤機械諧振頻率，成為直線壓縮機控制研究的一個熱點。根據在共振點處，電流最小、位移和電流相差90°的特點，有人采用控制位移和電流乘積的平均值的方法進行壓縮機效率最大化控制，降低控制性能；有人采用檢測位移和電流之間的相角控制，設定相角90°，通過給定與反饋經過PI控制器或者模糊控制器，實現效率最大化，該控制方法在相角檢測中存在過零檢測誤差的問題。

現有的直線壓縮機諧振頻率跟蹤控制方法，均通過分別檢測電流、位置信號的相位，求取相位差，然后根據相位差進行頻率調節。由于電流、的位置信號的相位檢測至少需要半個電氣周期T/2(T＝2π/ω)，即每T/2時間調整一次供電頻率，這會導致諧振頻率跟蹤控制的跟蹤響應變慢。另外，一篇申請號201610842155.9的中國發明專利公開了一種直線振蕩電機的諧振頻率跟蹤控制方法，該方法需要采用二階廣義積分器和坐標變換，運算復雜。由此可見，現有的直線壓縮機的諧振頻率跟蹤控制方法存在響應慢、運算復雜和抗干擾能力差等問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種直線壓縮機的諧振頻率跟蹤控制方法，無需分別檢測電流信號相位及位移信號相位，僅通過將瞬時電流值與瞬時位移值相乘，經低通濾波器提取出與其相位差成簡單函數關系的誤差信號，經PI調節器的穩態無誤差調節后可使直線壓縮機的供電頻率等于其諧振頻率，能夠有效且快速的跟蹤直線壓縮機的諧振頻率，提高直線壓縮機在變負載運行時的系統效率。

本發明通過以下技術手段解決上述技術問題：

一種直線壓縮機的諧振頻率跟蹤控制方法，分別檢測當前定子電流信號瞬時值i和動子位移信號瞬時值x，將定子電流信號i和動子位移信號x接入乘法器，得到兩者乘積i·x，通過低通濾波器獲取誤差信號隨后根據誤差信號通過PI調節器對供電角頻率進行調節，即對電機供電的SPWM的調制波頻率進行調節，直至穩態誤差信號為零，此時直線壓縮機的供電頻率等于直線壓縮機的諧振頻率，工作在諧振狀態。

進一步，對i·x進行低通濾波，得到與相位誤差的正弦值成正比的誤差信號所述為位移信號相位，所述為電流信號相位。原理分析如下：

其中，ω為供電頻率(rad/s)，i_m為正弦電流波形的幅值，x_m為正弦位移波形的幅值。