CN106208887A - 无电解电容电机驱动系统及其控制方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无电解电容电机驱动系统及其控制方法、装置，所述方法包括以下步骤：实时检测电机驱动系统的输入交流电压；根据输入交流电压计算压缩机电机的当前最高运行频率；以及根据当前最高运行频率对压缩机电机进行控制。该方法根据输入交流电压计算压缩机电机的当前最高运行频率，以在输入交流电压骤变时能够及时限制压缩机电机的最高转速，从而有效避免压缩机电机失控或电机驱动系统损坏，保证压缩机电机和电机驱动系统稳定、可靠运行。

Description

无电解电容电机驱动系统及其控制方法、装置

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种无电解电容电机驱动系统及其控制方法、装置。

背景技术

随着消费者对机电产品节能性要求的提升，效率更高的永磁同步电机得到了越来越广泛的应用。

常规变频驱动器的直流母线电压处于稳定状态，逆变部分与输入交流电压相对独立，从而使逆变部分的控制无需考虑输入交流电压的瞬时变化，便于控制方法的实现。然而，这种设计方法需要配备容值较大的电解电容，使得驱动器体积变大，成本提升，而且电解电容的寿命有限，其有效工作时间往往是变频驱动器寿命的瓶颈。

针对上述问题，相关技术中提出了以小容值的薄膜电容或陶瓷电容取代电解电容的策略，与常规变频驱动器相比，省去了功率因数校正部分，而且小型化的电容既能降低成本，又能消除电解电容引起的使用寿命瓶颈问题。

但是，由于薄膜电容或陶瓷电容容值很小，通常只有常规高压电解电容容值的1％-2％，因此当输入交流电压发生骤变时，直流母线电压也会随之变化，如果此时不能及时控制电机，则将发生电机失控或电控损坏。例如，当空调器的压缩机处于高速运转状态，如果输入交流电压发生跌落，则会因直流母线电压过低而无法输出足够的力矩，导致压缩机失步，甚至损坏逆变部分，如IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种无电解电容电机驱动系统的控制方法，该方法根据输入交流电压计算压缩机电机的当前最高运行频率，以在输入交流电压骤变时能够及时限制压缩机电机的最高转速，从而有效避免压缩机电机失控或电机驱动系统损坏，保证压缩机电机和电机驱动系统稳定、可靠运行。

本发明的第二个目的在于提出一种无电解电容电机驱动系统的控制装置。

本发明的第三个目的在于提出一种无电解电容电机驱动系统。

为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种无电解电容电机驱动系统的控制方法，包括以下步骤：实时检测电机驱动系统的输入交流电压；根据所述输入交流电压计算压缩机电机的当前最高运行频率；以及根据所述当前最高运行频率对所述压缩机电机进行控制。

根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制方法，实时检测电机驱动系统的输入交流电压，并根据输入交流电压计算压缩机电机的当前最高运行频率，以及根据当前最高运行频率对压缩机电机进行控制，以在输入交流电压骤变时能够及时限制压缩机电机的最高转速，从而有效避免压缩机电机失控或电机驱动系统损坏，保证压缩机电机和电机驱动系统稳定、可靠运行。

根据本发明的一个实施例，当所述输入交流电压上升时，通过以下公式计算所述压缩机电机的当前最高运行频率：

其中，F_max为所述压缩机电机的当前最高运行频率，V_rms为所述输入交流电压的有效值，V₂为第二预设电压，V₃为第三预设电压，V₅为第五预设电压，F_max1为所述V₂对应的所述压缩机电机的最高运行频率，F_max2为所述V₃对应的所述压缩机电机的最高运行频率，且V₂<V₃<V₅。

根据本发明的一个实施例，当所述输入交流电压下降时，通过以下公式计算所述压缩机电机的当前最高运行频率：

其中，F_max为所述压缩机电机的当前最高运行频率，V_rms为所述输入交流电压的有效值，V₁为第一预设电压，V₂为第二预设电压，V₃为第三预设电压，V₄为第四预设电压，F_max1为所述V₂对应的所述压缩机电机的最高运行频率，F_max2为所述V₃对应的所述压缩机电机的最高运行频率，且V₁<V₂<V₃<V₄。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述当前最高运行频率对所述压缩机电机进行控制，包括：根据所述当前最高运行频率计算所述压缩机电机的最高运行转速；获取所述最高运行转速与预设的给定转速之间的较小值，并根据所述较小值对所述压缩机电机进行控制。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述当前最高运行频率对所述压缩机电机进行控制，还包括：获取所述输入交流电压的电压瞬时值，并根据所述电压瞬时值计算所述输入交流电压的相位估计值；对所述压缩机电机的转子位置进行估计以获得所述压缩机电机的转子角度估计值和转子速度估计值；根据所述较小值、所述转子速度估计值、所述输入交流电压的形状和所述相位估计值计算所述压缩机电机的q轴给定电流；根据逆变电路的最大输出电压和所述逆变电路的输出电压幅值计算所述压缩机电机的d轴给定电流；根据所述q轴给定电流、所述d轴给定电流、q轴实际电流和d轴实际电流获取所述压缩机电机的q轴给定电压和d轴给定电压，并根据所述q轴给定电压、所述d轴给定电压、所述转子角度估计值生成控制信号，以及根据所述控制信号通过所述逆变电路对所述压缩机电机进行控制。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出的一种无电解电容电机驱动系统的控制装置，包括：电压检测模块，用于实时检测电机驱动系统的输入交流电压；第一计算模块，用于根据所述输入交流电压计算压缩机电机的当前最高运行频率；以及控制模块，用于根据所述当前最高运行频率对所述压缩机电机进行控制。

根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制装置，通过电压检测模块实时检测电机驱动系统的输入交流电压，第一计算模块根据输入交流电压计算压缩机电机的当前最高运行频率，控制模块根据当前最高运行频率对压缩机电机进行控制，以在输入交流电压骤变时能够及时限制压缩机电机的最高转速，从而有效避免压缩机电机失控或电机驱动系统损坏，保证压缩机电机和电机驱动系统稳定、可靠运行。

根据本发明的一个实施例，当所述输入交流电压上升时，所述第一计算模块通过以下公式计算所述压缩机电机的当前最高运行频率：

其中，F_max为所述压缩机电机的当前最高运行频率，V_rms为所述输入交流电压的有效值，V₂为第二预设电压，V₃为第三预设电压，V₅为第五预设电压，F_max1为所述V₂对应的所述压缩机电机的最高运行频率，F_max2为所述V₃对应的所述压缩机电机的最高运行频率，且V₂<V₃<V₅。

根据本发明的一个实施例，当所述输入交流电压下降时，所述第一计算模块通过以下公式计算所述压缩机电机的当前最高运行频率：

其中，F_max为所述压缩机电机的当前最高运行频率，V_rms为所述输入交流电压的有效值，V₁为第一预设电压，V₂为第二预设电压，V₃为第三预设电压，V₄为第四预设电压，F_max1为所述V₂对应的所述压缩机电机的最高运行频率，F_max2为所述V₃对应的所述压缩机电机的最高运行频率，且V₁<V₂<V₃<V₄。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块包括：第二计算模块，用于根据所述当前最高运行频率计算所述压缩机电机的最高运行转速；比较模块，用于获取所述最高运行转速与预设的给定转速之间的较小值，以根据所述较小值对所述压缩机电机进行控制。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块还包括：相位检测锁相环模块，用于获取所述输入交流电压的电压瞬时值，并根据所述电压瞬时值计算所述输入交流电压的相位估计值；位置速度估计器，用于对所述压缩机电机的转子位置进行估计以获得所述压缩机电机的转子角度估计值和转子速度估计值；q轴给定电流计算模块，用于根据所述较小值、所述转子速度估计值、所述输入交流电压的形状和所述相位估计值计算所述压缩机电机的q轴给定电流；d轴给定电流计算模块，用于根据逆变电路的最大输出电压和所述逆变电路的输出电压幅值计算所述压缩机电机的d轴给定电流；电流控制器，用于根据所述q轴给定电流、所述d轴给定电流、q轴实际电流和d轴实际电流获取所述压缩机电机的q轴给定电压和d轴给定电压，并根据所述q轴给定电压、所述d轴给定电压、所述转子角度估计值生成控制信号，以及根据所述控制信号通过所述逆变电路对所述压缩机电机进行控制。

此外，本发明的实施例还提出了一种无电解电容电机驱动系统，其包括上述的无电解电容电机驱动系统的控制装置。

本发明实施例的无电解电容电机驱动系统，通过上述的控制装置，能够根据输入交流电压计算压缩机电机的当前最高运行频率，以在输入交流电压骤变时能够及时限制压缩机电机的最高转速，从而有效避免压缩机电机失控或电机驱动系统损坏，保证压缩机电机和电机驱动系统稳定、可靠运行。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的无电解电容电机驱动系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制方法的流程图；

图3是根据本发明一个实施例的输入交流电压上升时压缩机电机的当前最高运行频率的示意图；

图4是根据本发明一个实施例的输入交流电压下降时压缩机电机的当前最高运行频率的示意图；

图5是根据本发明一个实施例的无电解电容电机驱动系统的控制方法的流程图；

图6是根据本发明一个实施例的无电解电容电机驱动系统的控制装置的结构示意图；

图7是根据本发明一个实施例的相位检测锁相环模块的结构示意图；以及

图8是根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例提出的无电解电容电机驱动系统及其控制方法、装置。

图1是根据本发明一个实施例的无电解电容电机驱动系统的结构示意图。如图1所示，该无电解电容电机驱动系统包括：输入电感1、整流电路2、直流链部3、逆变电路4以及控制部5，其中，整流电路2对输入交流电源AC进行全波整流；直流链部3包括与整流电路2的输出侧并联的薄膜电容EC，经薄膜电容EC后，输出脉动的直流电压V_dc(即直流母线电压)；逆变电路4利用开关管S1-S6将直流链部3输出的脉动的直流电压V_dc转换为交流电后，供给压缩机电机6(可以为永磁同步电机)；控制部5对逆变电路4中的开关管S1-S6进行控制以使压缩机电机6正常运行。

图2是根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制方法的流程图。如图2所示，该无电解电容电机驱动系统的控制方法包括以下步骤：

S1，实时检测电机驱动系统的输入交流电压V_ac。

S2，根据输入交流电压V_ac计算压缩机电机的当前最高运行频率F_max。

根据本发明的一个实施例，当输入交流电压V_ac上升时，通过下述公式(1)计算压缩机电机的当前最高运行频率F_max：

其中，F_max为压缩机电机的当前最高运行频率，V_rms为输入交流电压的有效值，V₂为第二预设电压，V₃为第三预设电压，V₅为第五预设电压，F_max1为V₂对应的压缩机电机的最高运行频率，F_max2为V₃对应的压缩机电机的最高运行频率，且V₂<V₃<V₅。

具体而言，如图3所示，当输入交流电压V_ac上升时，如果输入交流电压的有效值V_rms<V₂，则表明输入交流电压V_ac比较小，此时禁止压缩机电机启动，即当前最高运行频率F_max＝0；如果V₂≤V_rms<V₃，则允许压缩机电机启动运行，此时可以根据输入交流电压的有效值V_rms计算当前最高运行频率F_max，即F_max＝(F_max2-F_max1)*(V_rms-V₂)/(V₃-V₂)+F_max1；如果V₃≤V_rms≤V₅，则允许压缩机电机一直处于高速运转状态，即F_max＝F_max2；如果V_rms>V₅，则表明当前输入交流电压V_ac过高，此时需控制压缩机电机停止工作。从而根据实时检测的输入交流电压来对压缩机电机的当前最高运行频率进行动态调整，以在输入交流电压上升时，能够及时限制压缩机电机的最高转速，有效避免压缩机电机失控或电机驱动系统损坏，保证压缩机电机和驱动电机系统稳定、可靠运行。

根据本发明的一个实施例，当输入交流电压V_ac下降时，通过下述公式(2)计算压缩机电机的当前最高运行频率F_max：

其中，V₁为第一预设电压，V₂为第二预设电压，V₃为第三预设电压，V₄为第四预设电压，且V₁<V₂<V₃<V₄。

具体而言，如图4所示，当输入交流电压V_ac下降时，如果输入交流电压的有效值V_rms>V₄，则控制压缩机电机停止工作，即当前最高运行频率F_max＝0；如果V₃≤V_rms≤V₄，则允许压缩机电机一直处于高速运转状态，即F_max＝F_max2；如果V₂≤V_rms<V₃，则根据输入交流电压的有效值V_rms来计算当前最高运行频率F_max，即F_max＝(F_max2-F_max1)*(V_rms-V₂)/(V₃-V₂)+F_max1；如果V₁≤V_rms<V₂，则允许压缩机电机一直处于低速运转状态，即F_max＝F_max1；如果V_rms<V₁，则控制压缩机电机停止工作，即当前最高运行频率F_max＝0。从而可以根据实时检测的输入交流电压来对压缩机电机的当前最高运行频率进行动态调整，以在输入交流电压跌落时，能够及时限制压缩机电机的最高转速，有效避免压缩机电机失控或电机驱动系统损坏，例如，可以有效避免空调器的压缩机处于高速运转时，因直流母线电压过低导致的力矩不足而使压缩机电机失步的问题，从而保证压缩机电机和电机驱动系统稳定、可靠运行。

S3，根据当前最高运行频率F_max对压缩机电机进行控制。

根据本发明的一个实施例，根据当前最高运行频率F_max对压缩机电机进行控制，包括：根据当前最高运行频率F_max计算压缩机电机的最高运行转速ω_max；获取最高运行转速ω_max与预设的给定转速之间的较小值并根据较小值(记为ω_ref)对压缩机电机进行控制。

进一步地，如图5所示，根据当前最高运行频率F_max对压缩机电机进行控制，还包括：

S101，获取输入交流电压的电压瞬时值V_ge，并根据电压瞬时值V_ge计算输入交流电压的相位估计值θ_ge。

具体地，如图7所示，根据电压瞬时值V_ge计算输入交流电压的相位估计值θ_ge，包括：对上一计算周期的输入交流电压的相位估计值进行余弦计算以获得第一计算值；将电压瞬时值V_ge与第一计算值相乘以获得第二计算值；对第二计算值进行低通滤波处理以获得第三计算值，其中，低通滤波处理的带宽小于输入交流电压频率ω_g的1/5；对第三计算值进行PI(Proportional Integral，比例积分)调节以获得第四计算值；对第四计算值和输入交流电压的频率ω_g之和进行积分计算以获得当前计算周期的输入交流电压的相位估计值θ_ge。

S102，对压缩机电机的转子位置进行估计以获得压缩机电机的转子角度估计值θ_est和转子速度估计值ω_est。

具体地，可以通过磁链观测法获得压缩机电机的转子角度估计值θ_est和转子速度估计值ω_est。具体而言，首先可根据两相静止坐标系上的电压V_α、V_β和电流I_α、I_β计算压缩机电机在两相静止坐标系α和β轴方向上有效磁通的估计值，具体计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\widehat{\mathrm{\&lambda;}}}_{\mathrm{\&alpha;}}=\frac{1}{s}\&lsqb;V_{\mathrm{\&alpha;}}-I_{\mathrm{\&alpha;}}R\&rsqb;-L_q{I}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ {\widehat{\mathrm{\&lambda;}}}_{\mathrm{\&beta;}}=\frac{1}{s}\&lsqb;V_{\mathrm{\&beta;}}-I_{\mathrm{\&beta;}}R\&rsqb;-L_q{I}_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，和分别为压缩机电机在α和β轴方向上有效磁通的估计值，V_α和V_β分别为α和β轴方向上的电压，I_α和I_β分别为α和β轴方向上的电流，R为定子电阻，L_q为压缩机电机的q轴磁链。

然后，根据下述公式(4)计算压缩机电机的转子角度估计值θ_est和转子速度估计值ω_est：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&omega;}}_{est0}=(K_{p\_pll}+\frac{K_{i\_pll}}{s}){\mathrm{\&theta;}}_{err}\\ {\mathrm{\&theta;}}_{est}=\frac{1}{s}{\mathrm{\&omega;}}_{est0}\\ {\mathrm{\&omega;}}_{est}=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_f}{s+{\mathrm{\&omega;}}_f}{\mathrm{\&omega;}}_{est0}\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，K_{p_pll}和K_{i_pll}分别为比例积分参数，θ_err为偏差角度估计值，ω_f为速度低通滤波器的带宽。

S103，根据较小值ω_ref、转子速度估计值ω_est、输入交流电压的形状和相位估计值θ_ge计算压缩机电机的q轴给定电流I_qref。

具体地，如图6所示，根据较小值ω_ref、转子速度估计值ω_est、输入交流电压的形状和相位估计值θ_ge计算压缩机电机的q轴给定电流I_qref，包括：对最小值ω_ref与转子速度估计值ω_est之间的差值进行PI调节以获得转矩幅值给定T₀；根据输入交流电压的形状和相位估计值θ_ge生成输出变量W_f；将输出变量W_f和转矩幅值给定T₀相乘后除以压缩机电机转矩系数K_t以获得q轴给定电流初始值I_q0；根据相位估计值θ_ge生成补偿电流I_qcom；将补偿电流I_qcom叠加到q轴给定电流初始值I_q0以获得q轴给定电流I_qref。

其中，输出变量可通过下述公式(5)生成：

$\begin{array}{c}{W}_{f0}\left({\mathrm{\&theta;}}_{ge}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\left|V_{ge}\right|-\left|V_{\mathrm{\&theta;}d}\right|}{V_m-\left|V_{\mathrm{\&theta;}d}\right|},& {\mathrm{\&theta;}}_{ge}\&Element;\&lsqb;{\mathrm{\&theta;}}_d,\mathrm{\&pi;}-{\mathrm{\&theta;}}_d\&rsqb;\\ 0,& {\mathrm{\&theta;}}_{ge}\&Element;\&lsqb;0,{\mathrm{\&theta;}}_d)\&cup;(\mathrm{\&pi;}-{\mathrm{\&theta;}}_d,\mathrm{\&pi;}\&rsqb;\end{array}\right.\\ W_f\left({\mathrm{\&theta;}}_{ge}\right)=\left\{\begin{array}{cc}{W}_{f0}\left({\mathrm{\&theta;}}_{ge}\right),& W_{f0}\left({\mathrm{\&theta;}}_{ge}\right)>0\\ 0,& W_{f0}\left({\mathrm{\&theta;}}_{ge}\right)\&le;0\end{array}\right.\end{array}---\left(5\right)$

其中，W_f(θ_ge)为输出变量，V_θd为输入交流电压半周期内相位为θ_d时的电压，V_m为输入交流电压的电压幅值，θ_d为电流死区所对应的相位。

补偿电流可通过下述公式(6)生成：

$I_{qcom}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{0.5{\mathrm{CV}}_m^2{\mathrm{\&omega;}}_g\sin \left(2{\mathrm{\&theta;}}_{ge}\right)}{K_t{\mathrm{\&omega;}}_{est}}& {\mathrm{\&theta;}}_{ge}\&Element;\&lsqb;{\mathrm{\&theta;}}_{d1},\mathrm{\&pi;}-{\mathrm{\&theta;}}_{d1}\&rsqb;\\ 0& {\mathrm{\&theta;}}_{ge}\&Element;\&lsqb;0,{\mathrm{\&theta;}}_{d1})\&cup;(\mathrm{\&pi;}-{\mathrm{\&theta;}}_{d1},\mathrm{\&pi;}\&rsqb;\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，I_qcom为补偿电流，C为并联在逆变电路的输入端之间的电容容值，θ_d1为预设的相位参数，其值可以为电流死区所对应的相位θ_d，具体可取0.1～0.2rad。

S104，根据逆变电路的最大输出电压V_max和逆变电路的输出电压幅值V₁计算压缩机电机的d轴给定电流I_dref。

具体地，如图6所示，根据逆变电路的最大输出电压V_max和逆变电路的输出电压幅值V₁计算压缩机电机的d轴给定电流I_dref，包括：对逆变电路的最大输出电压V_max与逆变电路的输出电压幅值V₁之差进行弱磁控制以获得d轴给定电流初始值I_d0；对d轴给定电流初始值I_d0进行限幅处理以获得d轴给定电流I_dref。

其中，可通过下述公式(7)计算d轴给定电流初始值I_d0：

$I_{d0}=\frac{K_i}{s}\&lsqb;(V_1-V_{max})\&rsqb;---\left(7\right)$

其中，K_i为积分控制系数，V_d和V_q分别为压缩机电机的d轴实际电压和q轴实际电压，V_dc为压缩机电机的直流母线电压。

然后，根据电流给定初始值I_d0，并通过下述公式(8)计算d轴给定电流I_dref：

$I_{dref}=\left\{\begin{array}{cc}0& I_{d0}>0\\ I_{d0}& I_{demag}<I_{d0}\&le;0\\ I_{demag}& I_{d0}\&le;T_{demag}\end{array}\right.---\left(8\right)$

其中，I_demag为压缩机电机退磁电流限制值。

S105，根据q轴给定电流I_qref、d轴给定电流I_dref、q轴实际电流I_q和d轴实际电流I_d获取压缩机电机的q轴给定电压V_qref和d轴给定电压V_dref，并根据q轴给定电压V_qref、d轴给定电压V_dref、转子角度估计值θ_est生成控制信号，以及根据控制信号通过逆变电路对压缩机电机进行控制。

具体地，可以通过下述公式(9)计算q轴给定电压V_qref和d轴给定电压V_dref：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{d0}=K_{pd}\&CenterDot;(I_{dref}-I_d)+K_{id}{\&Integral;}_0^t\&lsqb;I_{dref}\left(\mathrm{\&tau;}\right)-I_d\left(\mathrm{\&tau;}\right)\&rsqb;d\mathrm{\&tau;}\\ V_{q0}=K_{pq}\&CenterDot;(I_{qref}-I_q)+K_{iq}{\&Integral;}_0^t\&lsqb;I_{qref}\left(\mathrm{\&tau;}\right)-I_q\left(\mathrm{\&tau;}\right)\&rsqb;d\mathrm{\&tau;}\\ V_{dref}=V_{d0}-{\mathrm{\&omega;L}}_q{I}_q\\ V_{qref}=V_{q0}+{\mathrm{\&omega;L}}_d{I}_d+{\mathrm{\&omega;K}}_e\end{array}\right.---\left(9\right)$

其中，I_q为q轴实际电流，I_d为d轴实际电流，K_pd和K_id分别为d轴电流控制比例增益与积分增益，K_pq和K_iq分别为q轴电流控制比例增益与积分增益，ω为压缩机电机的转速，K_e为压缩机电机的反电势系数，L_d和L_q分别为d轴电感和q轴电感，表示x(τ)在时间上的积分。

在获取到q轴给定电压V_qref和d轴给定电压V_dref后，可根据转子角度估计值θ_est对q轴给定电压V_qref和d轴给定电压V_dref进行Park逆变换，得到两相静止坐标系上的电压V_α、V_β，具体变换公式如下：

$\{\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\&alpha;}}=V_{dref}{\mathrm{cos\&theta;}}_{est}-V_{qref}{\mathrm{sin\&theta;}}_{est}\\ V_{\mathrm{\&beta;}}=V_{dref}{\mathrm{sin\&theta;}}_{est}+V_{qref}{\mathrm{cos\&theta;}}_{est}\end{array}---\left(10\right)$

进一步地，对两相静止坐标系上的电压V_α、V_β进行Clark逆变换，得到三相电压指令V_u、V_v、V_w，具体变换公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_u=V_{\mathrm{\&alpha;}}\\ V_v=\frac{-V_{\mathrm{\&alpha;}}+\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\&beta;}}}{2}\\ V_w=\frac{-V_{\mathrm{\&alpha;}}-\sqrt{3}{V}_{\mathrm{\&beta;}}}{2}\end{array}\right.---\left(11\right)$

然后，可根据直流母线电压V_dc和三相电压指令V_u、V_v、V_w进行占空比计算，得到占空比控制信号，即三相占空比D_u、D_v、D_w，具体计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{D}_u=(V_u+0.5V_{dc})/V_{dc}\\ D_v=(V_v+0.5V_{dc})/V_{dc}\\ D_w=(V_w+0.5V_{dc})/V_{dc}\end{array}\right.---\left(12\right)$

最后，根据三相占空比D_u、D_v、D_w对逆变电路的开关管进行控制，以实现对压缩机电机的控制。

综上所述，根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制方法，实时检测电机驱动系统的输入交流电压，并根据输入交流电压计算压缩机电机的当前最高运行频率，以及根据当前最高运行频率对压缩机电机进行控制，以在输入交流电压骤变时能够及时限制压缩机电机的最高转速，从而有效避免压缩机电机失控或电机驱动系统损坏，保证压缩机电机和电机驱动系统稳定、可靠运行。

图8是根据本发明一个实施例的无电解电容电机驱动系统的控制装置的结构示意图。如图8所示，该控制装置包括：电压检测模块10、第一计算模块20和控制模块30。

具体地，电压检测模块10用于实时检测电机驱动系统的输入交流电压V_ac。第一计算模块20用于根据输入交流电压V_ac计算压缩机电机的当前最高运行频率F_max。

根据本发明的一个实施例，当输入交流电压V_ac上升时，第一计算模块20通过上述公式(1)计算压缩机电机的当前最高运行频率F_max。

具体而言，如图3所示，当输入交流电压V_ac上升时，如果输入交流电压的有效值V_rms<V₂，则表明输入交流电压V_ac比较小，此时禁止压缩机电机启动，即当前最高运行频率F_max＝0；如果V₂≤V_rms<V₃，则允许压缩机电机启动运行，此时可以根据输入交流电压的有效值V_rms计算当前最高运行频率F_max，即F_max＝(F_max2-F_max1)*(V_rms-V₂)/(V₃-V₂)+F_max1；如果V₃≤V_rms≤V₅，则允许压缩机电机一直处于高速运转状态，即F_max＝F_max2；如果V_rms>V₅，则表明当前输入交流电压V_ac过高，此时需控制压缩机电机停止工作。从而根据实时检测的输入交流电压来对压缩机电机的当前最高运行频率进行动态调整，以在输入交流电压上升时，能够及时限制压缩机电机的最高转速，有效避免压缩机电机失控或电机驱动系统损坏，保证压缩机电机和驱动电机系统稳定、可靠运行。

根据本发明的一个实施例，当输入交流电压V_ac下降时，第一计算模块20通过上述公式(2)计算压缩机电机的当前最高运行频率F_max。

具体而言，如图4所示，当输入交流电压V_ac下降时，如果输入交流电压的有效值V_rms>V₄，则控制压缩机电机停止工作，即当前最高运行频率F_max＝0；如果V₃≤V_rms≤V₄，则允许压缩机电机一直处于高速运转状态，即F_max＝F_max2；如果V₂≤V_rms<V₃，则根据输入交流电压的有效值V_rms来计算当前最高运行频率F_max，即F_max＝(F_max2-F_max1)*(V_rms-V₂)/(V₃-V₂)+F_max1；如果V₁≤V_rms<V₂，则允许压缩机电机一直处于低速运转状态，即F_max＝F_max1；如果V_rms<V₁，则控制压缩机电机停止工作，即当前最高运行频率F_max＝0。从而可以根据实时检测的输入交流电压来对压缩机电机的当前最高运行频率进行动态调整，以在输入交流电压跌落时，能够及时限制压缩机电机的最高转速，有效避免压缩机电机失控或电机驱动系统损坏，例如，可以有效避免空调器的压缩机处于高速运转时，因直流母线电压过低导致的力矩不足而使的压缩机电机失步的问题，从而保证压缩机电机和电机驱动系统稳定、可靠运行。

控制模块30用于根据当前最高运行频率F_max对压缩机电机进行控制。

根据本发明的一个实施例，如图8所示，控制模块30包括：第二计算模块31和比较模块32，其中，第二计算模块31用于根据当前最高运行频率F_max计算压缩机电机的最高运行转速ω_max；比较模块32用于获取最高运行转速ω_max与预设的给定转速之间的较小值以根据较小值(记为ω_ref)对压缩机电机进行控制。

进一步地，如图6所示，控制模块30还包括：相位检测锁相环模块33、位置速度估计器34、q轴给定电流计算模块35、d轴给定电流计算模块36和电流控制器37。

其中，相位检测锁相环模块33用于获取输入交流电压的电压瞬时值V_ge，并根据电压瞬时值V_ge计算输入交流电压的相位估计值θ_ge。

具体地，如图7所示，相位检测锁相环模块33包括：余弦计算器331、第一乘法器332、低通滤波器333、第一PI调节器334和积分器335。其中，余弦计算器331用于对上一计算周期的输入交流电压的相位估计值进行余弦计算以获得第一计算值；第一乘法器332将电压瞬时值V_ge与第一计算值相乘以获得第二计算值；低通滤波器333对第二计算值进行低通滤波处理以获得第三计算值，其中，低通滤波器333的带宽小于输入交流电压频率ω_g的1/5；第一PI调节器334对第三计算值进行PI调节以获得第四计算值；积分器335对第四计算值和输入交流电压的频率ω_g之和进行积分计算以获得当前计算周期的输入交流电压的相位估计值θ_ge。

位置速度估计器34用于对压缩机电机的转子位置进行估计以获得压缩机电机的转子角度估计值和转子速度估计值。

具体地，可以通过磁链观测法获得压缩机电机的转子角度估计值θ_est和转子速度估计值ω_est。具体而言，首先可根据两相静止坐标系上的电压V_α、V_β和电流I_α、I_β计算压缩机电机在两相静止坐标系α和β轴方向上有效磁通的估计值，具体如上述公式(3)所示。然后，根据上述公式(4)计算压缩机电机的转子角度估计值θ_est和转子速度估计值ω_est。

q轴给定电流计算模块35用于根据较小值ω_ref、转子速度估计值ω_est、输入交流电压的形状和相位估计值θ_ge计算压缩机电机的q轴给定电流I_qref。

具体地，如图6所示，q轴给定电流计算模块35包括：第二PI调节器351、波形发生器352、初始电流计算单元353、电容电流补偿单元354和叠加单元355。其中，第二PI调节器351用于对最小值ω_ref与转子速度估计值ω_est之间的差值进行PI调节以获得转矩幅值给定T₀；波形发生器352用于根据输入交流电压的形状和相位估计值θ_ge生成输出变量W_f；初始电流计算单元353将输出变量W_f和转矩幅值给定T₀相乘后除以压缩机电机转矩系数K_t以获得q轴给定电流初始值I_q0；电容电流补偿单元354用于根据相位估计值θ_ge生成补偿电流I_qcom；叠加单元355用于将补偿电流I_qcom叠加到q轴给定电流初始值I_q0以获得q轴给定电流I_qref。其中，波形发生器352可通过上述公式(5)生成输出变量W_f。电容电流补偿单元354可通过上述公式(6)生成补偿电流I_qcom。

d轴给定电流计算模块36用于根据逆变电路4的最大输出电压和逆变电路4的输出电压幅值计算压缩机电机的d轴给定电流。

具体地，如图6所示，d轴给定电流计算模块36包括：弱磁控制器361和限幅单元362，其中，弱磁控制器361用于对逆变电路4的最大输出电压V_max与逆变电路4的输出电压幅值V₁之差进行弱磁控制以获得d轴给定电流初始值I_d0；限幅单元362用于对d轴给定电流初始值I_d0进行限幅处理以获得d轴给定电流I_dref。其中，弱磁控制器361可通过上述公式(7)计算d轴给定电流初始值I_d0。然后，限幅单元362通过上述公式(8)计算d轴给定电流I_dref。

电流控制器37用于根据q轴给定电流I_qref、d轴给定电流I_dref、q轴实际电流I_q和d轴实际电流I_d获取压缩机电机的q轴给定电压V_qref和d轴给定电压V_dref，并根据q轴给定电压V_qref、d轴给定电压V_dref、转子角度估计值θ_est生成控制信号，以及根据控制信号通过逆变电路4对压缩机电机进行控制。

具体地，电流控制器37可通过上述公式(9)计算q轴给定电压V_qref和d轴给定电压V_dref。在获取到q轴给定电压V_qref和d轴给定电压V_dref后，可根据转子角度估计值θ_est对q轴给定电压V_qref和d轴给定电压V_dref进行Park逆变换，得到两相静止坐标系上的电压V_α、V_β，具体变换公式如上述公式(10)。然后，对两相静止坐标系上的电压V_α、V_β进行Clark逆变换，得到三相电压指令V_u、V_v、V_w，具体变换公式如上述公式(11)。然后，占空比计算单元38根据直流母线电压V_dc和三相电压指令V_u、V_v、V_w进行占空比计算，得到占空比控制信号，即三相占空比D_u、D_v、D_w，具体计算公式如上述公式(12)。最后，根据三相占空比D_u、D_v、D_w对逆变电路的开关管进行控制，以实现对压缩机电机的控制。

可以理解的是，本发明实施例的控制装置中的第一计算模块20和控制模块30可以集成在图1所示的控制部5中。

根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的控制装置，通过电压检测模块实时检测电机驱动系统的输入交流电压，第一计算模块根据输入交流电压计算压缩机电机的当前最高运行频率，控制模块根据当前最高运行频率对压缩机电机进行控制，以在输入交流电压骤变时能够及时限制压缩机电机的最高转速，从而有效避免压缩机电机失控或电机驱动系统损坏，保证压缩机电机和电机驱动系统稳定、可靠运行。

此外，本发明的实施例还提出了一种无电解电容电机驱动系统，其包括上述的无电解电容电机驱动系统的控制装置。

本发明实施例的无电解电容电机驱动系统，通过上述的控制装置，能够根据输入交流电压计算压缩机电机的当前最高运行频率，以在输入交流电压骤变时能够及时限制压缩机电机的最高转速，从而有效避免压缩机电机失控或电机驱动系统损坏，保证压缩机电机和电机驱动系统稳定、可靠运行。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种无电解电容电机驱动系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

实时检测电机驱动系统的输入交流电压；

根据所述输入交流电压计算压缩机电机的当前最高运行频率；以及

根据所述当前最高运行频率对所述压缩机电机进行控制。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当所述输入交流电压上升时，通过以下公式计算所述压缩机电机的当前最高运行频率：

其中，F_max为所述压缩机电机的当前最高运行频率，V_rms为所述输入交流电压的有效值，V₂为第二预设电压，V₃为第三预设电压，V₅为第五预设电压，F_max1为所述V₂对应的所述压缩机电机的最高运行频率，F_max2为所述V₃对应的所述压缩机电机的最高运行频率，且V₂<V₃<V₅。

3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，当所述输入交流电压下降时，通过以下公式计算所述压缩机电机的当前最高运行频率：

其中，F_max为所述压缩机电机的当前最高运行频率，V_rms为所述输入交流电压的有效值，V₁为第一预设电压，V₂为第二预设电压，V₃为第三预设电压，V₄为第四预设电压，F_max1为所述V₂对应的所述压缩机电机的最高运行频率，F_max2为所述V₃对应的所述压缩机电机的最高运行频率，且V₁<V₂<V₃<V₄。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述当前最高运行频率对所述压缩机电机进行控制，包括：

根据所述当前最高运行频率计算所述压缩机电机的最高运行转速；

获取所述最高运行转速与预设的给定转速之间的较小值，并根据所述较小值对所述压缩机电机进行控制。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述当前最高运行频率对所述压缩机电机进行控制，还包括：

获取所述输入交流电压的电压瞬时值，并根据所述电压瞬时值计算所述输入交流电压的相位估计值；

对所述压缩机电机的转子位置进行估计以获得所述压缩机电机的转子角度估计值和转子速度估计值；

根据所述较小值、所述转子速度估计值、所述输入交流电压的形状和所述相位估计值计算所述压缩机电机的q轴给定电流；

根据逆变电路的最大输出电压和所述逆变电路的输出电压幅值计算所述压缩机电机的d轴给定电流；

根据所述q轴给定电流、所述d轴给定电流、q轴实际电流和d轴实际电流获取所述压缩机电机的q轴给定电压和d轴给定电压，并根据所述q轴给定电压、所述d轴给定电压、所述转子角度估计值生成控制信号，以及根据所述控制信号通过所述逆变电路对所述压缩机电机进行控制。

6.一种无电解电容电机驱动系统的控制装置，其特征在于，包括：

电压检测模块，用于实时检测电机驱动系统的输入交流电压；

第一计算模块，用于根据所述输入交流电压计算压缩机电机的当前最高运行频率；以及

控制模块，用于根据所述当前最高运行频率对所述压缩机电机进行控制。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，当所述输入交流电压上升时，所述第一计算模块通过以下公式计算所述压缩机电机的当前最高运行频率：

其中，F_max为所述压缩机电机的当前最高运行频率，V_rms为所述输入交流电压的有效值，V₂为第二预设电压，V₃为第三预设电压，V₅为第五预设电压，F_max1为所述V₂对应的所述压缩机电机的最高运行频率，F_max2为所述V₃对应的所述压缩机电机的最高运行频率，且V₂<V₃<V₅。

8.根据权利要求6或7所述的控制装置，其特征在于，当所述输入交流电压下降时，所述第一计算模块通过以下公式计算所述压缩机电机的当前最高运行频率：

其中，F_max为所述压缩机电机的当前最高运行频率，V_rms为所述输入交流电压的有效值，V₁为第一预设电压，V₂为第二预设电压，V₃为第三预设电压，V₄为第四预设电压，F_max1为所述V₂对应的所述压缩机电机的最高运行频率，F_max2为所述V₃对应的所述压缩机电机的最高运行频率，且V₁<V₂<V₃<V₄。

9.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述控制模块包括：

第二计算模块，用于根据所述当前最高运行频率计算所述压缩机电机的最高运行转速；

比较模块，用于获取所述最高运行转速与预设的给定转速之间的较小值，以根据所述较小值对所述压缩机电机进行控制。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述控制模块还包括：

相位检测锁相环模块，用于获取所述输入交流电压的电压瞬时值，并根据所述电压瞬时值计算所述输入交流电压的相位估计值；

位置速度估计器，用于对所述压缩机电机的转子位置进行估计以获得所述压缩机电机的转子角度估计值和转子速度估计值；

q轴给定电流计算模块，用于根据所述较小值、所述转子速度估计值、所述输入交流电压的形状和所述相位估计值计算所述压缩机电机的q轴给定电流；

d轴给定电流计算模块，用于根据逆变电路的最大输出电压和所述逆变电路的输出电压幅值计算所述压缩机电机的d轴给定电流；

电流控制器，用于根据所述q轴给定电流、所述d轴给定电流、q轴实际电流和d轴实际电流获取所述压缩机电机的q轴给定电压和d轴给定电压，并根据所述q轴给定电压、所述d轴给定电压、所述转子角度估计值生成控制信号，以及根据所述控制信号通过所述逆变电路对所述压缩机电机进行控制。

11.一种无电解电容电机驱动系统，其特征在于，包括根据权利要求6-10中任一项所述的无电解电容电机驱动系统的控制装置。