《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》是安徽美芝精密製造有限公司於2015年12月11日申請的專利，該專利申請號：201510933124X，專利公布號：CN105450098A，專利公布日：2016年3月30日，發明人是：劉超叢、任新傑、宋萬傑、王世超、杜鑫龍。
《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》公開了一種永磁同步電機的速度波動抑制方法，包括以下步驟：獲取永磁同步電機的目標轉速和反饋轉速，並根據目標轉速和反饋轉速計算永磁同步電機的波動轉速；對波動轉速進行疊代學習控制以獲得補償速度，並將補償速度疊加到永磁同步電機的上一控制周期的給定轉速上以獲得當前控制周期的給定轉速；根據當前控制周期的給定轉速對永磁同步電機進行控制以抑制永磁同步電機的轉速波動。該抑制方法通過對波動速度進行疊代學習控制獲得補償速度以對速度環的給定速度進行修正，從而實現對永磁同步電機運行時的速度波動進行有效抑制。《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》還公開了一種永磁同步電機的控制裝置和具有其的壓縮機控制系統。
2021年8月16日，《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》獲得安徽省第八屆專利獎銀獎。
（概述圖為《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統
- 公布號：CN105450098A
- 公布日：2016年3月30日
- 申請號：201510933124X
- 申請日：2015年12月11日
- 申請人：安徽美芝精密製造有限公司
- 地址：安徽省蕪湖市蕪湖經濟技術開發區管委會505
- 發明人：劉超叢、任新傑、宋萬傑、王世超、杜鑫龍
- Int.Cl.：H02P6/10(2006.01)I、H02P6/06(2006.01)I、H02P21/05(2006.01)I
- 專利代理機構：北京清亦華智慧財產權代理事務所
- 代理人：張大威
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,發明目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
永磁同步電機在低頻運行時由於負載不平衡使得速度產生較大波動，從而給整個系統帶來噪音和振動，影響系統的可靠性，並降低用戶使用的舒適性，因此，需要對永磁同步電機的速度波動進行抑制。
相關技術中，永磁同步電機的控制技術中存在以下問題：
1、以經典控制理論為基礎的雙閉環控制為了使電流環能夠跟蹤電流指令，通常將電流環的頻寬設定較高，轉速環的頻寬設定較低，永磁同步電機在低頻段的轉速波動可以通過調節轉速環頻寬實現，但這將削弱系統在中頻段和高頻段的性能，因此可以採用基於經典控制理論的前饋控制方法等來抑制速度波動。但該類控制方法需要獲得控制系統的詳細模型以及永磁同步電機的參數，而在實際運行過程中，隨著環境條件的變化，精確的模型很難獲得，而且永磁同步電機本身為非線性多耦合系統，各項參數也會隨著運行狀況的變化而變化，系統不確定性因素多，因此將削弱對速度波動抑制的效果；
2、在速度電流雙閉環控制系統中，實時採集當前運行周期的誤差信號，並根據誤差信號生成控制信號，由於生成的控制信號僅與系統當前運行周期的誤差信號有關，而忽略了上一運行周期中誤差信號對系統某些特性的影響；
3、採用力矩補償、特定諧波消除等控制方法抑制速度波動，該類控制方法的算法實現較為複雜，系統可靠性比較低。
因此，需要對永磁同步電機的控制技術進行改進。
發明內容
發明目的
《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的一個目的在於提出一種永磁同步電機的速度波動抑制方法，通過對波動速度進行疊代學習控制來獲得補償速度以對速度環的給定速度進行修正，從而實現對永磁同步電機運行時的速度波動進行有效抑制。
《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的另一個目的在於提出一種永磁同步電機的控制裝置。《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的又一個目的在於提出一種壓縮機控制系統。
技術方案
獲取永磁同步電機的目標轉速和反饋轉速，並根據所述目標轉速和反饋轉速計算所述永磁同步電機的波動轉速；對所述波動轉速進行疊代學習控制以獲得補償速度，並將所述補償速度疊加到所述永磁同步電機的上一控制周期的給定轉速上以獲得當前控制周期的給定轉速；根據所述當前控制周期的給定轉速對所述永磁同步電機進行控制以抑制所述永磁同步電機的轉速波動。
根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》實施例的永磁同步電機的速度波動抑制方法，通過對波動速度即目標轉速與反饋轉速之間的速度誤差進行疊代學習控制以獲得補償速度，並根據補償轉速對永磁同步電機的給定轉速進行修正，以及根據當前給定轉速對永磁同步電機進行控制，從而實現對永磁同步電機運行時的速度波動進行有效抑制。由於永磁同步電機的當前控制周期的給定轉速是通過波動速度以及上一控制周期的給定轉速獲得，因此對系統的控制模型依賴性很低，而且控制簡單可靠。
根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的一個實施例，採用閉環P（Proportional，比例）型疊代算法對所述波動轉速進行疊代學習控制。
根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的一個實施例，對所述波動轉速進行疊代學習控制以獲得補償速度，具體包括：獲取當前載波個數，並對所述當前載波個數進行判斷；如果所述當前載波個數小於預設載波個數，則控制所述目標轉速為所述上一控制周期的給定轉速，並根據所述目標轉速和所述反饋轉速重新計算所述波動轉速，以及對重新計算的所述波動轉速進行比例計算以得到所述補償轉速；如果所述當前載波個數大於或等於所述預設載波個數，則停止對所述波動轉速進行疊代學習控制。
根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的一個實施例，通過位置觀測器獲取所述永磁同步電機的反饋轉速。
為達到上述目的，《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》另一方面實施例提出了一種永磁同步電機的控制裝置，包括：波動轉速計算模組，所述波動轉速計算模組用於獲取永磁同步電機的目標轉速和反饋轉速，並根據所述目標轉速和反饋轉速計算所述永磁同步電機的波動轉速；疊代學習控制模組，所述疊代學習控制模組用於對所述波動轉速進行疊代學習控制以獲得補償速度；給定轉速獲取模組，所述給定轉速獲取模組用於將所述補償速度疊加到所述永磁同步電機的上一控制周期的給定轉速上以獲得當前控制周期的給定轉速；控制模組，所述控制模組用於根據所述當前控制周期的給定轉速對所述永磁同步電機進行控制以抑制所述永磁同步電機的轉速波動。
根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》實施例的永磁同步電機的控制裝置，通過對波動速度即目標轉速與反饋轉速之間的速度誤差進行疊代學習控制以獲得補償速度，並根據補償轉速對永磁同步電機的給定轉速進行修正，以及根據當前給定轉速對永磁同步電機進行控制，從而實現對永磁同步電機運行時的速度波動進行有效抑制。由於永磁同步電機的當前控制周期的給定轉速是通過波動速度以及上一控制周期的給定轉速獲得，因此對系統的控制模型依賴性很低，而且控制簡單可靠。
根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的一個實施例，所述疊代學習控制模組採用閉環P型疊代算法對所述波動轉速進行疊代學習控制。
根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的一個實施例，所述疊代學習控制模組具體包括：獲取模組，所述獲取模組用於獲取當前載波個數；控制子模組，所述控制子模組用於對所述當前載波個數進行判斷，並在所述當前載波個數小於預設載波個數時，控制所述目標轉速為所述上一控制周期的給定轉速，並根據所述目標轉速和所述反饋轉速重新計算所述波動轉速，以及對重新計算的所述波動轉速進行比例計算以得到所述補償轉速，以及在所述當前載波個數大於或等於所述預設載波個數時，停止對所述波動轉速進行疊代學習控制。
根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的一個實施例，所述波動轉速計算模組通過位置觀測器獲取所述永磁同步電機的反饋轉速。
此外，《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的實施例還提出了一種壓縮機控制系統，其包括上述的永磁同步電機的控制裝置。
改善效果
《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》實施例的壓縮機控制系統，通過永磁同步電機的控制裝置實現對永磁同步電機的給定轉速的修正，並根據當前給定轉速對永磁同步電機進行控制，從而實現對永磁同步電機運行時的速度波動進行有效抑制，而且控制簡單可靠。由於《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》實施例的壓縮機控制系統能夠有效抑制永磁同步電機的速度波動，因而能夠有效減小振動的產生，避免空調長期運行在振動較大的情況下而導致的裂管隱患，保證了空調的質量，同時提高了用戶使用的舒適性。
附圖說明
圖1是2015年12月11日以前的永磁同步電機的矢量控制系統在d軸目標電流時的控制原理框圖。
圖2是壓縮機運行一個周期載入在永磁同步電機兩端的負載波形。
圖3是壓縮機負載導致的速度波動示意圖。
圖4是根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》實施例的永磁同步電機的速度波動抑制方法的流程圖。
圖5是根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》一個實施例的永磁同步電機的矢量控制圖。
圖6是根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》一個實施例的永磁同步電機的速度波動抑制方法的流程圖。
圖7是根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》一個實施例的永磁同步電機的速度波形圖。
圖8是根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》一個實施例的永磁同步電機的電磁轉矩與負載轉矩的波形圖。
圖9是根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》一個實施例的速度環的給定轉速的波形圖。
圖10是根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》實施例的永磁同步電機的控制裝置的方框示意圖。
技術領域
《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》涉及PMSM（Permanent Magnet Synchronous Motor，永磁同步電機）控制技術領域，特別涉及一種永磁同步電機的速度波動抑制方法、一種永磁同步電機的控制裝置以及一種具有該永磁同步電機的控制裝置的壓縮機控制系統。
權利要求
1.一種永磁同步電機的速度波動抑制方法，其特徵在於，包括以下步驟：
獲取永磁同步電機的目標轉速和反饋轉速，並根據所述目標轉速和反饋轉速計算所述永磁同步電機的波動轉速；對所述波動轉速進行疊代學習控制以獲得補償速度，並將所述補償速度疊加到所述永磁同步電機的上一控制周期的給定轉速上以獲得當前控制周期的給定轉速，其中，對所述波動轉速進行疊代學習控制以獲得補償速度，具體包括：獲取當前載波個數，並對所述當前載波個數進行判斷；如果所述當前載波個數小於預設載波個數，則控制所述目標轉速為所述上一控制周期的給定轉速，並根據所述目標轉速和所述反饋轉速重新計算所述波動轉速，以及對重新計算的所述波動轉速進行比例計算以得到所述補償轉速；如果所述當前載波個數大於或等於所述預設載波個數，則停止對所述波動轉速進行疊代學習控制；根據所述當前控制周期的給定轉速對所述永磁同步電機進行控制以抑制所述永磁同步電機的轉速波動。
2.根據權利要求1所述的永磁同步電機的速度波動抑制方法，其特徵在於，採用閉環P型疊代算法對所述波動轉速進行疊代學習控制。
3.根據權利要求1所述的永磁同步電機的速度波動抑制方法，其特徵在於，通過位置觀測器獲取所述永磁同步電機的反饋轉速。
4.一種永磁同步電機的控制裝置，其特徵在於，包括：波動轉速計算模組，所述波動轉速計算模組用於獲取永磁同步電機的目標轉速和反饋轉速，並根據所述目標轉速和反饋轉速計算所述永磁同步電機的波動轉速；疊代學習控制模組，所述疊代學習控制模組用於對所述波動轉速進行疊代學習控制以獲得補償速度，其中，所述疊代學習控制模組具體包括：獲取模組，所述獲取模組用於獲取當前載波個數；控制子模組，所述控制子模組用於對所述當前載波個數進行判斷，並在所述當前載波個數小於預設載波個數時，控制所述目標轉速為上一控制周期的給定轉速，並根據所述目標轉速和所述反饋轉速重新計算所述波動轉速，以及對重新計算的所述波動轉速進行比例計算以得到所述補償轉速，以及在所述當前載波個數大於或等於所述預設載波個數時，停止對所述波動轉速進行疊代學習控制；給定轉速獲取模組，所述給定轉速獲取模組用於將所述補償速度疊加到所述永磁同步電機的上一控制周期的給定轉速上以獲得當前控制周期的給定轉速；控制模組，所述控制模組用於根據所述當前控制周期的給定轉速對所述永磁同步電機進行控制以抑制所述永磁同步電機的轉速波動。
5.根據權利要求4所述的永磁同步電機的控制裝置，其特徵在於，所述疊代學習控制模組採用閉環P型疊代算法對所述波動轉速進行疊代學習控制。
6.根據權利要求4所述的永磁同步電機的控制裝置，其特徵在於，所述波動轉速計算模組通過位置觀測器獲取所述永磁同步電機的反饋轉速。
7.一種壓縮機控制系統，其特徵在於，包括根據權利要求4-6中任一項所述的永磁同步電機的控制裝置。
實施方式
首先，先來簡單描述一下2015年12月11日以前的技術中永磁同步電機的矢量控制系統。2015年12月11日以前的永磁同步電機的矢量控制系統在d軸目標電流時的控制原理框圖如圖1所示，採用外環速度、內環電流的雙閉環控制，其中，速度環一般設定較低的頻寬，由永磁同步電機的運動學方程：
可知，當速度環的頻寬過低時，永磁同步電機無法跟蹤周期變化的負載轉矩，永磁同步電機的速度存在較大的波動，從而使得系統產生較大的噪音和振動，影響系統的可靠性和使用壽命。例如，壓縮機在進行周期性吸排氣壓力釋放時，壓縮機中永磁同步電機的負載轉矩將隨之周期性變化，由於較低的速度環頻寬使得系統無法跟蹤給定的速度信號，而周期性負載轉矩又加劇了這一趨勢，因此永磁同步電機存在較大的速度波動，從而使得壓縮機產生明顯的振動和噪音，降低了系統的可靠性。
由於壓縮機負載在實際運行過程中與永磁同步電機的機械角度同步變化，因此，為了更加準確分析控制系統的性能，如圖2所示，可以採集壓縮機運行一個機械周期的負載波形，並將其轉化為離散數據進行存儲，在永磁同步電機運行過程中，通過實時查表載入，以較為真實的反應系統的運行狀況。當在永磁同步電機的每個機械周期增加一個周期性正弦波負載，則速度波動如圖3所示，可以看出速度波動在±300轉速/分鐘，對於目標速度為600轉速/分鐘的永磁同步電機，這樣的速度波動明顯是不可以接受的。因此，需要對永磁同步電機運行時的速度波動進行抑制。
另外，從系統可靠性角度來說，由於2015年12月11日以前的雙閉環控制系統的結構比較穩定，因此，希望能夠在不改變原有控制結構的基礎上來改善原有系統的輸出，且控制算法應當簡單可靠，易於實現。《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》實施例的永磁同步電機的速度波動抑制方法正是在2015年12月11日前以前的雙閉環控制系統的基礎上，通過對目標轉速與反饋轉速的速度誤差進行疊代學習控制以對速度環的給定轉速進行修正，從而實現對永磁同步電機的速度波動進行有效抑制。
下面參照附圖來描述根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》實施例提出的永磁同步電機的速度波動抑制方法、永磁同步電機的控制裝置以及具有該永磁同步電機的控制裝置的壓縮機控制系統。圖4是根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》實施例的永磁同步電機的速度波動抑制方法的流程圖。如圖4所示，該永磁同步電機的速度波動抑制方法包括以下步驟：
S1，獲取永磁同步電機的目標轉速和反饋轉速，並根據目標轉速和反饋轉速計算永磁同步電機的波動轉速。
在《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的一個實施例中，如圖5所示，通過位置觀測器獲取永磁同步電機的反饋轉速。永磁同步電機的波動轉速Δω等於目標轉速ω*減去反饋轉速ω。
值得注意的是，在對速度波動進行抑制的過程中，是通過對目標轉速與反饋轉速之間的速度誤差進行疊代學習控制以獲得補償速度，並根據補償轉速獲得速度環的給定轉速，而速度環頻寬和誤差會影響到疊代學習控制實現的精度，並且低通濾波器會造成速度誤差信號獲取延時，因此，在進行疊代學習控制時，應儘可能獲取高精度的速度信號。
S2，對波動轉速進行疊代學習控制以獲得補償速度，並將補償速度疊加到永磁同步電機的上一控制周期的給定轉速上以獲得當前控制周期的給定轉速。
由於疊代學習控制僅是對速度環的給定轉速進行修正，並未直接生成新的控制信號，因此，疊代學習控制的改善輸出作用仍通過原系統實現，其中，轉速環頻寬決定了系統能否理想跟蹤疊代學習控制生成的給定轉速。
根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的一個實施例，採用閉環P型疊代算法對波動轉速進行疊代學習控制。
當疊代學習控制採用比例型控制時，轉速環的給定轉速幅值的修正與疊代學習控制參數和波動轉速的幅值有關，實現較為簡單，而且由於未引入微分，因此計算更加簡單可靠。另外，疊代學習控制的開閉環結構決定了對給定轉速進行修正的及時性，其中採用閉環結構更為及時，能夠加快對速度波形抑制的速度，保證疊代學習控制的收斂性；對於選定學習增益進行收斂性分析，保證誤差逐漸減小。
根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的一個實施例，對波動轉速進行疊代學習控制以獲得補償速度具體包括：獲取當前載波個數，並對當前載波個數進行判斷；如果當前載波個數小於預設載波個數，則控制目標轉速為上一控制周期的給定轉速，並根據目標轉速和反饋轉速重新計算波動轉速，以及對重新計算的波動轉速進行比例計算以得到補償轉速；如果當前載波個數大於或等於預設載波個數，則停止對波動轉速進行疊代學習控制。
具體地，在對波動轉速進行疊代學習控制過程中，疊代學習的周期可以為一個機械周期，其中，機械周期可以通過判斷永磁同步電機的機械角度實現，但是當永磁同步電機的採用無位置感測器進行控制時，位置估算可能無法滿足疊代學習控制的要求，而且系統本身存在一個載波周期的延時，因此，在《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的實施例中，可以採用固定載波個數作為疊代學習的周期。由於波動轉速關於給定轉速近似對稱，因此每一個給定轉速對應固定載波個數。例如，載波頻率可以為5千赫茲，目標轉速可以為600轉速，每500個載波周期更新一次速度環的給定轉速。
當疊代學習控制達到穩定狀態時，為了節省系統控制資源，可以退出疊代學習控制，並保持當前的給定轉速對永磁同步電機進行控制，系統穩定運行。通常，經過10次疊代學習控制即可實現對速度波動的有效抑制，因此，在《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的實施例中，可以通過固定的疊代學習次數作為退出疊代學習控制的條件，即通過預設載波個數作為退出疊代學習控制的條件。
具體而言，在對波動轉速進行疊代學習控制過程中，如果當前載波個數小於預設載波個數，則控制目標轉速為上一控制周期的給定轉速，並根據目標轉速和反饋轉速重新計算波動轉速，以及對重新計算的波動轉速進行比例計算以得到補償轉速，也就是說，以上一控制周期的給定轉速作為目標轉速來重新計算波動轉速，並根據重新計算的波動轉速來獲取補償轉速；如果當前載波個數大於或等於預設載波個數，則退出疊代學習控制。 S3，根據當前控制周期的給定轉速對永磁同步電機進行控制以抑制永磁同步電機的轉速波動。
具體地，如圖5所示，在永磁同步電機運行過程中，通過位置觀測器獲取永磁同步電機的反饋轉速ω，根據反饋轉速ω和目標轉速ω*計算永磁同步電機的波動轉速Δω＝ω*-ω，通過閉環P型疊代算法對波動轉速Δω進行處理以獲得補償速度ek+1，並與永磁同步電機的上一控制周期的給定轉速ωd,k進行疊加以獲得當前控制周期的給定轉速ωd,k+1，並將其進行存儲，同時根據當前控制周期的給定轉速ωd,k+1對永磁同步電機進行控制。其中，波動轉速Δω為速度環的給定轉速的幅值和方向提供計算依據，針對不同的目標轉速，所獲得的速度環的給定轉速是不同的。
從圖5可以看出，疊代學習控制的加入未改變原系統控制結構，並且系統中的參數也無需做任何改變，使得系統保持了原有的穩定性。而且，在對速度波動抑制的過程中，當前控制周期的給定轉速是通過對波動轉速的疊代學習控制輸出補償轉速，並與上一控制周期的給定轉速進行疊加獲得，因此，當前控制周期的給定轉速的獲取對原系統的控制模型的依賴性很低，無需獲取精確的控制模型，通過波動轉速來判斷系統控制特性，估算系統對給定的目標轉速的跟蹤能力，並通過修改疊代學習控制的參數即可滿足整個系統的穩定性要求。
進一步地，如圖6所示，永磁同步電機的速度波動抑制包括以下步驟：
S101，等待進入載波周期。
S102，計算波動轉速Δω。
S103，判斷是否開始疊代學習。如果是，執行步驟S104；如果否，執行步驟S105。例如，在系統穩定運行後，當速度環的給定轉速與反饋速度之間的誤差不為0時，開始對波動轉速進行疊代學習控制。
S104，讀取當前載波周期的個數。
S105，給定轉速ωd,k+1為目標轉速ω*。
S106，判斷是否是首次疊代學習。如果是，執行步驟S107；如果否，執行步驟S108。
S107，讀取上一控制周期的給定轉速ωd,k。
S108，目標轉速ω*為上一控制周期的速度環的給定轉速。
S109，生成新的給定轉速ωd,k+1。
S110，存儲新的給定轉速ωd,k+1。
S111，改變速度環的給定轉速。
如圖7所示，在永磁同步電機運行過程中，在系統開始運行的2s後進入疊代學習，隨著疊代學習次數的增加，速度波動逐漸減小，當經過6個疊代學習周期，速度波動有了明顯的改善，並且從圖8可以看出，系統輸出的電磁轉矩也逐漸接近負載轉矩，其中曲線1為負載轉矩，曲線2為電磁轉矩。另外從圖9可以看出，在進行疊代學習的過程中，轉速環的給定速度被明顯修正。
綜上所述，《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》實施例的永磁同步電機的速度波動抑制方法，通過對波動速度即目標轉速與反饋轉速之間的速度誤差進行疊代學習控制以獲得補償速度，並根據補償轉速對永磁同步電機的給定轉速進行修正，以及根據當前給定轉速對永磁同步電機進行控制，從而實現對永磁同步電機運行時的速度波動進行有效抑制。由於永磁同步電機的當前控制周期的給定轉速是通過波動速度以及上一控制周期的給定轉速獲得，因此對系統的控制模型依賴性很低，而且控制簡單可靠。
圖10是根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》實施例的永磁同步電機的控制裝置的方框示意圖。如圖10所示，該永磁同步電機的控制裝置包括：波動轉速計算模組10、疊代學習控制模組20、給定轉速獲取模組30和控制模組40。
其中，波動轉速計算模組10用於獲取永磁同步電機的目標轉速和反饋轉速，並根據目標轉速和反饋轉速計算永磁同步電機的波動轉速，疊代學習控制模組20用於對波動轉速進行疊代學習控制以獲得補償速度，給定轉速獲取模組30用於將補償速度疊加到永磁同步電機的上一控制周期的給定轉速上以獲得當前控制周期的給定轉速，控制模組40用於根據當前控制周期的給定轉速對永磁同步電機進行控制以抑制永磁同步電機的轉速波動。
在《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的一個實施例中，如圖5所示，波動轉速計算模組10通過位置觀測器獲取永磁同步電機的反饋轉速。永磁同步電機的波動轉速Δω等於目標轉速ω*減去反饋轉速ω。
值得注意的是，在對速度波動進行抑制的過程中，是通過對目標轉速與反饋轉速之間的速度誤差進行疊代學習控制以獲得補償速度，並根據補償轉速獲得速度環的給定轉速，而速度環頻寬和誤差會影響到疊代學習控制實現的精度，並且低通濾波器會造成速度誤差信號獲取延時，因此，在進行疊代學習控制時，應儘可能獲取高精度的速度信號。
根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的一個實施例，疊代學習控制模組20採用閉環P型疊代算法對波動轉速進行疊代學習控制。
當疊代學習控制採用比例型控制時，轉速環的給定轉速幅值的修正與疊代學習控制參數和波動轉速的幅值有關，實現較為簡單，而且由於未引入微分，因此計算更加簡單可靠。另外，疊代學習控制的開閉環結構決定了對給定轉速進行修正的及時性，其中採用閉環結構更為及時，能夠加快對速度波形抑制的速度，保證疊代學習控制的收斂性；對於選定學習增益進行收斂性分析，保證誤差逐漸減小。
根據《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的一個實施例，疊代學習控制模組20具體包括：獲取模組和控制子模組（圖中均未具體示出）。其中，獲取模組用於獲取當前載波個數。控制子模組用於對當前載波個數進行判斷，並在當前載波個數小於預設載波個數時，控制目標轉速為上一控制周期的給定轉速，並根據目標轉速和反饋轉速重新計算波動轉速，以及對重新計算的波動轉速進行比例計算以得到補償轉速，以及在當前載波個數大於或等於預設載波個數時，停止對波動轉速進行疊代學習控制。
具體地，在對波動轉速進行疊代學習控制過程中，疊代學習的周期可以為一個機械周期，其中，機械周期可以通過判斷永磁同步電機的機械角度實現，但是當永磁同步電機的採用無位置感測器進行控制時，位置估算可能無法滿足疊代學習控制的要求，而且系統本身存在一個載波周期的延時，因此，在《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的實施例中，可以採用固定載波個數作為疊代學習的周期。由於波動轉速關於給定轉速近似對稱，因此每一個給定轉速對應固定載波個數。例如，載波頻率可以為5千赫茲，目標轉速可以為600轉速，每500個載波周期更新一次速度環的給定轉速。
當疊代學習控制達到穩定狀態時，為了節省系統控制資源，可以退出疊代學習控制，並保持當前的給定轉速對永磁同步電機進行控制，系統穩定運行。通常，進行10次疊代學習控制即可實現對速度波動的有效抑制，因此，在《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》的實施例中，通過固定的疊代學習次數作為退出疊代學習控制的條件，即通過預設載波個數作為退出疊代學習控制的條件。
具體而言，在對波動轉速進行疊代學習控制過程中，如果當前載波個數小於預設載波個數，則控制目標轉速為上一控制周期的給定轉速，並根據目標轉速和反饋轉速重新計算波動轉速，以及對重新計算的波動轉速進行比例計算以得到補償轉速，也就是說，以上一控制周期的給定轉速作為目標轉速來重新計算波動轉速，並根據重新計算的波動轉速獲取補償轉速；如果當前載波個數大於或等於預設載波個數，則退出疊代學習控制。
由於疊代學習控制僅是對速度環的給定轉速進行修正，並未直接生成新的控制信號，因此，疊代學習控制的改善輸出作用仍通過原系統實現，其中，轉速環頻寬決定了系統能否理想跟蹤疊代學習控制生成的給定轉速。
具體地，如圖5所示，在永磁同步電機運行過程中，通過位置觀測器獲取永磁同步電機的反饋轉速ω，波動轉速計算模組10根據反饋轉速ω和目標轉速ω*計算永磁同步電機的波動轉速Δω＝ω*-ω，疊代學習控制模組20通過閉環P型疊代算法對波動轉速Δω進行處理以獲得補償速度ek+1，給定轉速獲取模組30將補償速度ek+1與永磁同步電機的上一控制周期的給定轉速ωd,k進行疊加以獲得當前控制周期的給定轉速ωd,k+1，並將其進行存儲，控制模組40根據當前控制周期的給定轉速ωd,k+1對永磁同步電機進行控制以抑制永磁同步電機的轉速波動。其中，波動轉速Δω為速度環的給定轉速的幅值和方向提供計算依據，針對不同的目標轉速，所獲得的速度環的給定轉速是不同的。
從圖5可以看出，疊代學習控制的加入未改變原系統控制結構，並且系統中的參數也無需做任何改變，使得系統保持了原有的穩定性。而且，在對速度波動抑制的過程中，當前控制周期的給定轉速是通過對波動轉速的疊代學習控制輸出補償轉速，並與上一控制周期的給定轉速進行疊加獲得，因此，當前控制周期的給定轉速的獲取對原系統的控制模型的依賴性很低，無需獲取精確的控制模型，通過速度誤差來判斷系統控制特性，估算系統對給定的目標轉速的跟蹤能力，並通過修改疊代學習控制的參數即可滿足整個系統的穩定性要求。
進一步地，永磁同步電機的速度波動抑制過程如圖6所示，這裡不再贅述。
如圖7所示，在永磁同步電機運行過程中，在系統開始運行的2s後進入疊代學習，隨著疊代學習次數的增加，速度波動逐漸減小，當經過6個疊代學習周期，速度波動有了明顯的改善，並且從圖8可以看出，系統輸出的電磁轉矩也逐漸接近負載轉矩，其中曲線1為負載轉矩，曲線2為電磁轉矩。另外從圖9可以看出，在進行疊代學習的過程中，轉速環的給定速度被明顯修正。
榮譽表彰
2021年8月16日，《速度波動抑制方法、控制裝置和壓縮機控制系統》獲得安徽省第八屆專利獎銀獎。
