專利名稱：降低永磁同步電機(jī)噪音的系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用在空調(diào)器室外機(jī)的永磁同步電機(jī)，具體是一種降低永磁同步電機(jī)噪音的系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
永磁同步電機(jī)矢量控制的關(guān)鍵在于有效控制定子電流。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制 (FOC)是目前永磁同步電機(jī)較常用的控制方式，其原理是通過(guò)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，將永磁同步電機(jī)的三相繞組電流分解到以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系上，繼而分解得到永磁同步電機(jī)的d軸激磁電流和q軸轉(zhuǎn)矩電流。在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系上，對(duì)永磁同步電機(jī)的d軸激磁電流和q軸轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行解耦控制，使永磁同步電機(jī)具有直流電機(jī)的運(yùn)行性能。在高精度伺服控制系統(tǒng)中，不但要求被控的永磁同步電機(jī)對(duì)應(yīng)于每個(gè)脈沖當(dāng)量的定位精度高，而且對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度有定量指標(biāo)的要求，因此在對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制(FOC)時(shí)，需要嚴(yán)格按電機(jī)的矢量控制模型對(duì)d軸激磁電流和q軸轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算和控制，如圖2所示，其為高精度伺服系統(tǒng)電機(jī)相電流的波形示意圖。如中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN101753091A于2010年6月23日公開(kāi)了一種永磁同步電機(jī)的電流環(huán)控制方法，該方法包括采集該電機(jī)定子電流信號(hào)；檢測(cè)該電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，計(jì)算其電角速度和電角度；將該電機(jī)定子電流信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)變換得到該電機(jī)定子電流的d、 q軸分量；建立穩(wěn)態(tài)方程組；建立電流環(huán)控制方程組；經(jīng)坐標(biāo)變換后得到該電機(jī)運(yùn)行的開(kāi)關(guān)信號(hào)。其實(shí)質(zhì)就是針對(duì)高精度伺服電機(jī)控制系統(tǒng)而提出的。應(yīng)用于伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的矢量控制方法計(jì)算工作量大，對(duì)CPU和數(shù)據(jù)采集模塊的性能要求高。近年來(lái)用永磁同步電機(jī)(或無(wú)刷直流電機(jī))取代交流感應(yīng)電機(jī)以提高系統(tǒng)的能效成為一種趨勢(shì)，永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制(FOC)也被廣泛應(yīng)用于家電產(chǎn)品等領(lǐng)域的調(diào)速系統(tǒng)中，如空調(diào)室內(nèi)外風(fēng)扇的正弦波控制其實(shí)就是永磁同步電機(jī)無(wú)HALL位置檢測(cè)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制調(diào)速系統(tǒng)。在家電產(chǎn)品調(diào)速系統(tǒng)中，對(duì)永磁同步電機(jī)的定位精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度等沒(méi)有伺服系統(tǒng)要求高，但要求控制系統(tǒng)的硬件低成本和高可靠性，尤其是對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的噪音要求很高，例如某款空調(diào)室內(nèi)風(fēng)扇的噪音要求不超過(guò)42dB。在家電產(chǎn)品用永磁電機(jī)取代交流電機(jī)時(shí)，原本沒(méi)有噪音問(wèn)題的調(diào)速系統(tǒng)往往出現(xiàn)了異音。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的初步原因是交流風(fēng)扇電機(jī)是一種開(kāi)環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)速可以隨負(fù)載的波動(dòng)而波動(dòng)，系統(tǒng)即使有噪音也比較柔和，而對(duì)永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制是一種閉環(huán)控制，控制的目標(biāo)是使轉(zhuǎn)速不受負(fù)載波動(dòng)的影響而維持恒定，而這種速度閉環(huán)控制正是產(chǎn)生系統(tǒng)異音的原因。因此，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、制作成本低、可有效降低電機(jī)工作噪音的降低永磁同步電機(jī)噪音的系統(tǒng)及控制方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處。
按此目的設(shè)計(jì)的一種降低永磁同步電機(jī)噪音的系統(tǒng)，包括永磁同步電機(jī)，其結(jié)構(gòu)特征是永磁同步電機(jī)分別連接有轉(zhuǎn)子位置編碼器和PWM功率驅(qū)動(dòng)單元，永磁同步電機(jī)與 PWM功率驅(qū)動(dòng)單元之間連接有用于檢測(cè)三相定子電流的電流傳感器和abc/dq坐標(biāo)變換模塊，PWM功率驅(qū)動(dòng)單元依次連接有產(chǎn)生空間矢量脈寬調(diào)制信號(hào)的SVPWM模塊和dq/abc坐標(biāo)變換模塊。所述永磁同步電機(jī)的調(diào)速范圍為200 1500轉(zhuǎn)/分。一種降低永磁同步電機(jī)噪音的控制方法，其特征是該方法包括采集永磁同步電機(jī)的定子電流信號(hào)，檢測(cè)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，計(jì)算其電角度和電角速度，計(jì)算d、q軸電流分量，建立電流環(huán)控制方程組，對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行矢量控制；電流環(huán)的PI調(diào)節(jié)器比例控制參數(shù)Kp = PmaxAmax, Pfflax為功率驅(qū)動(dòng)單元的最大輸出功率，Imax為線性范圍內(nèi)最大電流值；積分控制參數(shù)K1 = (Kp+K)2/(4*A)，A為電路系統(tǒng)的等效慣量參數(shù)，K為等效阻尼參數(shù)；通過(guò)調(diào)節(jié)電流環(huán)的PI調(diào)節(jié)器比例控制參數(shù)Kp和積分控制參數(shù)K1的取值，放寬永磁同步電機(jī)的速度波動(dòng)范圍，從而降低永磁同步電機(jī)所產(chǎn)生的噪音。所述該方法包括以下步驟a)、通過(guò)電流傳感器采集永磁同步電機(jī)的三相定子電流信號(hào)Isab。；；b)、通過(guò)轉(zhuǎn)子位置編碼器檢測(cè)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置0及轉(zhuǎn)速根據(jù)e及 r的值計(jì)算其電角速度《和電角度0e，其中， = P r 0 e = P 0 , P為該電機(jī)的極對(duì)c)、將采集得到的定子三相電流信號(hào)Isabe經(jīng)abc/dq的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換后，得到在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下的定子電流d、q軸分量id和i,；d)、建立永磁同步電機(jī)在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下的穩(wěn)態(tài)電壓方程組，其為
權(quán)利要求
1.一種降低永磁同步電機(jī)噪音的系統(tǒng)，包括永磁同步電機(jī)(3)，其特征是永磁同步電機(jī)⑶分別連接有轉(zhuǎn)子位置編碼器⑷和PWM功率驅(qū)動(dòng)單元(1)，永磁同步電機(jī)(3)與PWM 功率驅(qū)動(dòng)單元(I)之間連接有用于檢測(cè)三相定子電流的電流傳感器(2)和abc/dq坐標(biāo)變換模塊(5)，PWM功率驅(qū)動(dòng)單元(I)依次連接有產(chǎn)生空間矢量脈寬調(diào)制信號(hào)的SVPWM模塊(7)和dq/abc坐標(biāo)變換模塊(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述降低永磁同步電機(jī)噪音的系統(tǒng)，其特征是所述永磁同步電機(jī)(3)的調(diào)速范圍為200 1500轉(zhuǎn)/分。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述降低永磁同步電機(jī)噪音的控制方法，其特征是該方法包括采集永磁同步電機(jī)(3)的定子電流信號(hào)，檢測(cè)永磁同步電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子位置，計(jì)算其電角度和電角速度，計(jì)算d、q軸電流分量，建立電流環(huán)控制方程組，對(duì)永磁同步電機(jī)(3)進(jìn)行矢量控制；電流環(huán)的PI調(diào)節(jié)器比例控制參數(shù)Kp = Pmax/Imax，Pmax為功率驅(qū)動(dòng)單元的最大輸出功率， Imax為線性范圍內(nèi)最大電流值；積分控制參數(shù)K1 = (KP+K)2/(4*A)，A為電路系統(tǒng)的等效慣量參數(shù)，K為等效阻尼參數(shù)；通過(guò)調(diào)節(jié)電流環(huán)的PI調(diào)節(jié)器比例控制參數(shù)Kp和積分控制參數(shù)K1的取值，放寬永磁同步電機(jī)(3)的速度波動(dòng)范圍，從而降低永磁同步電機(jī)(3)所產(chǎn)生的噪音。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述降低永磁同步電機(jī)噪音的控制方法，其特征是所述該方法包括以下步驟a)、通過(guò)電流傳感器(2)采集永磁同步電機(jī)(3)的三相定子電流信號(hào)Isab。；b)、通過(guò)轉(zhuǎn)子位置編碼器(4)檢測(cè)永磁同步電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)子位置Θ及轉(zhuǎn)速ωρ根據(jù)Θ 及的值計(jì)算其電角速度ω和電角度Θ e，其中，ω=ρ ωΓ, Θ e = ρ θ，ρ為該電機(jī)的極對(duì)數(shù)；c)、將采集得到的定子三相電流信號(hào)Isabe經(jīng)abc/dq的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換后，得到在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下的定子電流d、q軸分量id和iq ；d)、建立永磁同步電機(jī)(3)在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下的穩(wěn)態(tài)電壓方程組，其為
全文摘要
一種降低永磁同步電機(jī)噪音的系統(tǒng)，包括永磁同步電機(jī)，其分別連接有轉(zhuǎn)子位置編碼器和PWM功率驅(qū)動(dòng)單元，永磁同步電機(jī)與PWM功率驅(qū)動(dòng)單元之間連接有電流傳感器和abc/dq坐標(biāo)變換模塊，PWM功率驅(qū)動(dòng)單元依次連接有SVPWM模塊和dq/abc坐標(biāo)變換模塊。其控制方法包括采集永磁同步電機(jī)的定子電流信號(hào)，檢測(cè)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，計(jì)算其電角度和電角速度，計(jì)算d、q軸電流分量，建立電流環(huán)控制方程組，對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行矢量控制，通過(guò)調(diào)節(jié)電流環(huán)的PI調(diào)節(jié)器比例控制參數(shù)KP和積分控制參數(shù)KI的取值，放寬永磁同步電機(jī)3的速度波動(dòng)范圍，從而降低永磁同步電機(jī)所產(chǎn)生的噪音。本發(fā)明具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理、制作成本低、電機(jī)的工作噪音低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P21/14GK102594254SQ20121004615
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者劉社旺, 吳海明, 童懷, 黃直峰 申請(qǐng)人:美的集團(tuán)有限公司