電機極對數辨識控制方法與流程
2023-04-24 22:24:16
本發明涉及空調控制技術，特別涉及電機極對數辨識控制方法。
背景技術：
傳統的變頻電機控制技術，需要電機廠家提供電機極對數等參數，如電機控制力矩表達式需要電機極對數p,電機動力學方程在ω為電機電頻率對應的角速度時需要知道電機極對數p,而電機機械角度與電角度關係也有一個極對數倍數關係。當需要對大量的不同電機進行控制時，常常把電機參數存儲在類似EEPROM中，保留控制程序不變，能夠解決對不同壓縮機等電機的控制，但這一方法存在如下技術問題：一是需要EEPROM，增加硬體成本，二是，當用戶的變頻空調出現問題，需要維修時，如果此時採用新的控制電路或者新的控制軟體進行替換原來的控制板時，可能並不知道電機的具體參數，無法快速實現對電機控制電路及控制軟體的替代。
申請號為201410226426.9的中國專利介紹了極對數獲取方法，其缺點主要有4點：1、沒有把原理和方法介紹清楚；2、由於需要計算獲取n次諧波電流中幅值的最大者，當n很大時，計算量非常大，無法達到實時計算獲取電機的極對數的目的；3、由於計算的極對數一般包括小數，但是，專利201410226426.9直接把計算的極對數向高位取整數，如計算極對數為2.1則取極對數是3，明顯會出錯；4、其方法對4對極以上的極對數無法識別。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：提供一種電機極對數辨識控制方法，解決變頻電機極對數的自動識別獲取問題。
為解決上述問題，本發明採用的技術方案是：控制電機按照給定的運行頻率f0下運行；利用傅立葉分析技術，對具有同電機轉速及電機轉子位置波動的輸入信號的頻譜分析，找出頻譜中幅度最大對應的輸入信號的基波頻率f1；通過f1除以f0四捨五入取整的方法獲取電機的極對數p。
進一步的，本發明的具體步驟包括：
a、設置信號採樣頻率fs，根據電機運行頻率的範圍，選擇運行頻率f0，控制電機在運行頻率f0下運行；
b、根據電機的運行頻率f0選擇頻譜解析度Δf；
c、根據公式獲得數據採樣點數N；
d、根據電機可能存在的極對數pj，獲得頻譜幅值最大值可能發生的kj數值，kj滿足公式：pj≥2且pj為整數，j為自然數；
e、對輸入信號進行AD採樣，獲取離散數據x(n)；
f、根據步驟d中極對數pj所選擇的k0,k1,k2,......kj計算a(kj-m)～a(kj+m),b(kj-m)～b(kj+m)，其中，j為自然數，m為正整數，n為大於等於0的整數，且n<(N-1)；
g、獲取a2(kj-m)+b2(kj-m)～a2(kj+m)+b2(kj+m)數據中最大值對應的下表數值kd,其中m為正整數，kd∈[(kj-m)～(kj+m)]，j為自然數；
h、根據公式獲得電機極對數p，其中函數int代表取整數運算。
一般來說，j＝0,1,2，p0＝2,p1＝3,p2＝4。
一般來說，m≥3；優選的，m＝3。
本發明的有益效果是：本發明能夠自動識別獲取電極極對數，大大縮短了計算時間，便於程序和控制的實現。通過本發明，可以達到正確驅動控制電機的目的,極大的減小了運算量。
具體實施方式
本發明讓電機以給定的運行頻率f0運行，檢測能夠代表電機信號波動頻率的信號如電機U/V/W相電流、電機d/q軸電流或者電機檢測頻率f以及直流母線電壓波動頻譜之基波頻率f1，利用即四捨五入取整，作為電機極對數p。
具體的，採用對輸入信號x(t)進行A/D轉換，低通濾波LPF,加窗W(n)進行數據截斷,再經過傅立葉變換DFT,最終獲得輸入信號x(t)的頻譜。
當採用矩形窗函數W(n)時，對於採樣信號x(n)的DFT分析得知，
其中N為DFT數據長度。
由於有限長序列v(n)＝x(n)w(n)的DFT相當於v(n)傅立葉變換的等間隔取樣，V(k)是輸入信號x(t)的離散頻率函數。因為DFT對應的數字域頻率間隔為且模擬頻率Ω和數字頻率ω間的關係為：ω＝ΩT，其中Ω＝2πf，所以，離散的頻率函數第k點對應的模擬頻率為：
其中T為採樣時間，頻譜解析度為fs為採樣頻率，
對應式(1)中模擬信號x(t)的基波頻率則為頻譜函數V(k)中幅度最大值對應的頻率點，假如當k＝10時，V(k)幅度最大，則x(t)的基波頻率為
利用歐拉公式，式(1)變形為：
令則
V(k)＝a(k)+jb(k)
則求N個數據中V(k)幅值最大者相當於求N個數據中，a2(k)+b2(k)之最大者，0≤k≤(N-1)。求出V(k)最大幅度對應的k值，即可求出輸入信號的基波頻率利用即四捨五入取整，作為電機極對數p，即電機極對數
對於空調電機、冰箱電機等高轉速的控制電機，辨識其極對數時，當電機在f0Hz工作時，其電頻率為fd＝Pf0Hz,P為電機極對數。假如f0＝20Hz,P＝3,則fd＝60Hz,如果f0＝20Hz,P＝2,則fd＝40Hz，可以選擇DFT頻率解析度Δf＝2Hz；而對於風機電機等低轉速的控制電機，辨識其極對數時，假如f0＝3Hz,P＝3,則fd＝9Hz,如果f0＝3Hz,P＝4,則fd＝12Hz,可以選擇Δf＝0.2Hz。可見，頻譜解析度Δf的選擇需要根據電機工作頻率f0來確定其大致的數據範圍。當f0比較高時，選擇較大的Δf，當f0比較低時，選擇較小的Δf。再根據選擇數據採樣個數N，對於fs即採樣頻率為4kHz的控制系統，當Δf＝2Hz時，N＝2000，當Δf＝0.2Hz時，N＝20000。
可見，根據公式(1)求頻率最大幅值時，需要在極短的時間內計算V(k)(0≤k≤(N-1)),計算量龐大，控制系統無法完成。
由於V(k)中，頻譜幅值最大值發生在f0的2倍、3倍、4倍等處，即頻譜幅值最大值發生在f0的極對數p倍處。由於得：j為自然數，即頻譜幅度幅值最大值可能發生在p0＝2，p1＝3，p2＝4等處，可以求出相應可能發生最大頻譜幅度之kj值，當N＝2000，fs＝4000Hz，f0＝20Hz時，如果p0＝2，p1＝3，p2＝4時，對應的kj值分別為k0＝20、k1＝30、k2＝40，可以分別計算V(kj-m)～V(kj+m)對應的頻譜幅度，m為正整數，一般m＝3，即計算V(18)、V(19)、V(20)、V(21)、V(22)、V(28)、V(29)、V(30)、V(31)、V(32)、V(38)、V(39)、V(40)、V(41)、V(42)，求出最大值發生的kd值，利用公式求出電機極對數，其中int表示取整數運算。
比如上述V(18)～V(42)數據中，當最大頻譜幅度對應的k＝19時，即kd＝19時，當最大頻譜幅度對應的k＝31時，
可見，雖然N＝2000，但不需要計算2000個數據，大大縮短了計算時間，便於程序和控制的實現。
以上描述了本發明的基本原理和主要的特徵，說明書的描述只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。