变频空调压缩机控制算法的优化与仿真

论文摘要

进入二十一世纪以来,随着我国经济的飞速发展,节约能源与环境保护逐渐成为可持续发展的主题。空调作为家电领域的耗电大户,由于传统控制方法的缺陷,在节能环保和噪声控制等方面的表现难以令人满意。而变频空调由于通常工作于低频状态,在节能环保、降低噪声和使用寿命等方面都有着传统定频空调无可比拟的优势,必将成为未来空调发展的主要方向。目前,空调压缩机通常使用成本较低的交流异步电机,但永磁同步电机(PMSM)和无刷直流电机(BLDCM)由于性能上的优势,已逐渐成为空调压缩机的一种趋势。相比无刷直流电机,永磁同步电机无论转矩脉动还是转速性能上都有着较大优势,在空调压缩机的应用中有着更好的前景。然而,由于电机在低速运行时存在较大的转矩脉动,且伴随明显的振动和噪声;同时,由于传感器的安装,既增加了系统的成本,又不利于维护,使永磁同步电机在变频空调中的推广应用还受到价格和技术上的制约。因此,我们提出了抑制永磁同步电机低速转矩脉动的最优控制算法,以及实现无传感器控制的无传感器估计算法。本文首先从永磁同步电机的模型出发,提出了基于定子电流的最优控制算法,对电机的低速转矩脉动进行抑制;然后,加入无传感器估计算法,实现了对永磁同步电机的无传感器控制;最后,通过对无刷直流电机的模型和高次谐波进行分析和简化,将最优控制算法推广至无刷直流电机的转矩脉动抑制中。通过仿真表明,该算法可以有效抑制永磁同步电机的低速转矩脉动,并结合无传感器估计算法实现精度很高的无传感器控制;同时,还可以在很大调速范围内对无刷直流电机的转矩脉动和转速误差起到有效的抑制作用,具有一定的通用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 项目背景
• 1.1.1 变频空调
• 1.1.2 项目背景
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 转矩脉动抑制
• 1.2.2 无传感器估计
• 1.3 创新点和论文安排
• 1.3.1 主要贡献及创新点
• 1.3.2 论文内容安排
• 第2章 控制系统相关原理
• 2.1 矢量控制原理
• 2.1.1 矢量控制的基本思想
• 2.1.2 矢量控制的坐标变换
• 2.1.3 空间矢量脉宽调制
• 2.2 矢量控制系统的设计
• 2.2.1 控制系统构成
• 2.2.2 系统控制流程
• 第3章 永磁同步电机的转矩脉动抑制
• 3.1 转矩脉动抑制算法
• 3.1.1 转矩脉动分类
• 3.1.2 转矩脉动抑制方法
• 3.2 永磁同步电机
• 3.2.1 永磁同步电机的特点
• 3.2.2 永磁同步电机的数学模型
• 3.3 最优控制算法对永磁同步电机转矩脉动的抑制
• 3.3.1 最优控制概述
• 3.3.2 最优控制在永磁同步电机转矩脉动抑制中的应用
• 3.3.3 算法仿真与参数优化
• 第4章 永磁同步电机的无传感器估计
• 4.1 无传感器估计算法
• 4.1.1 适用于高速运行的无传感器估计方法
• 4.1.2 适用于低速运行的无传感器估计方法
• 4.2 项目所采用的无传感器估计算法
• 4.2.1 假想坐标系法
• 4.2.2 算法流程图
• 4.2.3 控制结构图
• 4.3 永磁同步电机无传感器控制系统
• 4.3.1 无传感器估计算法仿真
• 4.3.2 参数变化对控制效果的影响
• 第5章 无刷直流电机的转矩脉动抑制
• 5.1 转矩脉动
• 5.1.1 定位转矩脉动
• 5.1.2 换相转矩脉动
• 5.1.3 谐波转矩脉动
• 5.2 无刷直流电机
• 5.2.1 无刷直流电机的特点
• 5.2.2 无刷直流电机的数学模型
• 5.3 最优控制算法在无刷直流电机转矩脉动抑制中的应用
• 5.3.1 BLDCM 转矩脉动抑制的最优控制策略
• 5.3.2 算法仿真及结果分析
• 第6章 总结与展望
• 6.1 实验结果总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果