[发明专利]一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法

说明书

本发明涉及直线压缩机控制技术领域，尤其涉及一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法，分别检测当前定子电流信号瞬时值i和动子位移信号瞬时值x，将定子电流信号i和动子位移信号x接入乘法器，得到两者乘积i·x，通过低通滤波器获取误差信号随后利用误差信号通过PI调节器对供电频率进行调节，即对电机供电的SPWM的调制波频率进行调节，直至稳态误差信号为零，此时直线压缩机的供电频率等于直线压缩机的谐振频率，工作在谐振状态。本发明采用了低通滤波器和PI调节器，能够有效且快速的跟踪直线压缩机的谐振频率，提高直线压缩机在变负载运行时的系统效率。

技术领域

本发明涉及直线压缩机控制技术领域，尤其涉及一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法。

背景技术

直线压缩机是一种采用直线振荡电机直接驱动的新型压缩机，与传统的活塞式压缩机相比，可以省去曲柄连杆等将旋转运动转换成直线往复运动的中间转换机构，具有结构紧凑、传动效率高和易于控制等优点。目前，它已广泛应用于热声、脉管和斯特林等回热式低温系统。直线压缩机可等效为一个典型二阶弹簧振荡系统，当直线振荡电机的电气驱动频率与直线压缩机系统的谐振频率相同时，此时系统处于谐振状态，直线压缩机运行效率最高。直线压缩机的谐振频率不仅与机械弹簧弹性系数和动子总质量有关系，还会随负载变化而变化，因此，如何跟踪直线压缩机的谐振频率以实现系统的高效率运行成为直线压缩机控制的主要目标。

在保证直线电机控制行程稳定的情况下，在负载变动时，控制系统能很好的跟踪机械谐振频率，成为直线压缩机控制研究的一个热点。根据在共振点处，电流最小、位移和电流相差90°的特点，有人采用控制位移和电流乘积的平均值的方法进行压缩机效率最大化控制，降低控制性能；有人采用检测位移和电流之间的相角控制，设定相角90°，通过给定与反馈经过PI控制器或者模糊控制器，实现效率最大化，该控制方法在相角检测中存在过零检测误差的问题。

现有的直线压缩机谐振频率跟踪控制方法，均通过分别检测电流、位置信号的相位，求取相位差，然后根据相位差进行频率调节。由于电流、的位置信号的相位检测至少需要半个电气周期T/2(T＝2π/ω)，即每T/2时间调整一次供电频率，这会导致谐振频率跟踪控制的跟踪响应变慢。另外，一篇申请号201610842155.9的中国发明专利公开了一种直线振荡电机的谐振频率跟踪控制方法，该方法需要采用二阶广义积分器和坐标变换，运算复杂。由此可见，现有的直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法存在响应慢、运算复杂和抗干扰能力差等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法，无需分别检测电流信号相位及位移信号相位，仅通过将瞬时电流值与瞬时位移值相乘，经低通滤波器提取出与其相位差成简单函数关系的误差信号，经PI调节器的稳态无误差调节后可使直线压缩机的供电频率等于其谐振频率，能够有效且快速的跟踪直线压缩机的谐振频率，提高直线压缩机在变负载运行时的系统效率。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种直线压缩机的谐振频率跟踪控制方法，分别检测当前定子电流信号瞬时值i和动子位移信号瞬时值x，将定子电流信号i和动子位移信号x接入乘法器，得到两者乘积i·x，通过低通滤波器获取误差信号随后根据误差信号通过PI调节器对供电角频率进行调节，即对电机供电的SPWM的调制波频率进行调节，直至稳态误差信号为零，此时直线压缩机的供电频率等于直线压缩机的谐振频率，工作在谐振状态。

进一步，对i·x进行低通滤波，得到与相位误差的正弦值成正比的误差信号所述为位移信号相位，所述为电流信号相位。原理分析如下：

其中，ω为供电频率(rad/s)，i_m为正弦电流波形的幅值，x_m为正弦位移波形的幅值。