[发明专利]一种直线振荡电机无位置传感器控制方法及装置

说明书

本发明提供了一种直线振荡电机无位置传感器控制方法及装置，属于直线振荡电机无位置传感器控制技术领域，方法包括以下步骤：S1：将当前观测振幅与给定振幅之差顺次进行PI控制运算和限幅，获取电压占空比；S2：将给定频率的正弦函数与电压占空比顺次输入至SPWM发生器和SPWM逆变器中获取调制电压信号；S3：采集直线振荡电机的输出电压与输出电流信号，构建滑模观测器，获取活塞的估算速度；S4：对估算速度进行滤波处理得到位移观测信号，更新当前观测振幅，转至步骤S1。本发明采用滑模观测器和带通滤波器替代位置传感器，避免了电机系统体积过大，位置传感器安装困难的问题。

技术领域

本发明属于直线振荡电机无位置传感器控制技术领域，更具体地，涉及一种直线振荡电机无位置传感器控制方法及装置。

背景技术

传统压缩机一般采用旋转电机，利用曲柄连杆结构，将旋转运动转化为直线往复运动，从而带动活塞运动。这种采用中间传动环节驱动电机的间接驱动方式，存在结构复杂、体积大、噪声大和效率低等缺点。此外，受限于机械结构，传统压缩机存在活塞往复运动行程无法调节的问题。直线振荡电机能够直接实现电能与直线往复机械能之间相互转化，与传统传动方式相比，不依赖运动转换机构，具有体积小、结构简单、传动效率高、行程可控等优势。

由于直线振荡电机活塞行程是自由不受限制的，可以通过控制活塞位移直接调节活塞排气量。但是，当活塞行程超过额定范围时，会使得活塞撞缸。因此，必须实时获得活塞位移信息并加以控制，以防止撞缸现象的发生。但是如果使用位置传感器获取活塞位移信息，不仅会增大系统体积，降低整体可靠性，同时还存在传感器安装困难等问题。因此，有必要研究精确可靠的无位置传感器控制技术，获得活塞的位移估算信号，实现对活塞的行程控制。

目前已有的直线振荡电机无位置传感器控制方法常采用开环反电势积分法：由于直线振荡电机的反电势与活塞速度成正比，故可以利用电压、电流信号计算出电机反电势，再采用积分运算以获得活塞位移信号。但是，电压、电流在测量过程中会不可避免的含有直流分量，纯积分环节会将该直流分量不断累积，造成积分饱和问题。为此，通常采用低通滤波器代替纯积分环节，而低通滤波器的使用又不可避免的造成输出信号幅值和相位的偏移，需要外加幅值和相位补偿，这大大增加了算法计算量。此外，反电势积分法是一种开环算法，不含反馈校正环节，其对电机参数依赖性较强，当电机参数变化时，位移估算结果偏差较大。因此，需要一种精确可靠、计算简单的无传感器控制算法来实现对直线振荡电机的行程控制。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种直线振荡电机无位置传感器控制方法及装置，旨在解决现有的由于直线振荡电机活塞行程是自由不受限制的，如果使用位置传感器获取活塞位移信息，不仅会增大系统体积，降低整体可靠性，同时还存在位置传感器安装困难的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种直线振荡电机无位置传感器控制方法，包括以下步骤：

S1：将当前观测振幅与给定振幅之差顺次进行PI控制运算和限幅，获取电压占空比；

S2：基于给定频率的正弦函数与电压占空比，生成一系列等幅不等宽的矩形波和基频分量；

S3：将矩形波和基频分量输入SPWM逆电路中，通过改变调制波的频率和幅值，调节调制电压信号的频率和幅值；

S4：电机经过调制电压信号的调制后，采集直线振荡电机的输出电压与输出电流信号，构建滑模观测器，获取活塞的估算速度；

S5：对估算速度进行滤波处理得到位移观测信号，更新当前观测振幅，转至步骤S1，持续调节电机的观测振幅，直至观测振幅与给定振幅一致。

优选地，步骤S3具体包括以下步骤：

S3.1：电机经过调制电压信号的调制后，实时采集直线振荡电机的输出电压与输出电流信号，构建传统滑模观测器；