[发明专利]一种单相永磁直线压缩机抗扰动控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种单相永磁直线压缩机抗扰动控制系统及方法，该系统主要包括扩张状态观测器、TD微分跟踪器、准PR控制器和SPWM逆变器。将定子电流和动子位移作为输入量，通过扩张状态观测器获得系统扰动和电机动子速度，将获得的速度信号和位移信号输入跟踪微分器，通过跟踪微分器获得动子的谐振频率，然后将速度信号作为给定信号，将电流信号作为跟踪信号，通过PR控制器进行反馈控制，并通过前馈补偿的形式对控制量进行修正，实现了单相永磁直线压缩机抗扰动的谐振控制。本发明通过扩张状态观测器观测系统内外扰动，并对控制量进行前馈补偿，抗外界扰动能力强，跟踪谐振频率精度高，可实现无静差跟踪。

技术领域

本发明涉及单相永磁直线电机控制领域，具体来说涉及一种单相永磁直线压缩机抗扰动控制系统及方法。

背景技术

近年来，随着对制冷性能的要求越来越高，单相永磁直线电机应用于在制冷领域的应用越来越广泛。永磁直线电机省去了常规的旋转电机转化为直线运动的机械机构，所以具有高效、低噪音、结构紧凑、易于控制等优点。制冷用压缩机将机械弹簧置于单相永磁直线电机中，共同组成一个谐振系统，通过控制算法使系统工作频率和共振频率一致，使系统效率最高，提高单相永磁直线压缩机单位时间的制冷能力。压缩机工作过程中，压缩机两侧的气体力会发生变化，随着制冷压缩机长时间工作，气体温度也会升高，这些都会对系统产生扰动，使系统谐振频率偏移，导致谐振跟踪效果不理想，造成系统效率降低和动子装缸问题。

目前市场上的制冷用永磁直线压缩机一般是利用共振原理工作，所以通过控制单相逆变系统的频率和工作电压，实现系统效率的最大化。通过动态跟踪系统的谐振频率可以提高系统的效率和稳定性，所以谐振频率跟踪成为直线压缩机的主要研究热点。目前大部分谐振跟踪算法主要基于系统谐振时电流超前于位移90度的特点，采用锁相环或者相角检测等方法获得位移和电流之间夹角，然后通过PI控制器将夹角控制为90度。但这些算法存在计算量大、系统存在跟踪静差以及抗外界扰动能力差等问题。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种单相永磁直线压缩机抗扰动控制方法，本方法具有扰动观测补偿、谐振频率计算和无静差跟踪等优点，通过扩张状态观测器观测系统扰动，提高了系统抗负载和外界扰动能力，然后通过跟踪微分器获得系统谐振频率，并将系统谐振频率输入PR控制器，实现电流对速度的无静差跟踪，大幅提高了单相永磁直线压缩机的工作效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单相永磁直线压缩机抗扰动控制系统，包括：

扩张状态观测器，用于根据被控对象的输出信号生成被控对象的系统状态估计值z₁和z₂、以及系统扰动估计值z₃，其中z₁为动子位移估计值，z₂为动子速度估计值，z₃为系统内外扰动估计值；

TD微分跟踪器，用于根据系统状态估计值z₁和z₂获得系统谐振频率ω₀；

PR控制器，用于根据系统谐振频率和动子速度估计值z₂获取控制量u；

SPWM逆变器，用于将直流电压逆变为幅值和频率可调的交流信号；

被控对象的输出端与扩张状态观测器的输入端连接，扩张状态观测器的z₁、z₂量输出端分别与TD微分跟踪器的输入端连接，速度设定值、扩张状态观测器的z₂量输出端分别与第一减法器的输入端连接，第一减法器的输出端、TD微分跟踪器的输出端分别与PR控制器的输入端连接，PR控制器的输出端、扩张状态观测器的z₃量输出端分别与第二减法器的输入端连接，第二减法器的输出端经限位器与SPWM逆变器连接。