1.本發(fā)明涉及智能控制領(lǐng)域，更具體地涉及一種永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)方法、裝置、永磁同步電機(jī)以及空調(diào)。

背景技術(shù)：

2.系統(tǒng)辨識(shí)和系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)是六十年代開始迅速發(fā)展起來(lái)的一門學(xué)科。系統(tǒng)辨識(shí)問題通常是指通過觀測(cè)系統(tǒng)過程的輸入

?

輸出的關(guān)系以確定其數(shù)學(xué)模型。一般地，我們對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有很多了解，因此可以推導(dǎo)出系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的特定的數(shù)學(xué)模型。在這種情況下，只要確定模型方程中的一組參數(shù)就可以了，從而系統(tǒng)辨識(shí)問題就簡(jiǎn)化為參數(shù)辨識(shí)問題。

3.永磁同步電機(jī)的參數(shù)在線辨識(shí)是通過在電機(jī)正常工作時(shí)采集瞬時(shí)電壓電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等信息，實(shí)時(shí)地帶入設(shè)計(jì)的辨識(shí)算法中不斷地更新電機(jī)本體參數(shù)。在線辨識(shí)不僅不影響電機(jī)的正常運(yùn)行，而且不需要注入其他激勵(lì)信號(hào)。目前對(duì)電機(jī)多參數(shù)在線辨識(shí)和觀測(cè)也成為近些年研究的熱門方向，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也將多種先進(jìn)控制算法用于其中，如遞推最小二乘法、模型參考自適應(yīng)算法、卡爾曼濾波算法和人工智能算法(如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))等。

4.在上世紀(jì)年代卡爾曼在維納濾波的基礎(chǔ)上提出了一種新型濾波算法，即卡爾曼濾波。卡爾曼濾波是一種高效率的遞歸濾波方法，它能夠從一系列不完全噪聲的測(cè)量中估計(jì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)。其主要是利用目標(biāo)的動(dòng)態(tài)信息，設(shè)法去掉噪聲的影響，得到一個(gè)關(guān)于目標(biāo)的最好的估計(jì)。同經(jīng)典的維納濾波方法相比，卡爾曼濾波器的優(yōu)點(diǎn)是具有遞推形式，便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)和實(shí)時(shí)應(yīng)用，可處理時(shí)變系統(tǒng)、非平穩(wěn)信號(hào)和多維信號(hào)。

5.空調(diào)壓縮機(jī)用永磁同步電機(jī)運(yùn)行工況復(fù)雜多變，最大溫度范圍可達(dá)

?

30℃至60℃之間，因此必須保證電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以在大范圍溫度環(huán)境內(nèi)安全可靠地運(yùn)行。目前對(duì)于電機(jī)本體溫度特性影響的研究較為常見，包括溫度對(duì)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、輸出效率、發(fā)熱損耗及使用壽命等；然而對(duì)于如何通過改進(jìn)電機(jī)控制算法以補(bǔ)償溫度對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)用電機(jī)性能影響的相關(guān)研究還較少。因此，現(xiàn)有技術(shù)需要一種永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)的方案。

6.上述在背景部分公開的信息僅用于對(duì)本發(fā)明的背景做進(jìn)一步的理解，因此它可以包含對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

7.本發(fā)明提供了一種永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)方法、永磁同步電機(jī)以及空調(diào)。本發(fā)明的方案能夠通過改進(jìn)電機(jī)控制算法以補(bǔ)償溫度對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)用電機(jī)性能影響,以解決電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以在大范圍溫度環(huán)境內(nèi)安全可靠地運(yùn)行的技術(shù)問題，此外本發(fā)明能夠解決壓縮機(jī)在高溫工況下運(yùn)行的可靠性較弱，失磁報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)高的問題，另外能夠解決增加外設(shè)冷卻系統(tǒng)將相應(yīng)地提高了開發(fā)成本，以及若不作任何防范措施將提高壓縮機(jī)退磁報(bào)廢所帶來(lái)的生產(chǎn)成本的問題。

8.本發(fā)明的第一方面提供了永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)方法，包括：構(gòu)建永磁同步電機(jī)的狀態(tài)觀測(cè)方程，在狀態(tài)觀測(cè)方程中將定子電阻參數(shù)與所述觀測(cè)方程的狀態(tài)變量相關(guān)

聯(lián)，并對(duì)該狀態(tài)觀測(cè)方程進(jìn)行離散化；將離散化的狀態(tài)觀測(cè)方程的輸入送入卡爾曼濾波器，對(duì)卡爾曼濾波器中的定子電阻參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),以獲得永磁同步電機(jī)定子電阻參數(shù)的值。

9.根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述定子電阻參數(shù)為定子的相電阻的阻值。

10.根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過所獲得的永磁同步電機(jī)定子電阻參數(shù)值來(lái)確定永磁同步電機(jī)的溫度值，如果所述溫度值達(dá)到預(yù)定的閾值時(shí)，觸發(fā)壓縮機(jī)的退磁保護(hù)機(jī)制。

11.根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中所述壓縮機(jī)的溫度值t的計(jì)算公式為：t＝t0+(r

t

/r0?

1)/α，其中t0為繞組離線測(cè)試的環(huán)境溫度，r

t

為在溫度t℃時(shí)的卡爾曼濾波器檢測(cè)到的定子的相電阻值，r0為t0時(shí)的定子繞組相電阻，α為導(dǎo)體溫度系數(shù)。

12.根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述永磁同步電機(jī)的狀態(tài)觀測(cè)方程為：其中u為輸入變量，y為輸出變量，x為內(nèi)部變量，為內(nèi)部變量的導(dǎo)數(shù)，a，g，c為矩陣。

13.根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中在狀態(tài)觀測(cè)方程中將定子電阻參數(shù)與所述觀測(cè)方程的狀態(tài)變量相關(guān)聯(lián)包括：將定子電阻參數(shù)與所述觀測(cè)方程中矩陣a的中的狀態(tài)變量相關(guān)聯(lián)。

14.根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，輸入狀態(tài)變量為u＝[u1,u2,...,u

m

]

t

，輸出狀態(tài)變量為y＝[y1,y2,...,y

n

]

t

，內(nèi)部狀態(tài)變量為x＝[x1,x2,...,x

q

]

t

，

[0015]

當(dāng)時(shí)，狀態(tài)觀測(cè)方程為：

[0016]

并且

[0017][0018]

其中，u

d

，u

q

，i

d

，i

q

，l

d

以及l(fā)

q

分別為永磁同步電機(jī)定子繞組的d

?

q軸電壓、電流和電感，r

s

，ψ

f

及ω分別為永磁同步電機(jī)定子繞組相電阻、轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈及電角速度。

[0019]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中在狀態(tài)觀測(cè)方程中將定子電阻參數(shù)與所述觀測(cè)方程的狀態(tài)變量相關(guān)聯(lián)包括：將狀態(tài)方程中的替換為以使得定子電阻參數(shù)與所述觀測(cè)方程的狀態(tài)變量相關(guān)聯(lián)。

[0020]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中采用一階歐拉方程對(duì)狀態(tài)觀測(cè)方程進(jìn)行離散化，離散化的狀態(tài)方程為：

[0021]

x

k

＝x

k

?1+(ax

k

?1+gu

k

?1)t

s

＝(i+at

s

)x

k

?1+gu

k

?1t

s

，其中k為迭代次數(shù)，t

s

為采樣時(shí)間，i為單位矩陣，x

k

，x

k

?1為離散化的內(nèi)部變量，u

k

?1為離散化的輸入變量。

[0022]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)離散化的方程進(jìn)行以下處理，

[0023][0024]

后，

[0025]

所述離散化的狀態(tài)觀測(cè)方程為：x

k

＝f

k

?1x

k

?1+b

k

?1u

k

?1，當(dāng)考慮系統(tǒng)誤差和測(cè)量噪聲時(shí)，離散化的狀態(tài)觀測(cè)方程為：

[0026]

x

k

＝f

k

?1x

k

?1+b

k

?1u

k

?1+w

[0027]

y

k

＝cx

k

+v

[0028]

其中，w為輸入噪聲，v為輸出噪聲，f

k

?1為第k

?

1次迭代的矩陣f，b

k

?1為第k

?

1次迭代的矩陣b。

[0029]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，定義輸入噪聲的協(xié)方差矩陣：q＝cov(w)＝e{ww

t

}，定義輸入噪聲的協(xié)方差矩陣：r＝cov(v)＝e{vv

t

}，

[0030]

狀態(tài)變量的估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣為：其中其中為第k次狀態(tài)變量的估計(jì)誤差，為e

k

的轉(zhuǎn)置矩陣，為第i次狀態(tài)變量的估計(jì)值，

[0031]

所述卡爾曼濾波器運(yùn)行的算法包括：

[0032]

s1：計(jì)算狀態(tài)變量的先驗(yàn)估計(jì)值和協(xié)方差矩陣的先驗(yàn)估計(jì)值：

[0033][0034][0035]

s2：計(jì)算卡爾曼增益：

[0036][0037]

s3：根據(jù)測(cè)量量更新狀態(tài)估計(jì)，計(jì)算狀態(tài)變量的最優(yōu)估計(jì)值：

[0038][0039]

s4：更新協(xié)方差矩陣：

[0040][0041]

其中r

k

為輸入噪聲的協(xié)方差矩陣，為狀態(tài)變量的先驗(yàn)估計(jì)值，k

k

為卡爾曼增益，為協(xié)方差矩陣的先驗(yàn)估計(jì)值。

[0042]

本發(fā)明的第二方面提供了一種永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)裝置，包括了存儲(chǔ)器和

處理器，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)指令，所述處理器用于：當(dāng)執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)上述的方法

[0043]

本發(fā)明的第三方面提供了一種永磁同步電機(jī)，其采用了上述永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)方法或包括上述永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)裝置。

[0044]

本發(fā)明的第四方面提供了一種空調(diào)，其包括上述的永磁同步電機(jī)。

[0045]

本發(fā)明的方案通過對(duì)定子電阻隨溫度所產(chǎn)生的變化量的觀測(cè)，從而判斷空調(diào)壓縮機(jī)內(nèi)部定子繞組的溫度，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了凸極式永磁同步電機(jī)在溫度波動(dòng)情況下的優(yōu)化運(yùn)行，在壓縮機(jī)電機(jī)退磁之前進(jìn)行程序邏輯的保護(hù)從驅(qū)動(dòng)器輸入銅排上直接泄放外界輸入的干擾，大幅度縮短濾波回路，防止干擾進(jìn)入模塊，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)器的穩(wěn)定性。采用本發(fā)明的方案，能夠提高壓縮機(jī)對(duì)于溫度波動(dòng)的響應(yīng)速度，提升高溫工況下運(yùn)行的可靠性，降低壓縮機(jī)失磁報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)，能夠降低增加外設(shè)冷卻系統(tǒng)的成本及壓縮機(jī)退磁報(bào)廢所帶來(lái)的生產(chǎn)成本。

附圖說明

[0046]

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

[0047]

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性的采用卡爾曼濾波器的變頻空調(diào)壓縮機(jī)控制框圖示意圖。

[0048]

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性的實(shí)施例的永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)方法流程圖。

[0049]

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性的永磁同步電機(jī)永磁體磁鏈的變化圖。

[0050]

圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性的定子電阻估計(jì)值及規(guī)格書值仿真圖。

[0051]

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性的另一定子電阻估計(jì)值及規(guī)格書值仿真圖。

[0052]

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性的另一定子電阻估計(jì)值及規(guī)格書值仿真圖。

[0053]

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性的永磁同步電機(jī)的退磁曲線圖。

具體實(shí)施例

[0054]

如在本文中所使用的，詞語(yǔ)“第一”、“第二”等可以用于描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例中的元件。這些詞語(yǔ)只用于區(qū)分一個(gè)元件與另一元件，并且對(duì)應(yīng)元件的固有特征或順序等不受該詞語(yǔ)的限制。除非另有定義，本文中使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)或科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的含意相同的含意。如在常用詞典中定義的那些術(shù)語(yǔ)被解釋為具有與相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的上下文含意相同的含意，而不被解釋為具有理想或過于正式的含意，除非在本發(fā)明中被明確定義為具有這樣的含意。

[0055]

本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，本文中描述的且在附圖中說明的本發(fā)明的裝置和方法是非限制性的示例性實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書限定。結(jié)合一個(gè)示例性實(shí)施例所說明或描述的特征可與其他實(shí)施例的特征組合。這種修改和變化包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

[0056]

下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在附圖中，省略相關(guān)已知功

能或配置的詳細(xì)描述，以避免不必要地遮蔽本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)。另外，通篇描述中，相同的附圖標(biāo)記始終指代相同的電路、模塊或單元，并且為了簡(jiǎn)潔，省略對(duì)相同電路、模塊或單元的重復(fù)描述。

[0057]

高溫環(huán)境對(duì)電機(jī)工作性能及使用壽命都影響顯著，很多研究通過計(jì)算電機(jī)發(fā)熱損耗并且觀測(cè)電機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，然后設(shè)計(jì)合適的水冷系統(tǒng)解決溫度變化的影響。但對(duì)于家電行業(yè)，尤以空調(diào)行業(yè)，這無(wú)疑大大增加了生產(chǎn)成本，并且壓縮機(jī)本體已充斥了大量冷媒劑，若再增加水冷系統(tǒng)，則實(shí)現(xiàn)的可能性將更為困難。而隨著壓縮機(jī)的成本地逐步降低，其永磁同步電機(jī)的磁性隨溫度波動(dòng)則更為敏感，在實(shí)際的高溫工況、惡劣實(shí)驗(yàn)等試驗(yàn)當(dāng)中，并不需要較長(zhǎng)時(shí)間的電機(jī)運(yùn)行，只需一瞬間則可能導(dǎo)致電機(jī)退磁，損壞壓縮機(jī)。

[0058]

目前對(duì)永磁材料特性和失磁機(jī)理已有深入研究，但因缺乏針對(duì)電機(jī)應(yīng)用中的永磁體狀況動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法，因此很難實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)磁損或失磁故障及時(shí)有效的控制和預(yù)防。另外，高性能永磁電機(jī)控制系統(tǒng)中位置反饋裝置的偏差，如碼盤松動(dòng)或初始安裝位置的不準(zhǔn)確等因素，也會(huì)使系統(tǒng)獲得錯(cuò)誤的永磁體磁鏈信息，影響控制性能和可靠性。為此，本專利提出一種基于卡爾曼濾波器的永磁同步電機(jī)定子電阻識(shí)別方法，通過對(duì)定子電阻隨溫度所產(chǎn)生的變化量的觀測(cè)，從而判斷空調(diào)壓縮機(jī)內(nèi)部定子繞組的溫度，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了凸極式永磁同步電機(jī)在溫度波動(dòng)情況下的優(yōu)化運(yùn)行，在壓縮機(jī)電機(jī)退磁之前進(jìn)行程序邏輯的保護(hù)。

[0059]

本發(fā)明通過采用卡爾曼濾波器對(duì)永磁同步電機(jī)定子電阻進(jìn)行在線識(shí)別和檢測(cè)。通過選擇磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定子電流、永磁體磁鏈和定子電阻為狀態(tài)變量，構(gòu)建了估算定子電阻幅值和方向的卡爾曼濾波器。該方法能快速準(zhǔn)確地收斂于定子電阻真實(shí)值，且對(duì)電機(jī)電感、永磁體磁鏈等參數(shù)不敏感，魯棒性強(qiáng)，能在定點(diǎn)dsp系統(tǒng)上實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)?；诙ㄗ与娮锠顩r的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可為永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的定子電阻信息，提高系統(tǒng)控制性能和效率；同時(shí)，基于定子電阻狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，結(jié)合永磁體失磁機(jī)理的分析，可有效防止電機(jī)失磁狀況的惡化，降低不可逆的失磁，有利于拓展永磁電機(jī)在變頻空調(diào)等使用環(huán)境惡劣、可靠性要求高的場(chǎng)合的應(yīng)用。本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的正確性和有效性。

[0060]

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性的采用卡爾曼濾波器的變頻空調(diào)壓縮機(jī)控制框圖示意圖。

[0061]

圖1所示的模型為傳統(tǒng)的矢量控制電機(jī)模型，i

q_c*

為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償電流；i

s*

為參考定子電流；θ

e

為估計(jì)角度；u

α*

、u

β*

、i

α

、i

β

為α

?

β軸電壓、電流；i

a

、i

b

為a、b相電流；u

a

、u

b

、u

c

為a、b、c三相電壓；u

dc

為直流母線電壓。

[0062]

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性的實(shí)施例的永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)方法流程圖。

[0063]

如圖2所示，在步驟201處，構(gòu)建永磁同步電機(jī)的狀態(tài)觀測(cè)方程，在狀態(tài)觀測(cè)方程中將定子電阻參數(shù)與所述觀測(cè)方程的狀態(tài)變量相關(guān)聯(lián)，

[0064]

在步驟202處，對(duì)該狀態(tài)觀測(cè)方程進(jìn)行離散化；

[0065]

在步驟203處，將離散化的狀態(tài)觀測(cè)方程的輸入送入卡爾曼濾波器，對(duì)卡爾曼濾波器中的定子電阻參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),以獲得永磁同步電機(jī)定子電阻參數(shù)的值。

[0066]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，其中定子電阻參數(shù)為定子的相電阻的阻值，通過所獲得的永磁同步電機(jī)定子電阻參數(shù)值來(lái)確定永磁同步電機(jī)的溫度值，如果所述溫度值達(dá)到預(yù)定的閾值時(shí)，則觸發(fā)壓縮機(jī)的退磁保護(hù)機(jī)制。

[0067]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，永磁同步電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)d

?

q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：

[0068][0069][0070]

其中，u

d

，u

q

，i

d

，i

q

，l

d

以及l(fā)

q

分別為定子繞組的d

?

q軸電壓、電流和電感，r

s

，ψ

f

及ω分別為定子繞組相電阻、轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈及電角速度。

[0071]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，當(dāng)電機(jī)永磁體狀況運(yùn)行中，由于溫度等外界作用影響，永磁體磁鏈?zhǔn)噶糠岛头较虬l(fā)生變化，或由于位置反饋信號(hào)錯(cuò)誤，系統(tǒng)d

?

q軸定位出現(xiàn)偏差時(shí)，以式(1)、(2)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)性能將會(huì)受到影響。

[0072]

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性的永磁同步電機(jī)永磁體磁鏈的變化圖。對(duì)應(yīng)于前一種情況，如圖3所示，電機(jī)永磁體磁鏈?zhǔn)噶坑沙跏嫉摩?br />
r0

變化至ψ

r

，對(duì)應(yīng)于后一種情況，電機(jī)磁場(chǎng)定向方向?qū)⒋嬖谄罱铅?，這兩種情況下永磁體磁鏈都將在d

?

q軸下分別產(chǎn)生新的分量ψ

rd

、ψ

rq

。此時(shí)，相應(yīng)的電機(jī)定子繞組電壓方程將變?yōu)?br />
[0073][0074]

為改善控制性能，此時(shí)需將轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向由d

?

q坐標(biāo)系重新定位至準(zhǔn)確的d

’?

q’坐標(biāo)系，這樣就需要對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，即對(duì)當(dāng)前同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈值分量ψ

rd

、ψ

rq

進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。把轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)速和某與永磁體磁鏈方向有偏差的d

?

q坐標(biāo)系轉(zhuǎn)角θ(可通過同步轉(zhuǎn)速積分得到)作為已知量，而把永磁體磁鏈作為待觀測(cè)量。將電壓方程改寫為:

[0075][0076]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，實(shí)際系統(tǒng)中，永磁體磁鏈波動(dòng)過程一般以分鐘甚至小時(shí)為單位計(jì)，遠(yuǎn)長(zhǎng)于電機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，而位置反饋裝置的偏差也不會(huì)引起磁鏈幅值的波動(dòng)，另外，失磁保護(hù)和磁鏈校正并不需要與電磁過渡過程一樣快速，所以d

?

q軸磁鏈相對(duì)于電流等狀態(tài)變量總可當(dāng)作穩(wěn)態(tài)值處理，這樣可列出：

[0077][0078]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，若一個(gè)系統(tǒng)的輸入輸出狀態(tài)變量分別為u＝[u1,u2,...,u

m

]

t

和y＝[y1,y2,...,y

n

]

t

，系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)變量為x＝[x1,x2,...,x

q

]

t

，則其狀

態(tài)空間的表達(dá)式為：

[0079][0080]

聯(lián)合式(4)、(5)可寫出永磁同步電機(jī)的狀態(tài)觀測(cè)器方程為

[0081][0082]

即系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量、輸入狀態(tài)變量及輸出狀態(tài)變量為：

[0083][0084]

且狀態(tài)方程中

[0085][0086][0087][0088]

由上述式(9)可知，定子電阻r

s

并未與狀態(tài)變量產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，狀態(tài)觀測(cè)器處于無(wú)解狀態(tài)，其不能估計(jì)出真實(shí)的定子電阻r

s

，需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，與狀態(tài)變量相關(guān)聯(lián)，則改進(jìn)(9)式

為：

[0089][0090]

采用近似用一階歐拉法把狀態(tài)方程展開為離散迭代形式(離散化)，近似過程中的誤差可以用卡爾曼濾波器的反饋校正來(lái)補(bǔ)償。

[0091]

x

k

＝x

k

?1+(ax

k

?1+gu

k

?1)t

s

＝(i+at

s

)x

k

?1+gu

k

?1t

s

??????????

(13)

[0092]

其中k為迭代次數(shù)，t

s

為采樣時(shí)間，i為單位矩陣。

[0093]

其中狀態(tài)方程變?yōu)椋?br />
[0094][0095][0096]

即離散方程可以寫成

[0097]

x

k

＝f

k

?1x

k

?1+b

k

?1u

k

?1????????????????????

(16)

[0098]

考慮系統(tǒng)誤差和測(cè)量噪聲的影響，在離散域中，系統(tǒng)狀態(tài)方程為

[0099]

x

k

＝f

k

?1x

k

?1+b

k

?1u

k

?1+w

??????????????????????????????????????

(17)

[0100]

y

k

＝cx

k

+v

??????????????????????????????????????????????

(18)

[0101]

式中w為輸入噪聲(系統(tǒng)噪聲)，v為輸出噪聲(測(cè)量噪聲)，其中矩陣b為離散化的矩陣g。

[0102]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，w代表系統(tǒng)參數(shù)誤差所帶來(lái)的影響，而v代表測(cè)量過程中的噪聲和干擾，包括機(jī)械傳感器測(cè)量的位置信號(hào)的量化誤差。噪聲一般為平穩(wěn)的

高斯白噪聲，平均值為零。

[0103]

定義噪聲的協(xié)方差矩陣為

[0104]

q＝cov(w)＝e{ww

t

}

??????????????????

(19)

[0105]

r＝cov(v)＝e{vv

t

}

???????????????????

(20)

[0106]

狀態(tài)變量的估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣為

[0107][0108]

其中為第k次狀態(tài)變量的估計(jì)誤差，為e

k

的轉(zhuǎn)置矩陣，為第i次狀態(tài)變量的估計(jì)值。

[0109]

卡爾曼濾波器的迭代算法如下：

[0110]

(1)計(jì)算狀態(tài)變量的先驗(yàn)估計(jì)值和協(xié)方差矩陣的先驗(yàn)估計(jì)值

[0111][0112][0113]

(2)計(jì)算卡爾曼增益

[0114][0115]

(3)根據(jù)測(cè)量量更新狀態(tài)估計(jì)，計(jì)算狀態(tài)變量的最優(yōu)估計(jì)值

[0116][0117]

(4)更新協(xié)方差矩陣

[0118][0119]

其中r

k

為輸入噪聲的協(xié)方差矩陣，為狀態(tài)變量的先驗(yàn)估計(jì)值，k

k

為卡爾曼增益，為協(xié)方差矩陣的先驗(yàn)估計(jì)值，通過觀測(cè)迭代過程中矩陣中的定子電阻值，可以實(shí)時(shí)獲得永磁同步電機(jī)定子電阻參數(shù)的值。

[0120]

為了驗(yàn)證基于卡爾曼濾波器狀態(tài)觀測(cè)器的估計(jì)性能，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。選取三款空調(diào)壓縮機(jī)凌達(dá)qxf

?

a098zc170a、海立gsx102skqa6jl及凌達(dá)qxf

?

a098zc170d(a40鋁線)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其定子相電阻分別為2.17ω(25℃)、1.075ω(20℃)、1.62ω(25℃)，其利用卡爾曼濾波器在36hz

?

106hz觀測(cè)出的定子相電阻。即，圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性的定子電阻qxf

?

a098zc170a估計(jì)值及規(guī)格書值仿真圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性的另一定子電阻gsx102skqa6jl估計(jì)值及規(guī)格書值仿真圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性的另一定子電阻qxf

?

a098zc170d估計(jì)值及規(guī)格書值仿真圖。

[0121]

如圖4

?

圖6所示，采用卡爾曼濾波器狀態(tài)觀測(cè)器的電阻估計(jì)值與壓縮機(jī)規(guī)格書中的電阻值存在一定的誤差，且普遍高于規(guī)格書中的值，這是因?yàn)橐?guī)格書中的值在室溫(20℃

?

25℃)環(huán)境當(dāng)中離線測(cè)得，同樣在室溫環(huán)境當(dāng)中，壓縮機(jī)帶載冷媒劑運(yùn)行，算法在線識(shí)別電阻值，而一般金屬材料的電阻率隨溫度的升高而近似呈線性增大，通以電流的繞組自身產(chǎn)生熱量變化的同時(shí)，冷媒劑亦將傳導(dǎo)熱量給電機(jī)。因此，通過物理學(xué)定理的繞組導(dǎo)線與溫度的關(guān)系式(27)，可建立壓縮機(jī)的退磁保護(hù)模塊。一般永磁同步電機(jī)在130℃測(cè)定退磁電流點(diǎn)，當(dāng)溫度t值達(dá)到該溫度閾值時(shí)觸發(fā)程序當(dāng)中的保護(hù)機(jī)制而進(jìn)行停機(jī)保護(hù)。

[0122]

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性的永磁同步電機(jī)的退磁曲線圖如圖7所示，可設(shè)定溫度值≤130℃及≤退磁電流點(diǎn)(由于各壓縮機(jī)退磁電流點(diǎn)不同，一般相比于規(guī)格書設(shè)定值留取一定裕量)邏輯判斷條件，以防范壓縮機(jī)產(chǎn)生退磁。此外，在外環(huán)境溫度130℃工況下，壓縮機(jī)運(yùn)行峰值電流達(dá)到18a時(shí)永磁同步電機(jī)開始減磁，且20a時(shí)減磁率為

?

5％。

[0123]

其中，計(jì)算永磁同步電機(jī)溫度t的公式為：

[0124]

t＝t0+(r

t

/r0?

1)/α，

??????????????????????????

(27)

[0125]

其中t0為繞組離線測(cè)試的環(huán)境溫度，r

t

為在溫度t℃時(shí)的卡爾曼濾波器檢測(cè)到的定子的相電阻值(即上述算法中實(shí)時(shí)估計(jì)的r

s

)，r0為t0時(shí)的定子繞組相電阻，α為導(dǎo)體溫度系數(shù)，銅線α一般取0.00393ω/℃，鋁線α一般取0.00429ω/℃。

[0126]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明還包括了一種永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)裝置，其包括了存儲(chǔ)器和處理器，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)指令，所述處理器用于：當(dāng)執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述方法。

[0127]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明還提供了一種永磁同步電機(jī)，其采用了上述的永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)方法。

[0128]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明還提供了一種空調(diào)，其包含了采用上述方法的永磁同步電機(jī)。

[0129]

此外，應(yīng)當(dāng)理解一個(gè)或多個(gè)以下方法或其方面可以通過至少一個(gè)控制單元或控制器執(zhí)行。術(shù)語(yǔ)“控制單元”，“控制器”,“控制模塊”或者“主控模塊”可以指代包括存儲(chǔ)器和處理器的硬件設(shè)備，存儲(chǔ)器或者計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)配置成存儲(chǔ)程序指令，而處理器具體配置成執(zhí)行程序指令以執(zhí)行將在以下進(jìn)一步描述的一個(gè)或更多進(jìn)程。而且，應(yīng)當(dāng)理解，正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到的，以下方法可以通過包括處理器并結(jié)合一個(gè)或多個(gè)其他部件來(lái)執(zhí)行。

[0130]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明實(shí)施檢測(cè)或識(shí)別方法的控制電路、(控制邏輯、主控系統(tǒng)或控制模塊)可以包含一個(gè)或多個(gè)處理器，也可以在內(nèi)部包含有非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。具體地，主控系統(tǒng)或控制模塊可以包括微控制器mcu，主控芯片或處理器可以諸如但不限于一個(gè)或多個(gè)單核或多核處理器。(一個(gè)或多個(gè))處理器可包括通用處理器和專用處理器(例如，圖形處理器、應(yīng)用處理器等)的任何組合。處理器可與其耦接和/或可包括計(jì)存儲(chǔ)器/存儲(chǔ)裝置，并且可被配置為執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器/存儲(chǔ)裝置中的指令，以實(shí)現(xiàn)在本發(fā)明中控制方法的控制器上運(yùn)行的各種應(yīng)用和/或操作系統(tǒng)。

[0131]

作為本發(fā)明示例的上文涉及的附圖和本發(fā)明的詳細(xì)描述，用于解釋本發(fā)明，但不限制權(quán)利要求中描述的本發(fā)明的含義或范圍。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地從上面的描述中實(shí)現(xiàn)修改。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以刪除一些本文描述的組成元件而不使性能劣化，或者可以添加其它的組成元件以提高性能。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)工藝或設(shè)備的環(huán)境來(lái)改變本文描述的方法的步驟的順序。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該由上文描述的實(shí)施例來(lái)確定，而是由權(quán)利要求及其等同形式來(lái)確定。

[0132]

盡管本發(fā)明結(jié)合目前被認(rèn)為是可實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例已經(jīng)進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例，而相反的，意在覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同配置。技術(shù)特征：

1.一種永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)方法，包括：構(gòu)建永磁同步電機(jī)的狀態(tài)觀測(cè)方程，在狀態(tài)觀測(cè)方程中將定子電阻參數(shù)與所述觀測(cè)方程的狀態(tài)變量相關(guān)聯(lián)，并對(duì)該狀態(tài)觀測(cè)方程進(jìn)行離散化；將離散化的狀態(tài)觀測(cè)方程的輸入送入卡爾曼濾波器，對(duì)卡爾曼濾波器中的定子電阻參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),以獲得永磁同步電機(jī)定子電阻參數(shù)的值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述定子電阻參數(shù)為定子的相電阻的阻值。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，通過所獲得的永磁同步電機(jī)定子電阻參數(shù)值來(lái)確定永磁同步電機(jī)的溫度值，如果所述溫度值達(dá)到預(yù)定的閾值時(shí)，觸發(fā)壓縮機(jī)的退磁保護(hù)機(jī)制。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述壓縮機(jī)的溫度值t的計(jì)算公式為：t＝t0+(r

t

/r0?

1)/α，其中t0為繞組離線測(cè)試的環(huán)境溫度，r

t

為在溫度t℃時(shí)的卡爾曼濾波器檢測(cè)到的定子的相電阻值，r0為t0時(shí)的定子繞組相電阻，α為導(dǎo)體溫度系數(shù)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述永磁同步電機(jī)的狀態(tài)觀測(cè)方程為：其中u為輸入變量，y為輸出變量，x為內(nèi)部變量，為內(nèi)部變量的導(dǎo)數(shù)，a，g，c為矩陣。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中在狀態(tài)觀測(cè)方程中將定子電阻參數(shù)與所述觀測(cè)方程的狀態(tài)變量相關(guān)聯(lián)包括：將定子電阻參數(shù)與所述觀測(cè)方程中矩陣a的中的狀態(tài)變量相關(guān)聯(lián)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，輸入狀態(tài)變量為u＝[u1,u2,...,u

m

]

t

，輸出狀態(tài)變量為y＝[y1,y2,...,y

n

]

t

，內(nèi)部狀態(tài)變量為x＝[x1,x2,...,x

q

]

t

，當(dāng)時(shí)，狀態(tài)觀測(cè)方程為：并且

其中，u

d

，u

q

，i

d

，i

q

，l

d

以及l(fā)

q

分別為永磁同步電機(jī)定子繞組的d

?

q軸電壓、電流和電感，r

s

，ψ

f

及ω分別為永磁同步電機(jī)定子繞組相電阻、轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈及電角速度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在狀態(tài)觀測(cè)方程中將定子電阻參數(shù)與所述觀測(cè)方程的狀態(tài)變量相關(guān)聯(lián)包括：將狀態(tài)方程中的替換為以使得定子電阻參數(shù)與所述觀測(cè)方程的狀態(tài)變量相關(guān)聯(lián)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中采用一階歐拉方程對(duì)狀態(tài)觀測(cè)方程進(jìn)行離散化，離散化的狀態(tài)方程為：x

k

＝x

k

?1+(ax

k

?1+gu

k

?1)t

s

＝(i+at

s

)x

k

?1+gu

k

?1t

s

，其中k為迭代次數(shù)，t

s

為采樣時(shí)間，i為單位矩陣，x

k

，x

k

?1為離散化的內(nèi)部變量，u

k

?1為離散化的輸入變量。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，對(duì)離散化的方程進(jìn)行以下處理，

后，所述離散化的狀態(tài)觀測(cè)方程為：x

k

＝f

k

?1x

k

?1+b

k

?1u

k

?1，當(dāng)考慮系統(tǒng)誤差和測(cè)量噪聲時(shí)，離散化的狀態(tài)觀測(cè)方程為：x

k

＝f

k

?1x

k

?1+b

k

?1u

k

?1+wy

k

＝cx

k

+v其中，w為輸入噪聲，v為輸出噪聲，f

k

?1為第k

?

1次迭代的矩陣f，b

k

?1為第k

?

1次迭代的矩陣b。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，定義輸入噪聲的協(xié)方差矩陣：q＝cov(w)＝e{ww

t

}，定義輸入噪聲的協(xié)方差矩陣：r＝cov(v)＝e{vv

t

}，狀態(tài)變量的估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣為：其中為第k次狀態(tài)變量的估計(jì)誤差，為e

k

的轉(zhuǎn)置矩陣，為第i次狀態(tài)變量的估計(jì)值，所述卡爾曼濾波器運(yùn)行的算法包括：s1：計(jì)算狀態(tài)變量的先驗(yàn)估計(jì)值和協(xié)方差矩陣的先驗(yàn)估計(jì)值：估計(jì)值和協(xié)方差矩陣的先驗(yàn)估計(jì)值：s2：計(jì)算卡爾曼增益：s3：根據(jù)測(cè)量量更新狀態(tài)估計(jì)，計(jì)算狀態(tài)變量的最優(yōu)估計(jì)值：s4：更新協(xié)方差矩陣：其中r

k

為輸入噪聲的協(xié)方差矩陣，為狀態(tài)變量的先驗(yàn)估計(jì)值，k

k

為卡爾曼增益，為協(xié)方差矩陣的先驗(yàn)估計(jì)值。12.一種永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)裝置，包括了存儲(chǔ)器和處理器，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)指令，所述處理器用于：當(dāng)執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1

?

11任一項(xiàng)所述的方法。13.一種永磁同步電機(jī)，其采用根據(jù)權(quán)利要求1

?

11任一項(xiàng)所述的方法或包括權(quán)利要求12所述的裝置。14.一種空調(diào)，包括根據(jù)權(quán)利要求13所述的永磁同步電機(jī)。

技術(shù)總結(jié)

提供了一種永磁同步電機(jī)定子電阻檢測(cè)方法、裝置、永磁同步電機(jī)以及空調(diào)，該方法包括：構(gòu)建永磁同步電機(jī)的狀態(tài)觀測(cè)方程，在狀態(tài)觀測(cè)方程中將定子電阻參數(shù)與所述觀測(cè)方程的狀態(tài)變量相關(guān)聯(lián)，并對(duì)該狀態(tài)觀測(cè)方程進(jìn)行離散化；將離散化的狀態(tài)觀測(cè)方程的輸入送入卡爾曼濾波器，對(duì)卡爾曼濾波器中的定子電阻參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),以獲得永磁同步電機(jī)定子電阻參數(shù)的值。采用本發(fā)明的方案，能夠提高壓縮機(jī)對(duì)于溫度波動(dòng)的響應(yīng)速度，提升高溫工況下運(yùn)行的可靠性，降低壓縮機(jī)失磁報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)，能夠降低增加外設(shè)冷卻系統(tǒng)的成本及壓縮機(jī)退磁報(bào)廢所帶來(lái)的生產(chǎn)成本。的生產(chǎn)成本。的生產(chǎn)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：劉武斌 周偉 張杰添 姜學(xué)想 鄺超洪 張嘉鑫

受保護(hù)的技術(shù)使用者：珠海格力電器股份有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.09.23

技術(shù)公布日：2021/12/21