一種電機的恒風量控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種電機的恒風量控制方法，包括步驟1：分別建立高低力矩區間下計算風量的函數關系Q1=F1（T，n,V)和Q2=F2（T，n,V)；步驟2:輸入的目標風量Qref；步驟3:啟動電機使電機進入穩態;步驟4:通過查表法獲得該力矩T下的調整系數V，比較力矩T,確定用那一個函數計算風量Qc;步驟5:電機控制器的微處理器比較目標風量Qref與計算風量Qc，并調整力矩；步驟6:電機經調整力矩進入穩態后，重新記錄穩態轉速n，并重新得到計算風量Qc；步驟7:重復步驟5和步驟6，直到計算風量Qc與目標風量Qref相等或相當。它效率高、速度快、風量計算數學模型簡單便捷，實施成本低，同時控制精度進一步提高，可以自動適應在廣泛的靜壓范圍。
【專利說明】一種電機的恒風量控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電機的恒風量控制方法。
【背景技術】
[0002]在家用空調的室內通風管道里，靜壓往往隨著時間的流逝而變化，比如因為管道積灰或者過濾器堵塞。靜壓也因為管道的安裝不同而往往高于廠商實驗室的標稱系統時的標準靜壓。恒風量控制可以在這些情況下給用戶帶來恒定的風量，從而在廣泛的靜壓條件下維持舒適的通風，制冷或制熱的效果。
[0003]為了實現恒風量控制，一些技術方案采用直接安裝風量計，不僅提高成本，還帶來潛在的因為風量計失效導致控制失敗的風險。當前空調廠商大多采用無風量計的恒風量控制方法。
[0004]另外，一些技術方案要監視靜壓的變化來調速，如:美國專利US 4806833，通過檢測靜壓來調整轉速，達到恒風量的目的。美國專利US201000298993A1，通過直接測量外部靜壓來決定風量，這需要事先把靜壓與風量的關系測量出來，電機力矩然后通過在指定風量下對應的靜壓來計算，監視靜壓的變化來調速。有的計算公式設計到對數計算或者高階多項式，這需要電機控制器的微處理器MCU具有較強大的計算能力，進一步提高了成本。
[0005]有鑒于此， 申請人:發明于2012年5月發明了一種電機的恒風量控制方法并申請了專利，見:PCT/CN2012/078545、PCT/CN2012/078749,該專利用一階或者二階函數來描述系統，無需實時測量靜壓，可以簡化風機系統的結構，數學模型簡單，對電機控制器的微處理器MCU的計算能力要求不高，進一步降低了成本。但也存在一些缺點:1)在某些情況下控制精度相對較差；2)缺少個體風量校正步驟，當測試整體結果尚好但有個別工況點的精度不足，不能在不影響其他工況的前提下用補償手段，提高個體工況點的精度。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種電機的恒風量控制方法，該方法效率高、速度快、風量計算數學模型簡單便捷，實施成本低，同時控制精度進一步提高，可以自動適應在廣泛的靜壓范圍。
[0007]本發明的電機的恒風量控制方法的技術方案如下:
[0008]一種電機的恒風量控制方法，其特征在于，它包括如下步驟過程:
[0009]步驟1:在O至額定力矩TO的范圍內確立低力矩區間Ο-Tm，高力矩區間是Tm_T0，然后先通過實驗，在恒力矩模式下分別測試某個風機系統在低力矩區間和高力矩區間多個力矩作用下，風量與轉速的關系，從而建立低力矩區間下計算風量的函數關系Ql=Fl (T，η, V)和高力矩區間下計算風量的函數關系Q2=F2 (Τ,η, V),其中Q是風量，T是力矩，η是轉速，V是調整系數，多個力矩段都有一個對應的調整系數V，并輸入到電機控制器的微處理器里面；
[0010]步驟2:電機控制器的微處理器接受外部輸入的目標風量Qref ；[0011]步驟3:電機控制器控制電機在一定的力矩T下啟動電機，使電機進入穩態，并記錄這時候的穩態轉速η ；
[0012]步驟4:通過查表法獲得該力矩T下的調整系數V，比較力矩Τ，確定是處于低力矩區間還是高力矩區間，若處于低力矩區間下，用函數關系Ql=Fl (Τ，η，V)計算風量Qc;若處于高力矩區間下，用函數關系Q2=F2 (Τ,η, V)計算風量Qc ;
[0013]步驟5:電機控制器的微處理器比較目標風量Qref與計算風量Qc，若目標風量Qref與計算風量Qc相等或相當，則電機維持當前力矩進入穩態工作并記錄該穩態下的轉速η ;若目標風量Qref大于計算風量Qc，電機控制器提升輸出力矩T，若目標風量Qref少于計算風量Qc，電機控制器的微處理器減少輸出力矩T ；
[0014]步驟6:電機經調整力矩進入穩態后，重新記錄提升或者減少力矩下的穩態轉速n，并再次查表獲取新力矩下的V值，確定穩態力矩所屬的區間，然后根據對應的函數關系來重新得到計算風量Qc ；
[0015]步驟7:重復步驟5和步驟6,直到計算風量Qc與目標風量Qref相等或相當,停止調整力矩，電機進入穩態，同時記錄該穩態下的轉速η。
[0016]上述所述的步驟7后面還有步驟8:如果外部系統發生改變，導致轉速和輸出風量變化，這時電機控制器通過比較新的穩態轉速和步驟5或步驟7里的轉速可以知道輸出風量已經發生了變化，重復步驟4、步驟5、步驟6和步驟7。
[0017]上述所述的步驟7后面還有步驟9個體風量異常記錄:即進行實際測試校對，如果在某個目標風量和某個靜壓P的工況下，實際測量風量Qm距離目標風量有較大差異，設定為異常點，將此時目標 風量設定為異常目標風量Qt，并記錄穩態下的力矩Tl與轉速nl，并手動修改該工況下程序里記錄的目標風量值，直到實際風量Qm與異常目標風量Qt相當為止，記錄此時新穩態下的手動修改的補償目標風量Qp，力矩T2與轉速n2 ;每個異常點的數據形成一個數組{Qt，nl, QP, n2}，將若干個異常點的對應的數組存儲在電機控制器的微處理器。
[0018]步驟3后面還有步驟10個體風量校正:在電機控制器的微處理器里面通過查表法進行判斷，若目標風量Qref=異常目標風量Qt且轉速η=轉速nl,并且此時電機尚未進入正常調節風量的流程，則調整目標風量Qref，用手動修改的補償目標風量Qp作為新的目標風量，重復步驟4、步驟5、步驟6和步驟7 ;此時步驟7里記錄的穩態轉速就是步驟9)里提到的轉速n2 ;實時控制中，由于用戶修改了溫控計的狀態等原因使“目標風量Qref=異常目標風量Qt且轉速η=轉速nl”條件不成立或者轉速η不等于轉速η2，則退出個體風量校正，即恢復原來輸入的目標風量Qref，再重復步驟3、步驟4、步驟5、步驟6和步驟7。
[0019]上述所述的Ql=Fl (T，n，V)、Q2=F2 (Τ,η, V)函數關系式如下:
[0020]0 = cOxJl^K + clxn 或者 Ql = c0xJ^^ + clxn + c2xn2xJ^^
V JbaselV LiV / X i'
[0021]g2 = c3x |Z^E + c4Xn或者02 = c3x |^^+c4xn + c5xn2x
乂V Tbu,e2H2VTXF
[0022]系數cO，Cl, c2是通過在基準力矩Tbasel，不同外部靜壓情況下根據轉速和風量參數的原始數據通過曲線擬合的方法來獲得，c3，c4和C5是通過在基準力矩Tbase2，不同外部靜壓情況下根據轉速和風量參數的原始數據通過曲線擬合的方法來獲得。
[0023]上述所述的Tm是低力矩區間與高力矩區間的臨界力矩，其范圍30% T0-70% T0。
[0024]上述所述的Tm=40% TO,低力矩區間的基準力矩Tbasel=20% TO,高力矩區間的基準
力矩 Tbase2=50% TO。
[0025]上述所述的調整系數V值在0.1到2之間變化，其中Tm擁有兩個V值，分別對應高力矩區和低力矩區。
[0026]上述所述的步驟5和步驟7所述的計算風量Qc與目標風量Qref相等或相當，指計算風量Qc在目標風量Qref誤差窗口之內，目標風量Qref的誤差窗口 一般允許在I %到2%的誤差范圍內。
[0027]上述所述的步驟5所述的電機控制器提升或減少輸出力矩T，主要指在步驟5所述當前力矩下按每次至少1% TO的步長順序提升或減少，或者可以讓新力矩=當前力矩
X (Qref/Qc)2。
[0028]上述所述的函數關系函數關系Ql=Fl (Τ, η, V), Q2=F2 (Τ, η, V)、是利用基準力矩和其他力矩的不同外部靜壓情況下轉速和風量參數的原始數據來獲得的，將電機安裝在風輪上放在一個空調設備里面，設置好電機在恒力矩工作狀態，在不大于額定力矩TO的范圍內，選擇包括基準力矩在內的多個力矩的值，使電機在每個力矩下工作，并依次改變系統的外部靜壓，來采集包括轉速，風量參數的原始數據。
[0029]本發明與現有技術相比具有如下優點:1)通過設置好電機在恒力矩工作狀態，在不大于額定力矩的范圍內，選擇包括基準力矩在內的多個力矩的值，使電機在每個力矩工作，并依次改變系統的外部靜壓，來采集包括轉速，風量參數的原始數據，建立低力矩區和高力矩區間，利用在不同力矩在不同外部靜壓情況下轉速和風量參數的原始數據，從而建立低力矩區間下計算風量的函數關系Ql=Fl (Τ,η, V)和高力矩區間下計算風量的函數關系Q2=F2(T,n, V)，計算風量的數學模型只有一階或二階的函數，非常簡單，簡化計算，效率高、響應速度快、控制精度高、實施成本低；通過低力矩區和高力矩區間的兩個函數描述系統，提高控制精度，風量控制誤差在0.5%-2%的范圍，具有良好應用前景；2)本發明方法可以適應在廣泛的靜壓范圍，風量計算與系統外部靜壓，從而簡化產品結構，降低成本。3)根據以上步驟驗證恒風量精度時，可能出現總體結果良好，但是某個或某幾個工況下精度不高的情況，可以引入只針對那幾個工況進行單獨風量校正，并不影響其他工況點已獲得的良好精度，即進行實際測試校對，如果在某個目標風量和某個靜壓P的工況下，實際測量風量Qm距離目標風量有較大差異，設定為異常點，并手動修改該工況下程序里記錄的目標風量值，直到實際風量Qm與異常目標風量Qt相當為止，記錄此時新穩態下的手動修改的補償目標風量Qp，力矩T2與轉速n2 ;每個異常點的數據形成一個數組{Qt，nl，QP，n2}，將若干個異常點的對應的數組存儲在電機控制器的微處理器。在電機控制器的微處理器里面通過查表法進行判斷，若目標風量Qref=異常目標風量Qt且轉速η=轉速nl,并且此時電機尚未進入正常調節風量的流程，則調整目標風量Qref，用手動修改的補償目標風量Qp作為新的目標風量，重復步驟4、步驟5、步驟6和步驟7 ;最終穩態下的轉速記錄為n2。在“個體風量校正”模式下，若目標風量Qref不再等于異常目標風量Qt或者轉速η不再等于轉速η2，則退出個體風量校正，經過個體風量校正可以進一步提高控制精度。【專利附圖】

【附圖說明】:
[0030]圖1是傳統的空調風機系統的結構示意圖；
[0031]圖2是本發明的空調系統的控制流程圖；
[0032]圖3是本發明的原理框圖；
[0033]圖4是本發明的控制流程圖；
[0034]圖5是本發明的實施例的低力矩區間的測量數據模擬直線圖；
[0035]圖6是本發明的實施例的高力矩區間的測量數據模擬直線圖。
【具體實施方式】:
[0036]如圖1所示，在一個典型的空調通風管道里，安裝了一個鼓風系統(如燃氣爐或空氣處理機)，圖中以“電機+風輪”代替，管道里還有空氣過濾器，電機啟動時開始鼓風，由于出風口和入風口的數量與房間數有關，管道的設計也沒有統一的標準，同時過濾器也可能有不同的壓降，導致搭載傳統的單相交流電機---PSC電機的鼓風系統在不同的管道里，實際的風量會不同。
[0037]如圖2所示，本發明采用一臺ECM電機(電子換向電機)來帶動風輪轉動，ECM電機含有電機控制器，該電機控制器與空調系統控制器進行連接通信，例如空調系統控制器將目標風量發送到電機控制器，電機控制器控制電機帶動風輪運轉，輸出目標風量，相當于恒風量控制。
[0038]如圖3所示，空調系統控制器向電機控制器的微處理器輸入目標風量Qref，電機控制器包括傳感器、微處理器和功率逆變模塊，傳感器將電機的轉速信號RPM、電流信號Id。輸入到微處理器，功率逆變模塊輸出的PWM信號也送到微處理器處理，函數關系Q=F (T，η, V)涉及到的各系數，包括不同工作力矩下對應的調整系數V的對照表，預先輸入到電機控制器的微處理器里面，微處理器比較目標風量Qref與計算風量Qc，調整輸出信號，以力矩為受控量來間接的控制風量。若目標風量Qref大于計算風量Qc,電機控制器提升輸出力矩T，若目標風量Qref少于計算風量Qc，電機控制器的微處理器減少輸出力矩T，電機進入穩態后，重新記錄提升或者減少力矩下的穩態轉速n，電機控制器通過查表法重新查找對應的調整系數V,重新計算計算風量Qc,直到計算風量Qc與目標風量Qref相等或相當，停止調整力矩電機進入穩態，即恒風量狀態。目標風量Qref是一個固定值，只不過微處理器里面，當程序調節Qc到目標風量Qref 土誤差窗口之內，即認定達到要求而停止調節，這樣做的好處是防止因為微小擾動帶來的反復調節而無法達到穩定的風量。目標風量Qref的誤差窗口一般在1%到2%范圍內。
[0039]如圖4所示，本發明的空調風機系統的恒風量控制方法的技術方案如下:
[0040]一種電機的恒風量控制方法，其特征在于，它包括如下步驟過程:
[0041]步驟1:在O至額定力矩TO的范圍內確立低力矩區間Ο-Tm，高力矩區間是Tm_T0，然后先通過實驗，在恒力矩模式下分別測試某個風機系統在低力矩區間和高力矩區間多個力矩作用下，風量與轉速的關系，從而建立低力矩區間下計算風量的函數關系Ql=Fl (T，η, V)和高力矩區間下計算風 量的函數關系Q2=F2 (Τ,η, V),其中Q是風量，T是力矩，η是轉速，V是調整系數，多個力矩段都有一個對應的調整系數V，并輸入到電機控制器的微處理器里面；[0042]步驟2:電機控制器的微處理器接受外部輸入的目標風量Qref ；
[0043]步驟3:電機控制器控制電機在一定的力矩T下啟動電機，使電機進入穩態，并記錄這時候的穩態轉速η ；
[0044]步驟4:通過查表法獲得該力矩T下的調整系數V，比較力矩Τ，確定是處于低力矩區間還是高力矩區間，若處于低力矩區間下，用函數關系Ql=Fl (Τ，η，V)計算風量Qc;若處于高力矩區間下，用函數關系Q2=F2 (Τ,η, V)計算風量Qc ;
[0045]步驟5:電機控制器的微處理器比較目標風量Qref與計算風量Qc，若目標風量Qref與計算風量Qc相等或相當，則電機維持當前力矩進入穩態工作并記錄該穩態下的轉速η ;若目標風量Qref大于計算風量Qc，電機控制器提升輸出力矩T，若目標風量Qref少于計算風量Qc，電機控制器的微處理器減少輸出力矩T ；
[0046]步驟6:電機經調整力矩進入穩態后，重新記錄提升或者減少力矩下的穩態轉速n，并再次查表獲取新力矩下的V值，確定穩態力矩所屬的區間，然后根據對應的函數關系來重新得到計算風量Qc ；
[0047]步驟7:重復步驟5和步驟6,直到計算風量Qc與目標風量Qref相等或相當,停止調整力矩，電機進入穩態，同時記錄該穩態下的轉速η。
[0048]上述所述的步驟7后面還有步驟8:如果外部系統發生改變，導致轉速和輸出風量變化，這時電機控制器通過比較新的穩態轉速和步驟5或步驟7里的轉速可以知道輸出風量已經發生了變化，重復步驟4、步驟5、步驟6和步驟7。
[0049]上述所述的步驟7后面還有步驟9個體風量異常記錄:即進行實際測試校對，如果在某個目標風量和某個靜壓P的工況下，實際測量風量Qm距離目標風量有較大差異，設定為異常點，將此時目標風量設定為異常目標風量Qt，并記錄穩態下的力矩Tl與轉速nl，并手動修改該工況下程序里記錄的目標風量值，直到實際風量Qm與異常目標風量Qt相當為止，記錄此時新穩態下的手動修改的補償目標風量Qp，力矩T2與轉速n2 ;每個異常點的數據形成一個數組{Qt，nl, QP, n2}，將若干個異常點的對應的數組存儲在電機控制器的微處理器。
[0050]步驟3后面還有步驟10個體風量校正:在電機控制器的微處理器里面通過查表法進行判斷，若目標風量Qref=異常目標風量Qt且轉速η=轉速nl,并且此時電機尚未進入正常調節風量的流程，則調整目標風量Qref，用手動修改的補償目標風量Qp作為新的目標風量，重復步驟4、步驟5、步驟6和步驟7 ;此時步驟7里記錄的穩態轉速就是步驟9)里提到的轉速n2;實時控制中，由于用戶修改了溫控計的狀態等原因使“目標風量Qref=異常目標風量Qt且轉速η=轉速nl”條件不成立或者轉速η不等于轉速η2，則退出個體風量校正，即恢復原來輸入的目標風量Qref，再重復步驟3、步驟4、步驟5、步驟6和步驟7。
[0051]上述所述的Ql=Fl (T，n，V)、Q2=F2 (Τ,η, V)函數關系式如下:
【權利要求】
1.一種電機的恒風量控制方法，其特征在于，它包括如下步驟過程: 步驟1:在O至額定力矩TO的范圍內確立低力矩區間Ο-Tm，高力矩區間是Tm-TO，然后先通過實驗，在恒力矩模式下分別測試某個風機系統在低力矩區間和高力矩區間多個力矩作用下，風量與轉速的關系，從而建立低力矩區間下計算風量的函數關系Ql=Fl (T，n，V)和高力矩區間下計算風量的函數關系Q2=F2(T,n, V),其中Q是風量,T是力矩,η是轉速,V是調整系數，多個力矩段都有一個對應的調整系數V，并輸入到電機控制器的微處理器里面； 步驟2:電機控制器的微處理器接受外部輸入的目標風量Qref ； 步驟3:電機控制器控制電機在一定的力矩T下啟動電機，使電機進入穩態，并記錄這時候的穩態轉速η ； 步驟4:通過查表法獲得該力矩T下的調整系數V，比較力矩Τ，確定是處于低力矩區間還是高力矩區間，若處于低力矩區間下，用函數關系Ql=Fl (Τ，η，V)計算風量Qc;若處于高力矩區間下，用函數關系Q2=F2 (Τ,η, V)計算風量Qc ; 步驟5:電機控制器的微處理器比較目標風量Qref與計算風量Qc，若目標風量Qref與計算風量Qc相等或相當，則電機維持當前力矩進入穩態工作并記錄該穩態下的轉速η ;若目標風量Qref大于計算風量Qc，電機控制器提升輸出力矩T，若目標風量Qref少于計算風量Qc,電機控制器的微處理器減少輸出力矩T ； 步驟6:電機經調整力矩進入穩態后，重新記錄提升或者減少力矩下的穩態轉速n，并再次查表獲取新力矩下的V值，確定穩態力矩所屬的區間，然后根據對應的函數關系來重新得到計算風量Qc ； 步驟7:重復步驟5和步驟6，直到計算風量Qc與目標風量Qref相等或相當，停止調整力矩，電機進入穩態，同時記錄該穩態下的轉速η。
2.根據權利要求1所述的一種電機的恒風量控制方法，其特征在于:步驟7后面還有步驟8:如果外部系統發生改變，導致轉速和輸出風量變化，這時電機控制器通過比較新的穩態轉速和步驟5或步驟7里的轉速可以知道輸出風量已經發生了變化，重復步驟4、步驟5、步驟6和步驟7。
3.根據權利要求1或2所述的一種電機的恒風量控制方法，其特征在于:步驟7后面還有步驟9個體風量異常記錄:即進行實際測試校對，如果在某個目標風量和某個靜壓P的工況下，實際測量風量Qm距離目標風量有較大差異，設定為異常點，將此時目標風量設定為異常目標風量Qt，并記錄穩態下的力矩Tl與轉速nl，并手動修改該工況下程序里記錄的目標風量值，直到實際風量Qm與異常目標風量Qt相當為止,記錄此時新穩態下的手動修改的補償目標風量Qp，力矩T2與轉速n2 ;每個異常點的數據形成一個數組{Qt, nl, QP, n2},將若干個異常點的對應的數組存儲在電機控制器的微處理器。 步驟3后面還有步驟10個體風量校正:在電機控制器的微處理器里面通過查表法進行判斷，若目標風量Qref=異常目標風量Qt且轉速η=轉速nl,并且此時電機尚未進入正常調節風量的流程，則調整目標風量Qref，用手動修改的補償目標風量Qp作為新的目標風量，重復步驟4、步驟5、步驟6和步驟7 ;此時步驟7里記錄的穩態轉速就是步驟9)里提到的轉速n2;實時控制中，由于用戶修改了溫控計的狀態等原因使“目標風量Qref=異常目標風量Qt且轉速η= 轉速nl”條件不成立或者轉速η不等于轉速η2，則退出個體風量校正，即恢復原來輸入的目標風量Qref，再重復步驟3、步驟4、步驟5、步驟6和步驟7。
4.根據權利要求1或2或3所述的一種電機的恒風量控制方法，其特征在于:
5.根據權利要求1或2或3所述的一種電機的恒風量控制方法，其特征在于:Tm是低力矩區間與高力矩區間的臨界力矩，其范圍30% T0-70% TO。
6.根據權利要求5所述的一種電機的恒風量控制方法，其特征在于:Tm=40%T0，低力矩區間的基準力矩Tbasel=20% T0，高力矩區間的基準力矩Tbase2=50% TO。
7.根據權利要求6所述的一種電機的恒風量控制方法，其特征在于:調整系數V值在0.1到2之間變化，其中Tm擁有兩個V值，分別對應高力矩區和低力矩區。
8.根據權利要求7所述的一種電機的恒風量控制方法，其特征在于:步驟5和步驟7所述的計算風量Qc與目標風量Qref相等或相當，指計算風量Qc在目標風量Qref誤差窗口之內，目標風量Qref的誤差窗口一般允許在1%到2%的誤差范圍內。
9.根據權利要求1、2或3所述的一種電機的恒風量控制方法，其特征在于:步驟5所述的電機控制器提升或減少輸出力矩T，主要指在步驟5所述當前力矩下按每次至少1%TO的步長順序提升或減少，或者可以讓新力矩=當前力矩X (Qref/Qc)20
10.根據權利要求1、2或3所述的一種電機的恒風量控制方法，其特征在于:函數關系函數關系Ql=Fl (T，n，V)，Q2=F2 (T，n，V)、是利用基準力矩和其他力矩的不同外部靜壓情況下轉速和風量參數的原始數據來獲得的，將電機安裝在風輪上放在一個空調設備里面，設置好電機在恒力矩工作狀態，在不大于額定力矩TO的范圍內，選擇包括基準力矩在內的多個力矩的值，使電機在每個力矩下工作，并依次改變系統的外部靜壓，來采集包括轉速，風量參數的原始數據。
【文檔編號】F24F11/047GK103809437SQ201210453463
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月13日 優先權日:2012年11月13日
【發明者】胡戈 申請人:中山大洋電機股份有限公司