一种活塞式线性压缩机行程控制装置及其控制方法制造方法及图纸

一种活塞式线性压缩机行程控制装置及其控制方法，包括控制系统，用于接收控制信号、输出控制指令，包括信号发生器和PID控制器；信号处理系统，用于接收所述控制系统的控制信号并进行信号放大处理，同时反馈各执行机构的状态信号，并对信号进行相位滞后补偿，包括功率放大器和谐波分析仪；执行系统，用于执行经过所述信号处理系统处理过后的控制指令，包括保险箱、紧急按钮、直线压缩机、电流传感器、电压传感器以及位移传感器。本发明专利技术提高线性压缩机行程的控制精度，实现线性压缩机实时可变排量控制，降低空调系统能耗，提高电动汽车续驶里程。

【技术实现步骤摘要】
一种活塞式线性压缩机行程控制装置及其控制方法
本专利技术属于机械自动化控制
，特别涉及一种活塞式线性压缩机行程控制装置及其控制方法。
技术介绍
随着电动汽车市场化的不断推广，其续驶里程短、成本高和电池容量有限等缺点也是十分突出。空调系统作为电动汽车重要的总成之一，是电动汽车功耗最大的辅助子系统。目前，电动汽车空调系统普遍采用斜盘式变排量压缩机，斜盘式压缩机属于轴向活塞往复式，通过曲柄连杆机构等中间变换机构将电动机轴的旋转运动转换为活塞的往复直线运动，活塞侧向力较大，机械摩擦损失严重，效率较低。而直线压缩机相较于轴向往复式活塞压缩机取消了曲柄连杆机构，直接由直线电机驱动活塞，具有更高的机械效率，且可以通过改变活塞行程控制压缩机的输出功率，从而实现根据实时工况变排量运行，解决了压缩机频繁启停工况带来的空调系统能耗增加的问题，提高电动汽车续驶里程。然而，由于活塞式线性压缩机的活塞运动频率较高，其行程位置难以获取，无法实现精准的变排量控制，使得压缩机只能通过频繁的启停工况实现车内温度控制，从而大大增加空调系统的能耗，减少电动汽车的续驶里程。因此急需开发一种活塞式线性压缩机行程控制装置及控制方法，以提高线性压缩机的行程控制，实现线性压缩机实时可变排量控制，降低线性压缩机的能耗，提高电动汽车的续驶里程，推动线性压缩机在热泵空调系统中的应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种活塞式线性压缩机行程控制装置及其控制方法，提高线性压缩机行程的控制精度，实现线性压缩机实时可变排量控制，降低空调系统能耗，提高电动汽车续驶里程。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种活塞式线性压缩机行程控制装置，包括：控制系统，用于接收控制信号、输出控制指令，包括信号发生器和PID控制器；信号处理系统，用于接收所述控制系统的控制信号并进行信号放大处理，同时反馈各执行机构的状态信号，并对信号进行相位滞后补偿，包括功率放大器和谐波分析仪；执行系统，用于执行经过所述信号处理系统处理过后的控制指令，包括保险箱、紧急按钮、直线压缩机、电流传感器、电压传感器以及位移传感器。进一步地，所述信号发生器用于调节驱动频率信号f，并以正弦波的形式向信号处理系统发出驱动频率信号f，保证活塞具有适当的谐振运动，提高运行效率。进一步地，所述PID控制器用于设定控制系统驱动电压信号V1，以控制活塞行程。进一步地，所述功率放大器用于接收所述控制系统的驱动电压信号V1与频率信号，并将接收到的驱动电压信号V1增强放大至工作电压V2，并向所述执行系统中输入交流工作电流I1。进一步地，所述谐波分析仪用于接收所述执行系统中的主线圈工作电流信号I2、感应线圈电压信号V3以及活塞的位移信号X1，并对信号进行相位补偿，拟合为实际的工作电流I3、电压V4与位移X2信号。进一步地，所述相位补偿方法满足以下关系：初始测得电流、电压以及位移的6项信号形式为：其中，其中a0是测得的直流偏移，n是谐波项的阶数，an是n项的振幅，ω0是基频，是n项的优化谐波确定相位。将相位滞后特性(相对于频率)添加到信号的每个谐波项中，电流、电压以及位移的真实信号(F(I,V,X)2)为：其中，是每个谐波的频率f的相位滞后。进一步地，所述保险箱用于设定位移传感器的安全范围，保证压缩机安全运行。进一步地，所述紧急按钮用于手动切断电源，保证系统安全运行。进一步地，所述直线压缩机采用移动磁铁式直线压缩机，包括压缩机壳体、主线圈、感应线圈、铁芯、移动磁铁、连接轴、支撑盘、活塞以及气缸，同时分别在主线圈、感应线圈以及气缸体上分别设有所述电流传感器、电压传感器以及位移传感器。进一步地，所述电流传感器、电压传感器以及位移传感器用于分别测量所述感应线圈电压V3、所述主线圈稳定工作电流I2以及活塞工作行程X1。进一步地，所述压缩机壳体用于固定所述主线圈、所述铁芯、所述支撑盘以及所述气缸；所述主线圈缠绕在所述铁芯上，所述感应线圈缠绕在所述主线圈上，用于感应所述主线圈两端的电压；所述铁芯中部开槽，相邻铁芯交替布置，防止所述主线圈相互阻碍；所述移动磁铁排列成一排，布置在铁芯开槽中心；所述连接轴一端与所述移动磁铁通过螺栓相连，另一端与活塞刚性相连；所述支撑盘用于固定所述连接轴，防止所述活塞发生径向偏移；保持所述主线圈、所述铁芯、所述移动磁铁、所述连接轴、所述支撑盘、所述活塞以及所述气缸中心对齐。上述活塞式线性压缩机行程控制装置及控制方法的控制方法，其特征是，包括以下步骤：1)根据实际运行工况手动向控制系统中输入所需的直线压缩机活塞工作行程X，信号发生器和PID控制器根据手动输入的活塞行程自动生成控制指令驱动频率信号f,驱动电压信号V1，并驱动频率信号f,以正弦波的形式发送至信号处理系统中，保证系统以谐振的方式运行；2)信息处理系统将接收到活塞行程信号(驱动电压信号)V1放大至V2，向执行系统中输入工作电流I1，驱动压缩机工作；直线压缩机根据接收到驱动信号，驱动移动磁铁轴向运动，移动磁铁的轴向运动改变通过铁芯的磁通量，在主线圈中产生电压，而相邻铁芯的极性相反，且线圈中的工作电流为交流电，因而产生正反交替的轴向力，实现活塞的往复运动；3)当压缩机稳定工作后，电流传感器、电压传感器以及位移传感器分别记录主线圈中的工作电流I2、感应线圈中的感应电压V3以及活塞的位移X1，并将信号发送给信号处理系统；4)由于各元器件本身存在一定误差，所传输的信号存在相位滞后现象，因此需要利用谐波分析仪对电流、电压以及位移信号进行相位补偿，使补偿后的电流I3、电压V4以及位移X2信号更接近原始信号，减小误差；5)控制系统将传回的X2信号与原始手动输入的位移X进行对比：case1：若两者值的误差不超过±0.5mm，则系统继续保持运行，不进行信号的调整；case2：若两者值的误差超过±0.5mm，则系统调整驱动频率f和电压V1信号，重复上述步骤，直至实际位移信号X2满足需求。与现有技术相比，本专利技术提供的一种活塞式线性压缩机行程控制装置及其控制方法有如下优点：1.本专利技术通过PID系统控制活塞行程，实现了活塞行程的自动调节与校准，提高了直线压缩机的运行安全性。2.本专利技术利用PID系统精准控制活塞行程，能够根据工况实时调节压缩机行程，改变压缩机排量，有效降低了压缩机的不必要能耗，降低了空调系统的功耗，增加了电动汽车续驶里程。附图说明图1是本专利技术控制系统总体结构框图；图2(a)、2(b)是本专利技术执行系统结构图；图3是本专利技术系统运行流程图；图1、3中：LVDT为位移传感器，I为电流传感器，V为电压传感器，f为驱动频率，V1为初始电压，X为输入活塞行程，I1为驱动电流，V2为放大后的驱动电压，I2为工作电流，V2为感应线圈电压，X1为活塞检测行程，I3为补偿后的工作电流，V4为补偿后的感应线圈电压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活塞式线性压缩机行程控制装置，其特征是，包括：/n控制系统，包括信号发生器和PID控制器，用于接收控制信号、输出控制指令；/n信号处理系统，包括功率放大器和谐波分析仪，用于接收所述控制系统的控制信号并进行信号放大处理，同时反馈各执行机构的状态信号，并对信号进行相位滞后补偿；/n执行系统，包括保险箱、紧急按钮、直线压缩机、电流传感器、电压传感器以及位移传感器，用于执行经过所述信号处理系统处理过后的控制指令。/n

【技术特征摘要】
1.一种活塞式线性压缩机行程控制装置，其特征是，包括：
控制系统，包括信号发生器和PID控制器，用于接收控制信号、输出控制指令；
信号处理系统，包括功率放大器和谐波分析仪，用于接收所述控制系统的控制信号并进行信号放大处理，同时反馈各执行机构的状态信号，并对信号进行相位滞后补偿；
执行系统，包括保险箱、紧急按钮、直线压缩机、电流传感器、电压传感器以及位移传感器，用于执行经过所述信号处理系统处理过后的控制指令。


2.根据权利要求1所述的一种活塞式线性压缩机行程控制装置，其特征是，所述直线压缩机采用移动磁铁式直线压缩机，包括压缩机壳体、主线圈、感应线圈、铁芯、移动磁铁、连接轴、支撑盘、活塞以及气缸，主线圈缠绕在铁芯上，感应线圈缠绕在主线圈上，铁芯中部开槽，相邻铁芯交替布置，移动磁铁排列成一排，布置在铁芯开槽中心；连接轴一端与移动磁铁通过螺栓相连，另一端与活塞刚性相连；支撑盘用于固定连接轴；同时分别在主线圈、感应线圈以及气缸体上分别设有所述电流传感器、电压传感器以及位移传感器，分别用于测量所述感应线圈电压V3、主线圈稳定工作电流I2以及活塞工作行程X1。


3.根据权利要求2所述的一种活塞式线性压缩机行程控制装置，其特征是，所述信号发生器用于调节驱动频率信号f，并以正弦波的形式向信号处理系统发出驱动频率信号f，保证直线压缩机的活塞具有适当的谐振运动。


4.根据权利要求3所述的一种活塞式线性压缩机行程控制装置，其特征是，所述PID控制器用于设定控制系统驱动电压信号V1，以控制活塞行程。


5.根据权利要求4所述的一种活塞式线性压缩机行程控制装置，其特征是，所述功率放大器用于接收所述控制系统的驱动电压信号V1与频率信号f，并将接收到的驱动电压信号V1增强放大至工作电压V2，并向所述执行系统中输入交流工作电流I1。


6.根据权利要求5所述的一种活塞式线性压缩机行程控制装置，其特征是，所述谐波分析仪用于接收所述执行系统中的主线圈工作电流信号I2、感应线圈电压信号V3以及活塞的位移信号X1，并对信号进行相位补偿，拟合为实际的工作电流I3、电压V4与位移X2信号。


7.根据权利要求6所述的一种活...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁昆，陈新文，徐晶，李兆华，鲍鑫，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32