在变频节能技术的研究中,单转子压缩机具有高效、低耗和电网适应能力强等优势,是家用变频空调实现无极调速和精准温控的核心组件之一。但由于单转子压缩机受工作条件所限无法安装位置传感器以及本身结构存在周期性负载波动等,导致现有家用变频空调依然存在较大的低频转速波动,容易造成噪声污染。正弦基波前馈补偿电流方法能有效的抑制了单转子压缩机低频转速波动,具有明显的降噪效果。然而,该方法忽略了负载中的高阶谐波成分,导致噪声的抑制效果不稳定;此外,电机控制系统的仿真模型在进行仿真优化时时间成本过高。针对该问题,本文提出一种基于近稀疏响应面的家用空调转子式压缩机性能优化方法,大大的提升了仿真优化效率。主要内容和创新点如下:(1)在海信变频空调单转子压缩机的基础上,本文分析了该压缩机的三大组成部分,压缩泵、永磁同步电机和电机控制系统的工作原理及对应的仿真模型。首先介绍了单转子压缩泵的转子受力情况,通过获取1800r/min工况下进排气压力的相关数据,在MATLAB平台搭建了负载转矩模型;然后,基于坐标转换对电机控制原理进行讨论,并构建了永磁同步电机优化仿真所需的数学模型;接着,针对单转子压缩机在低频工况下振动过大问题搭建了前馈补偿模块,并基于Simulink搭建单转子压缩机相应的电机控制系统仿真模型。最后,提出单转子压缩机的前馈补偿电流与其转速波动之间具有一定映射关系,简称为黑箱模型,并利用鲸鱼优化算法对其前馈补偿电流的系数进行仿真优化,验证了该黑箱模型的有效性。(2)由于该黑箱模型的仿真成本高昂,单转子压缩机的电机控制系统进行前馈补偿仿真时,基于simulink的电机控制系统仿真时间较长,不利于多次调用该黑箱模型进行参数优化。为了提高仿真效率,本文提出了构建近稀疏响应面模型,也称为代理模型,逼近、替代该黑箱模型,详细介绍了近稀疏响应面的构建方法,包括试验设计、基函数构建和系数求解等,并在该近稀疏响应面的基础上利用鲸鱼优化算法进行寻优,这将使时间成本变得低。其结果表明代理模型逼近于黑箱模型的优化结果(转速波动分别为148.53r/min和143.50r/min),且其优化效率提高了约324倍(寻优时间分别为93.16s和30189.52s)。(3)在项目编号为5195125的国家自然科学基金“基于稀疏谱的复杂产品多领域多物理场高效仿真优化方法”的项目经费支持下,搭建了单转子压缩机振动测试实验平台,将一阶正弦波补偿效果与本文所提出的基于近稀疏响应面模型寻优的前馈补偿模块的补偿效果进行实验对比。在一阶正弦波前馈补偿下单转子压缩机的振动位移、速度以及加速度(分别为46.4μm、8.58 mm/s、1.59 m/s~2)均为响应面模型寻优补偿效果(分别为25.7μm、4.75 mm/s、0.878 m/s~2)的1.80倍,结果表明本文所提出的由正弦基波与高阶谐波共同组成前馈补偿模块对单转子压缩机低频工况下的振动抑制作用更为明显。