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交流變頻空調器的設計.doc

'交流變頻空調器的設計.doc'
?.摘 要變頻空調由于性能優異、節省能源等特點,逐漸成為各大空調生產企業的發展方向,變頻技術也日漸得到各個廠家的重視。變頻空調的優點在于高效節能,起動電流小,工作噪音低,溫度控制精度高,能夠創造更舒適的房間溫控環境。同時,采用無刷直流電機作為壓縮機,能效比高,使用壽命大大延長。本文從硬件軟件兩方面著手進行直流變頻空調室內、室外系統的綜合研究設計,提出了性能指標和功率指標,規劃了空調系統的整體框架??照{室外控制系統室外機控制器選用智能功率模塊和單片機組成整個系統,用智能功率模塊IPM替換分立元件搭成的逆變橋,由CPU獨立控制壓縮機運行、溫度采樣、電子膨脹閥驅動、室外機風機調速、四通閥驅動、電壓電流采樣以及各種保護電路。針對無刷直流壓縮機空調選用MOTOROLA公司的M68HC908MR4,帶有獨立PWM模塊,能輸出三組互補PWM信號,并有4路中斷捕獲口,用于轉子位置信號捕獲,使空調室外控制系統結構簡潔、高效、可靠性高。 室內機系統以Microchip公司的高檔8位單片機PIC18F4550為核心,結合硬件的特點設計而成。使用PIC18F4550單片機的CCP模塊功能,實現了遙控器信號的接收以及基于三端雙向可控硅TLP3526的PG電機調速;利用單片機的A/D轉換模塊功能,實現了室內溫度和盤管溫度的采集。室內機與室外機采用半雙工異步通訊,使用了PIC18F4550單片機集成的增強型通用同步/異步收發器(EUSART)模塊。保證了室內、外機通訊的準確性。關鍵詞:變頻空調,PIC18F4550,M68HC908MR24,通訊ABSTRACTBecause of the excellent performance and the energy saving,the inverter air- condition becomes the main leading product of most air-condition manufacturer. The inverter technology is more and more valuable for each factory. The advantage of inverter air-condition lies on the high efficiency, high precision of temperature control, low startup current and low noise. Furthermore, using brushless DC motor as the compressor can get high efficiency and long life span.The paper takes hardware design and software design into account to make the control system of the outdoor unit and indoor unit of the inverter air-condition. In this Paper works out its own feature index and efficiency index, and also design the whole scheme of the air-condition system.The controller of the outdoor control system is made up of IPM and microcomputer. In the system , IPM works as the inverter. CPU of the outdoor unit independently controls the work of the compressor, the temperature sampling circuit , the driver of A and B throttle, the timing of outdoor fan, driver of 4-way valve, the voltage and current sampling circuit, the communication between the indoor unit and the outdoor unit ,and so on. According to the brushless DC compressor , the paper chooses the Motorola CPU, M68HC908MR24, which has PWM module, can also insert the dead-time automatically, and has four capture interrupts which can be used to capture the signal of position of the rotor. During the experiments, the compressor works smoothly, and has a wide speed span.In the design of indoor-system, we use PIC18F4550 which is produced by Microchip company as its core. It is developed in terms of the characters of both the hardware and the software involved. We realize the receiving of remote device’s signals and the speed-adjustment of PG motor which is based on TRIAC with the MCU’s CCP module. We also carry out the collection of temperature with the MCU’s A/D conversion module. Using the MCU’s EUSART module, we realize the semi-duplex asynchronous communication.The indoor unit and the outdoor unit use half-duplex asynchronous communication, use the PIC18F4550 microcontroller integrated enhanced universal synchronous/asynchronous receiver/transmitter (EUSART) module. Ensure that the Interior, the accuracy of external co。省略部分。-condition room is very complex and it is difficult to get precise mathematics model for the control of air-condition with frequency change. Conventional PID control or fuzzy control cannot get good control performance. A new FNNC is proposed to control room temperature based on conventional fuzzy controller. Fuzzy reasoning rules, member function and parameters may be trained on-line via neural network which makes the designed controller having self-adapting character in controlling process. In designing, the control strategy and learning algorithms have been improved in theory, so FNNC learning rate is rapid. Simulating experiment shows that the designed FNNC is excellent to control air-condition room temperature. Especially, when the system work situation change or disturbing signal is input, the control performance of FNNC is better than conventional fuzzy controller or PID controller. In the design of FNNC, the choice of parameters is very important and it is a key to gain optimal control result. The research on FNNC arithmetic is an important researching problem in control system.中文譯文:用于變頻空調的模糊神經網絡控制器室溫的環境是復雜的,難以得到空調在變頻控制時的精確地數學模型。用傳統的PID或模糊控制方法來控制空調難以獲得良好的控制性能。本文介紹了一種新的用于空調控制的基于模糊神經網絡的控制器??刂破鲄悼赏ㄟ^神經網絡傳輸得到迅速控制。為了提高感應速度,克服局部最優化的缺點,所設定的感應參數可以根據錯誤和誤差在傳輸過程中進行調整。因此,設計的控制器在控制過程中具有較強的自適應特性。模擬實驗表明,所設計的控制器具有比其他常規PID或模糊控制器更好的控制作用。隨著科學技術的發展,室內溫度控制在開發的簡易程度和能源經濟性方面有著更高的要求。在房間溫度控制過程中,有許多不確定因素,如房間的密封問題、房間的數目、人和房間里的東西的數量等。并且,空調壓縮機的制冷量和速度是非線性的。這些因素使得難以構建的房間溫度控制系統的精確數學模型。傳統的控制策略不能滿足快速達到設定室溫的精確控制要求。因此有必要研究先進的室溫控制策略。模糊控制是一種自適應和非線性控制,對線性或帶有變參數非線性變化的對象有著很強的控制能力。模糊控制不嚴格需要任何控制對象的數學模型。它是基于設備操作人員的經驗。在采用模糊控制技術的最棘手的問題是如何有效地確定適當的隸屬函數和控制規則。其實,神經網絡對環境的變化有很強的感應能力。但是,從造型的角度看,神經網絡是典型的黑盒子學習模式。經過傳感,輸入、輸出關系是非常難以表達的。模糊控制和神經網絡的結合構成模糊神經網絡(FNN)可以提高透明度和控制系統的感應能力。模糊神經網絡控制器(FNNC)的研究最優化控制領域內最活躍,最富有成效的方向之一。在控制過程中,控制對象包括兩部分:空調和室內環境??照{系統的制冷量是與壓縮機的轉速有關。在運行過程中,通過控制壓縮機circumvolving頻率獲得所需要的熱量。通過大量實驗,空調模型確定為兩個部分串聯方式連接。確定這兩個部分為一個不可分割的部分和一個慣性部分。其輸入是頻率信號,其輸出是散熱器的溫度變化。在構建模型室的過程中,一些干擾因素,如房間、室外、散熱器的效率等問題均需要考慮。這些因素都會過流通影響室內空氣的初始溫度通??刂七^程中有很大的延時。這個房間模型簡化為一節慣性部分或兩節具有很大延時的慣性系統。在控制過程中,控制器根據實測值和給定值之間的誤差輸出控制信號來控制空調。輸出控制信號U是轉換成頻率信號f通過換能器,它可以用來調節壓縮機的輸出功率P。輸出功率為部分積累的積分,并且轉化為壓縮機產生的能量??諝庹{節輸精管能源信號相當于溫度的變化值ΔT。本文所設計的控制系統用于控制室內溫度。為了闡明所設計的FNNC系統的性能,與傳統的模糊和PID控制器的作出試驗對比。在進行控制之前,室外溫度是40℃。被控室溫與室外溫度有差異,且房間的溫度要求為25℃。即時熱慣性常數是為450,通過空氣后延遲的熱慣性常數為35。從運行結果,我們可以看到,FNNC和模糊控制比PID控制更好。FNNC和模糊控制擁有快的速度和小的誤差。在對照實驗中,傳統的模糊控制系統存在穩態誤差和調節時間長的缺點。但FNNC控制系統由于有快的感應速度進而具有調節速度快和穩態誤差小的優點。應用該控制的房間有許多不便,如打開門或窗,啟動或停止設備和房間內的溫度變化等因素。在后續實驗中,調節房間溫度為25℃,室外溫度是35℃。門被打開,并在開始后500s關閉。當室內的環境復雜時,PID控制系統是不穩定的,并且調節速度慢。 FNNC有最小的擾動和最快速的調節速度,這表明FNNC的控制效果優于其它常規的控制策略。從一節模型改為兩節模型是PID控制器的控制效果并不好。模糊控制在初始有較大的誤差。 FNNC的誤差最小,調節速度快,這表明FNNC對空間模式的變化不敏感。在空調房間環境非常復雜,很難得到的空調在變頻控制時精確的數學模型。常規的PID控制或模糊控制不能得到很好的控制性能。提出了一種新的基于傳統的模糊控制器的FNNC控制方式。根據模糊推理規則,子函數和參數可通過神經網絡傳輸,使所設計的控制器具有自適應控制過程中的特性上線。在設計過程中,控制策略和傳感算法已在理論上得到改善,使FNNC傳感率迅速。模擬實驗表明,所設計的FNNC能很好控制空調調節室溫。特別是,當系統工作形勢變化或有干擾信號的輸入,FNNC控制性能明顯優于傳統的模糊控制器和PID控制器。在FNNC設計中,參數的選擇是非常重要的,這是一個取得最佳的控制效果的關鍵。對FNNC算法研究是一個重要的控制系統研究問題。
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