變頻空調(diào)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、變頻空調(diào)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要隨著人民生活水平的不斷提高，家用空調(diào)器的需求量逐年增加。變頻空調(diào)由于性能優(yōu)異，節(jié)省能源等特點，逐漸成為各大空調(diào)器生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展方向，變頻技術(shù)也日漸得到各空調(diào)器廠商的重視。模糊控制變頻空調(diào)器的優(yōu)點是高效節(jié)能，起動電流小，工作噪聲小，溫度控制精度高，算法簡單，控制簡單等，可以創(chuàng)造出人體適應(yīng)的溫度環(huán)境。采用無刷直流電機(jī)作為壓縮機(jī)的驅(qū)動電機(jī)，能獲得更好的控制性能，能效比高，且使用壽命更長。本論文通過對變頻空調(diào)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計，達(dá)到了預(yù)期的要求。通過對模糊控制的基本理論以及模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)的闡述，認(rèn)識了設(shè)計模糊控制的基本方法，并聯(lián)系變頻空調(diào)的實際，設(shè)計出適合變頻空調(diào)使

2、用的模糊控制器。本論文以變頻空調(diào)的設(shè)計為主線，介紹了變頻空調(diào)基本結(jié)構(gòu)，無刷直流電動機(jī)的工作原理，以及模糊控制的基本思想，闡述了以下的一些主要問題:變頻空調(diào)的優(yōu)勢，一般分體式空調(diào)的工作原理，無刷直流電動機(jī)工作原理，模糊控制的具體設(shè)計方案的選擇以及結(jié)合實際并在MATLAB下進(jìn)行建模仿真。關(guān)鍵詞變頻空調(diào)；模糊控制；MATLABThe design for fuzzy control system of variable-frequency air-conditionAbstractWith the improvement of people's standard of living, hom

3、e air-conditioner will be more and more required. Recently, inverter air conditioner, with the merits of high performance and energy conservation, has become the developing direction of the main air conditioner manufacturing enterprises. Inverter technique has been increasingly focused on by the man

4、ufacturers.The advantage of fuzzy-control inverter air-condition lies on the high efficiency, high precision of temperature control, simple arithmetic, simple control theory, low start up current and low noise. Furthermore, using brushless DC motor as the compressor can get high efficiency and long

5、life span.The variable-frequency air-condition fuzzy controller are the major object of control in the design.It contains the basic theory of fuzzy control the basic structure of fuzzy logic controller,cognizes the method of fuzzy control,and contacts the actual applications ,designs a fuzzy logic c

6、ontroller of variable-frequency air-condition.This thesis focuses on the design of variable-frequency air-condition. It explains the theory of variable-frequency air-condition ,how the brushless DC motor works., The major issues have been addressed as follows: The characters of brushless DC motor an

7、d parted air-condition , the advantage of variable-frequency air-condition than general air-condition, implementation of fuzzy arithmetic, how to use tool box of Matlab to set up the model of actual applications of variable-frequency air-condition , Simulink of Matlab and etc.Keywords variable-frequ

8、ency air-condition; fuzzy control; Matlab不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印目錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.2 空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況21.3 模糊控制在變頻空調(diào)器上的應(yīng)用3第2章 變頻空調(diào)器的結(jié)構(gòu)及原理42.1 變頻空調(diào)技術(shù)簡介42.2 變頻空調(diào)的特點42.3 變頻空調(diào)的優(yōu)勢62.4 變頻空調(diào)器的工作原理及基本結(jié)構(gòu)8 分體式空調(diào)室內(nèi)機(jī)工作原理10 分體式空調(diào)室外機(jī)工作原理10 無刷直流電動機(jī)112.5 本章小結(jié)15第3章 變頻空調(diào)模糊控制策略的研究163.1 模糊控制簡介16 模糊控制基本理論的產(chǎn)生和發(fā)展16 模糊控

9、制系統(tǒng)的組成173.2 變頻空調(diào)模糊控制器的研究18 精確量的模糊化19 模糊控制規(guī)則的確定21 模糊推理的實現(xiàn)22 解模糊22 模糊控制表223.3 空調(diào)器模糊控制軟件的設(shè)計233.4 本章小結(jié)24第4章 MATLAB下系統(tǒng)建模與仿真分析264.1 在Matlab下設(shè)計模糊控制器26 建立FIS的主框架26 隸屬度函數(shù)的確立27 編輯控制規(guī)則27 規(guī)則觀測器和曲面觀測器284.2 Simulink下系統(tǒng)建模仿真29 對象模型的確定29 控制系統(tǒng)模型的建立29 系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析304.3 本章小結(jié)34結(jié)論35致謝36參考文獻(xiàn)37附錄A38附錄B49千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在

10、目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行第1章 緒論1.1 課題背景空調(diào)器是室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)器的簡稱，它是一種向封閉空間提供經(jīng)過處理的空氣的設(shè)備。因其具有優(yōu)良的空氣調(diào)節(jié)性能，可為人們創(chuàng)造舒適的工作生活環(huán)境，正在眾多家庭及企事業(yè)單位得到廣泛的普及和應(yīng)用。它可對房間的溫度、相對濕度、氣流速度和潔凈度等進(jìn)行一定調(diào)節(jié)，其最主要最基本的功能就是對溫度的調(diào)節(jié)。人們對空氣調(diào)節(jié)的追求與實踐已經(jīng)有100多年的歷史了。1851年，美國人約翰戈里制造了世界上第一臺商用制冷空調(diào)機(jī)。1859年，德國工程師費(fèi)爾迪南卡爾林達(dá)發(fā)明了氨-水吸收式制冷機(jī)，它應(yīng)用了水對氨

11、氣具有強(qiáng)烈吸收能力的原理，這種較為原始的制冷機(jī)曾一度應(yīng)用于生產(chǎn)和商業(yè)。1872年，美國人波依爾發(fā)明了活塞式氨氣壓縮制冷劑1，經(jīng)過不斷的發(fā)展和改進(jìn)，一直沿用至今。但是直到1902年，美國的開利（WillisHaviland Carrier）博士發(fā)明了世界上第一部真正意義上的空調(diào)。從此，隨著人們生活水平的不斷提高，空調(diào)器已經(jīng)成為家庭生活的必需品。人們對空調(diào)器的要求也已經(jīng)從初期的僅僅滿足于制冷、制熱的簡單功能發(fā)展到追求舒適、享受的多種功能。在這發(fā)展的過程中，空調(diào)器也完成了從定頻空調(diào)向變頻空調(diào)的轉(zhuǎn)變，其控制策略也相應(yīng)的發(fā)生了轉(zhuǎn)變。變頻空調(diào)器與普通空調(diào)器或稱定轉(zhuǎn)速空調(diào)器的主要區(qū)別是前者增加了變頻器。我國

12、的電網(wǎng)電壓為220伏、50赫茲，因此在這種條件下工作的空調(diào)稱之為“定頻空調(diào)”。因為供電頻率不能改變，傳統(tǒng)的定頻空調(diào)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變，其溫度控制原理是通過溫度傳感器感知室內(nèi)溫度變化，并依靠其不斷地“開、停”壓縮機(jī)來調(diào)整室內(nèi)溫度，其一開一停之間容易造成室溫忽冷忽熱，并消耗較多的電能。壓縮機(jī)的ONOFF控制方式、空調(diào)器自身的非線性和大延遲時滯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，以及壓縮機(jī)室內(nèi)的輸出與壓縮機(jī)室外的輸出相比有一定的滯后性，這樣就造成室內(nèi)溫度波動性較大，勢必影響空調(diào)的溫度控制精度和人體的舒適性。所以，傳統(tǒng)空調(diào)對溫度的調(diào)節(jié)是一種斷續(xù)的變化過程，它不能根據(jù)環(huán)境溫度變化及時調(diào)整空調(diào)器工作狀態(tài)（即壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速）。所

13、以說，傳統(tǒng)空調(diào)器存在著溫度控制方式機(jī)械、能源浪費(fèi)大、溫度舒適度差等問題。另外傳統(tǒng)空調(diào)采用PID控制算法，需要建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，也不易獲得。隨著制冷技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和智能控制技術(shù)的發(fā)展，近年來人們采用模糊邏輯控制算法并與變頻技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于空調(diào)，使得一種高效節(jié)能、高舒適度的空調(diào)常規(guī)模糊變頻空調(diào)成為消費(fèi)者的所愛。這種空調(diào)可以通過改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來連續(xù)的調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的負(fù)荷，以適應(yīng)動態(tài)變化的空調(diào)房間負(fù)荷需要，較定頻空調(diào)具有更優(yōu)越的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和舒適性，其優(yōu)點主要表現(xiàn)在制冷（制熱）迅速、控溫精確、適應(yīng)范圍寬、節(jié)能等方面。盡管常規(guī)模糊變頻空調(diào)與傳統(tǒng)的定頻空調(diào)相比，技術(shù)上有了很大的進(jìn)

14、步，但是常規(guī)模糊變頻空調(diào)其技術(shù)參數(shù)的確定，通常是根據(jù)專家經(jīng)驗事先設(shè)定好的。由于其參數(shù)值是按標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境設(shè)定的，不能很好考慮空調(diào)所在室內(nèi)環(huán)境的差異、季節(jié)的變化以及個體舒適度等因素。如青年人希望空調(diào)溫度調(diào)節(jié)變化速率快一些，而老年人則希望空調(diào)溫度調(diào)節(jié)變化速率慢一些；有的人認(rèn)為夏季空調(diào)室內(nèi)溫度設(shè)置為20左右為好；而另外一些人則認(rèn)為室內(nèi)外溫差不宜太大，否則人們會有不舒適感覺。常規(guī)模糊變頻空調(diào)，由于控制規(guī)則已經(jīng)事先確定了，當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時，會出現(xiàn)輸出突變的情況（忽上忽下），這樣不但浪費(fèi)能量，而且使人感到不舒適。這就要求變頻空調(diào)在用戶使用的過程中具有自學(xué)習(xí)功能，即空調(diào)的運(yùn)行參數(shù)能根據(jù)室內(nèi)環(huán)境的差異、季節(jié)的變

15、化及個體舒適度差異等因素，進(jìn)行調(diào)節(jié)，不再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行，能“以人為本”的最優(yōu)化參數(shù)自動運(yùn)行。這樣空調(diào)不僅給人們帶來更舒適的感覺，而且能節(jié)約更多的電能，達(dá)到真正的智能。1.2 空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 空調(diào)因其具有優(yōu)良的空氣調(diào)節(jié)性能，可為人們創(chuàng)造舒適的工作生活環(huán)境，正在眾多家庭及企事業(yè)單位得到廣泛的普及和應(yīng)用。 從空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程看，其經(jīng)歷了從傳統(tǒng)定速空調(diào)控制系統(tǒng)到變頻調(diào)速空調(diào)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)定速空調(diào)器控制系統(tǒng)中一直采用單相異步電動機(jī)，對電機(jī)采取簡單的開關(guān)式控制，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié)，電能損耗、被控環(huán)境溫度波動及噪音都很大，壓縮機(jī)容易受沖擊損壞。隨著人們生活水平的提高及能源短

16、缺問題的出現(xiàn)，舒適與節(jié)能性空調(diào)的研究逐漸提到日程上來，在制冷技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和控制理論發(fā)展的帶動下，變頻空調(diào)就應(yīng)運(yùn)而生并因其節(jié)能舒適等優(yōu)越性能越來越受到大家的青睞，逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)定速空調(diào)走入歷史舞臺。變頻空調(diào)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境熱負(fù)荷的變化來控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制空調(diào)器的制冷量（制熱量）。當(dāng)室內(nèi)需要急速降溫或急速升溫、室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷加大時壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在微處理器的控制下加快，制冷量(或制熱量)按比例增加;當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷減小時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速則按比例減小，因此，隨著季節(jié)和晝夜的變化，空調(diào)器的變速運(yùn)轉(zhuǎn)既可以節(jié)能又可保證房間內(nèi)舒適。變頻空調(diào)器控制系統(tǒng)改善了普通空調(diào)控制系統(tǒng)的不足，具有

17、很多優(yōu)點：如壓縮機(jī)采用了比單相電機(jī)效率更高的三相電機(jī)，在電機(jī)的控制上采用了變頻調(diào)速技術(shù)，在室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)上則引入了自動控制理論，采用了智能模糊控制的控制策略，使得在大部分運(yùn)轉(zhuǎn)時間電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度能和室內(nèi)的負(fù)荷相協(xié)調(diào)，避免了壓縮機(jī)的斷續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，與普通空調(diào)相比有效地延長了壓縮機(jī)的使用壽命；壓縮機(jī)從低頻啟動，啟動電流小，對電網(wǎng)無沖擊，對其它電器無干擾等；啟動后，壓縮機(jī)能夠高速運(yùn)轉(zhuǎn)，快速接近設(shè)定溫度；當(dāng)室內(nèi)溫度趨向設(shè)定溫度時，壓縮機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，減少開停次數(shù)，降低室溫波動，提高舒適度等。因此，變頻空調(diào)的出現(xiàn)是空調(diào)器發(fā)展的一次變革，有廣闊的發(fā)展前景，是空調(diào)的一個重要發(fā)展方向。1.3 模糊控制在變頻空調(diào)器上的應(yīng)用

18、隨著電力電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，空調(diào)器的控制方法發(fā)生了很大的變化。以單片機(jī)為核心的溫度控制器采用PID調(diào)節(jié)，能構(gòu)成一個閉環(huán)連續(xù)控制系統(tǒng)。由于空調(diào)系統(tǒng)的被控對象是房間的溫度場，它與空調(diào)器進(jìn)行熱交換的工況相當(dāng)復(fù)雜，制約因素太多，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型很難確定，而PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定在很大程度上依賴于精確的數(shù)學(xué)模型，兩者的矛盾很難統(tǒng)一。模糊控制FLC（Fuzzy Logic Control）是人工智能領(lǐng)域中形成最早、應(yīng)用最廣泛的一個重要分支，適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且難以用傳統(tǒng)理論建模的問題。在空調(diào)系統(tǒng)的控制過程中，由于控制對象的時滯，時變和非線性的特征比較明顯，導(dǎo)致控制參數(shù)不易在線調(diào)節(jié)，而FLC卻能較好地適應(yīng)

19、這些特征，因此引起了空調(diào)領(lǐng)域的普遍關(guān)注，目前已經(jīng)成功地應(yīng)用到家用空調(diào)器上，日本、西歐等發(fā)達(dá)國家在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平。隨著模糊控制技術(shù)在空調(diào)器中應(yīng)用研究的不斷深入，在控制目標(biāo)方面從早期的溫度控制發(fā)展到與其它人工智能領(lǐng)域相結(jié)合的職能模糊控制。為了提高控制器的控制效果，適應(yīng)過程參數(shù)的變化對控制系統(tǒng)的要求，出現(xiàn)了在線模糊參數(shù)的自適應(yīng)、自組織模糊控制器等。如在日本已經(jīng)出現(xiàn)了基于遺傳算法的模糊空調(diào)器、模糊神經(jīng)元控制的空調(diào)系統(tǒng)等2。國內(nèi)在模糊控制方面的研究雖然起步較晚，但是發(fā)展很快，取得了一些令人鼓舞的成就。第2章 變頻空調(diào)器的結(jié)構(gòu)及原理2.1 變頻空調(diào)技術(shù)簡介變頻空調(diào)與普通空調(diào)器或稱定轉(zhuǎn)速空調(diào)器的主要區(qū)

20、別是前者增加了變頻器。變頻空調(diào)的微電腦隨時收集室內(nèi)環(huán)境的有關(guān)信息與內(nèi)部的設(shè)定值比較，經(jīng)運(yùn)算處理輸出控制信號。交流變頻空調(diào)的工作原理是把工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電源，并把它送到功率模塊(大功率晶體管開關(guān)組合)；同時模塊受微電腦送來的控制信號控制，輸出頻率可調(diào)的交變電源(合成波形近似正弦波)，使壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電源頻率的變化作相應(yīng)的變化，從而控制壓縮機(jī)的排量，調(diào)節(jié)制冷量或制熱量。直流變頻空調(diào)同樣把工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電源，并送至功率模塊，模塊同樣受微電腦送來的控制信號控制，所不同的是模塊輸出受控的直流電源(無逆變環(huán)節(jié))送至壓縮機(jī)的直流電機(jī)，控制壓縮機(jī)的排量，因此直流變頻空調(diào)更省電，噪聲更小。變頻空調(diào)

21、的壓縮機(jī)由變頻電機(jī)拖動，電源變頻器輸出頻率變化的交流電給電動機(jī)，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)室內(nèi)制冷量的需要而連續(xù)變化，最終壓縮機(jī)的制冷量達(dá)到連續(xù)變化的自動控制。為了配合制冷量的連續(xù)變化，制冷系統(tǒng)中采用了電子膨脹閥，由脈沖電機(jī)開關(guān)閥芯，快速控制進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。其主要特點為： 變頻器能使壓縮機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速無級連續(xù)可調(diào)，其轉(zhuǎn)速是根據(jù)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷而成比例變化的，當(dāng)室內(nèi)需要急速降溫(或急速升溫)，空調(diào)負(fù)荷加大時，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速就加快，制冷量(或制熱量)就按比例增加，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時，隨即處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)維持室溫基本不變。變頻空調(diào)的節(jié)流是運(yùn)用電子膨脹閥控制量，它的室外微處理器可以根據(jù)設(shè)在膨脹閥進(jìn)出口、壓縮機(jī)中

22、氣管處的溫度傳感 器收集的信息來控制閥門的開啟度，隨時改變制冷劑的流量。壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速與膨脹閥的開啟度相對應(yīng)，使蒸發(fā)器的能力得到最大限度的發(fā)揮。同時，由于采用了電子膨脹閥作為節(jié)流元件，化霜時不停機(jī)，利用壓縮機(jī)排氣的熱量先向室內(nèi)供熱，余下熱量送到室外，將換熱器翅片上的霜融化。變頻空調(diào)將逐步取代傳統(tǒng)的定轉(zhuǎn)速空調(diào)，成為空調(diào)控制技術(shù)發(fā)展的主流。變頻技術(shù)已從交流式向直流式轉(zhuǎn)化，控制技術(shù)由PWM(脈沖寬度調(diào)制)發(fā)展為PAM(脈沖振幅調(diào)制)。采用PWM控制方式的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速受到上限轉(zhuǎn)速的限制，一般不超過7000轉(zhuǎn)/分，而采用PAM控制方式的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可提高1.5倍左右，這樣大大提高了制冷和低溫下的制冷能力4。2

23、.2 變頻空調(diào)的特點所謂的“變頻空調(diào)”是與傳統(tǒng)的“定頻空調(diào)”相比較而產(chǎn)生的概念。眾所周知，我國的電網(wǎng)電壓為220V、50Hz，在這種條件下工作的空調(diào)稱之為“定頻空調(diào)”。由于供電頻率不能改變，傳統(tǒng)的定頻空調(diào)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變，依靠其不斷地“開、?！眽嚎s機(jī)來調(diào)整室內(nèi)溫度，其一開一停之間容易造成室溫忽冷忽熱，并消耗較多電能。而與之相比，“變頻空調(diào)”變頻器改變壓縮機(jī)供電頻率，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。依靠壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢達(dá)到控制室溫的目的，室溫波動小、電能消耗少，其舒適度大大提高。而運(yùn)用變頻控制技術(shù)的變頻空調(diào)，可根據(jù)環(huán)境溫度自動選擇制熱、制冷和除濕運(yùn)轉(zhuǎn)方式，使居室在短時間內(nèi)迅速達(dá)到所需要的溫度并在低轉(zhuǎn)速、低能

24、耗狀態(tài)下以較小的溫差波動，實現(xiàn)了快速、節(jié)能和舒適控溫效果。       供電頻率高，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速快，空調(diào)器制冷（熱）量就大；而當(dāng)供電頻率較低時，空調(diào)器制冷（熱）量就小，這就是所謂“定頻”的原理。變頻空調(diào)的核心是它的變頻器，變頻器是20世紀(jì)80年代問世的一種高新技術(shù)，它通過對電流的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的自動調(diào)節(jié)，把50Hz的固定電網(wǎng)頻率改為30至130Hz的變化頻率，使空調(diào)完成了一個新革命。同時，還使電源電壓范圍達(dá)到140V至270V，徹底解決了由于電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定而造成空調(diào)器不能正常工作的難題。變頻空調(diào)每次開始使用時，通常是讓空調(diào)以最大功率、

25、最大風(fēng)量進(jìn)行制熱或制冷，迅速接近所設(shè)定的溫度。由于變頻空調(diào)通過提高壓縮機(jī)工作頻率的方式，增大了在低溫時的制熱能力，最大制熱量可達(dá)到同品牌、同級別空調(diào)器的1.5倍，低溫下仍能保持良好的制熱效果。此外，一般的分體機(jī)只有四檔風(fēng)速可供調(diào)節(jié)，而變頻空調(diào)器的室內(nèi)風(fēng)機(jī)自動運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速會隨壓縮機(jī)的工作頻率在12檔風(fēng)速范圍內(nèi)變化，由于風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與空調(diào)器的能力配合較為合理，實現(xiàn)了低噪音的寧靜運(yùn)行。當(dāng)空調(diào)高功率運(yùn)轉(zhuǎn)，迅速接近所設(shè)定的溫度后，壓縮機(jī)便在低轉(zhuǎn)速、低能耗狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，僅以所需的功率維持設(shè)定的溫度。這樣不但溫度穩(wěn)定，還避免了壓縮機(jī)頻繁地開開停停所造成的對壽命的衰減，而且耗電量大大下降，實現(xiàn)了高效節(jié)能。 

26、;變頻空調(diào)器有交流變頻空調(diào)器和直流變頻空調(diào)器兩種。交流變頻空調(diào)器的壓縮機(jī)采用三相感應(yīng)電動機(jī)。其工作原理是把交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫?，作為變頻器的電源，再改變壓縮機(jī)電流的頻率。控制器根據(jù)室內(nèi)機(jī)檢測到的信號，通過微機(jī)運(yùn)算產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)頻率信號。這個頻率可變的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率信號，通過逆變器產(chǎn)生三相交流電，施加到壓縮機(jī)上，從而改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流變頻空調(diào)器中的壓縮機(jī)采用直流電動機(jī)。其變頻原理是把交流電變?yōu)橹绷麟?，把可變的直流電壓送至直流電動機(jī)，控制壓縮機(jī)的排量。變頻空調(diào)器的控制技術(shù)逐步由PWM(脈沖寬度調(diào)制)向PAM(脈沖振幅調(diào)制)發(fā)展。變頻技術(shù)從交流式向直流式發(fā)展。變頻器由微電腦芯片進(jìn)行控制3，控制系統(tǒng)框圖如圖

27、2-1所示。圖2-1 變頻式空調(diào)器控制系統(tǒng)框圖2.3 變頻空調(diào)的優(yōu)勢一般空調(diào)機(jī)由于電源頻率50Hz是固定的，所以壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速是固定的，也就是被稱為“空調(diào)機(jī)血液”的冷媒（氟利昂）的循環(huán)是恒量的，在一定時間內(nèi)冷媒的循環(huán)量越大，空調(diào)機(jī)的輸出功率就越高。也就是說，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速決定了空調(diào)機(jī)的輸出功率。而變頻空調(diào)是一種使用變頻壓縮機(jī)和模糊控制技術(shù)的空調(diào)器，能根據(jù)室內(nèi)氣溫的變化，調(diào)節(jié)制冷速度。具有低噪音、耗能低等特點。一個15平方米的房間，變頻空調(diào)比定頻式調(diào)溫速度快610分鐘。達(dá)到設(shè)定溫度后，變頻空調(diào)又能以僅為定頻空調(diào)10%的功率低速運(yùn)轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)溫度細(xì)微損耗，維持恒溫狀態(tài)。試驗顯示，變頻空調(diào)噪音低56分貝，

28、壽命長58年，是空調(diào)市場未來的發(fā)展方向。表2-1 變頻空調(diào)的優(yōu)點項目常規(guī)空調(diào)變頻空調(diào)適應(yīng)負(fù)荷的能力不能自動適應(yīng)負(fù)荷變化自動適應(yīng)負(fù)荷的變化溫控精度開/關(guān)控制，溫度波動范圍2降頻控制，溫度波動范圍0.5啟動性能啟動電流大于額定電流軟啟動，啟動電流很小節(jié)能性開/關(guān)控制，不省電自動以低頻維持，省電30%低電壓運(yùn)轉(zhuǎn)性能180V以下很難運(yùn)轉(zhuǎn)低至150V也可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)制冷、制熱速度慢快熱冷比小于120%大于140%低溫制熱效果0以下效果差-10時效果仍好化霜性能差準(zhǔn)確快速，只需常規(guī)空調(diào)一半時間除濕性能定時開/關(guān)控制，除濕時有冷感低頻運(yùn)轉(zhuǎn)，只除濕不降溫滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)無此功能自動以高頻強(qiáng)勁運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)功能簡單全面普通空

29、調(diào)的壓縮電機(jī)采用交流異步電機(jī)，轉(zhuǎn)速不變，50Hz時轉(zhuǎn)速約為2880r/min。而變頻空調(diào)是先把220V、50Hz的單相交流電轉(zhuǎn)變成為三相變頻交流電(25118Hz)，供給壓縮機(jī)，通過頻率變化來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，使制冷量連續(xù)變化，適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷的需要。變頻空調(diào)相對于普通空調(diào)的優(yōu)點如表2-11所示。1. 快速達(dá)到制冷、制熱設(shè)定溫度。 因為變頻技術(shù)的應(yīng)用，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速可根據(jù)環(huán)境狀況而調(diào)節(jié)，啟動時溫差大，壓機(jī)轉(zhuǎn)速高，制冷(或制熱)能力大。如1.5 匹變頻空調(diào)，短時最大的輸出能力相當(dāng)于2匹定速空調(diào)，因此，達(dá)到設(shè)定溫度快。2. 舒適性好。 當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值附近時，變頻空調(diào)壓機(jī)調(diào)整到合適的轉(zhuǎn)速，維持當(dāng)前溫度，使

30、空調(diào)的輸出能量與房間環(huán)境之間的交換能量平衡。壓縮機(jī)保持輕負(fù)荷運(yùn)行從而室溫變化小。定速空調(diào)在溫度達(dá)到上限(設(shè)定值)后，壓機(jī)停止工作，達(dá)到下限(設(shè)定值)，壓機(jī)以定速運(yùn)轉(zhuǎn)，室溫變化大。此外，壓機(jī)的頻繁啟動、停止，更縮短了壓機(jī)的使用壽命。由此可見，變頻空調(diào)的制冷(或制熱)效果優(yōu)于定速空調(diào)。3. 長時間運(yùn)行節(jié)電。 節(jié)能家電是時下家電市場宣傳中使用頻率非常高的一個詞，尤其是在目前全社會都提倡節(jié)能的氛圍中，節(jié)能家電的宣傳也顯得愈發(fā)誘人。有人做過同功率變頻和定頻空調(diào)的測試，在運(yùn)行四十分鐘以前，雖然變頻空調(diào)耗電量超過定速空調(diào)，然后在四十分鐘左右，有一個交匯點，從這一點以后，時間逐漸推長的時候，變頻空調(diào)耗電量在逐

31、漸減少。而一般冬天開40分鐘空調(diào)不太可能迅速提高房間的溫度，尤其是夜晚空調(diào)要開長達(dá)七、八的小時以上，其節(jié)電性能就很明顯了。比如定速空調(diào)用一度電，變頻空調(diào)只需要零點七度，甚至更少。 4. 溫度控制穩(wěn)定。 變頻空調(diào)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速是可以調(diào)節(jié)的，通過旋轉(zhuǎn)的快慢來調(diào)節(jié)溫度的變化。而普通空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度是不變的，因此被稱作定速空調(diào)。變頻空調(diào)對房間里的溫度控制比較穩(wěn)定，而定速空調(diào)它的房間溫度有一定的波動范圍，大概會比變頻空調(diào)溫度波動范圍大兩度左右。此外變頻空調(diào)達(dá)到設(shè)定的溫度比定速空調(diào)達(dá)到房間設(shè)定的溫度大概要快一倍的時間。5. 能適應(yīng)不同電網(wǎng)頻率 50Hz與60Hz地區(qū)都可使用，并可以更好的實現(xiàn)一臺室外機(jī)帶多

32、臺室內(nèi)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。6. 變頻空調(diào)器的其他特點：1) 更好的舒適感 變頻空調(diào)器從低速起動到達(dá)所設(shè)定的室內(nèi)溫度所需的時間比普通空調(diào)器減少了近一半以上，室溫波動小，使人體感覺更加舒適。避免了頻繁起動，減少了起動時的噪聲。2) 更寧靜的室內(nèi)環(huán)境 變頻空調(diào)器風(fēng)速范圍比普通空調(diào)器大得多，隨著壓縮機(jī)的工作頻率能在十幾檔風(fēng)速下變化。降低了運(yùn)行噪聲，使環(huán)境更寧靜。3) 更寬的電壓工作范圍 變頻空調(diào)器輸出電源的頻率由內(nèi)部的變頻器所控制，因此更加適應(yīng)外部電壓不穩(wěn)定的情況。在市電150250V的范圍內(nèi)能可靠運(yùn)行。同時，由于不存在對電網(wǎng)沖擊的起動電流，減少了對電網(wǎng)的干擾。4) 更先進(jìn)的除霜功能變頻空調(diào)器的制冷循環(huán)系統(tǒng)，采

33、用了電子膨脹閥節(jié)流，利用壓縮機(jī)排氣的熱量先向室內(nèi)供熱，余下的熱量輸送到室外，使換熱器翅片上的霜溶化，實現(xiàn)化霜不停機(jī)。 在傳統(tǒng)的空調(diào)計算機(jī)控制中，使用的是冷熱的概念，中間過程被忽略，當(dāng)模糊概念應(yīng)用于空調(diào)器，可將溫度劃分為人體感覺的太冷、冷、稍冷、稍熱、熱、太熱等。所以說模糊邏輯可以根據(jù)溫差和溫度變化率等其它多項干擾量，按照人類思維模式進(jìn)行預(yù)測和控制，以達(dá)到最舒適的目的。模糊控制變頻空調(diào)器的優(yōu)點是高效節(jié)能，起動電流小，工作噪聲小，溫度控制精度高，算法簡單，控制簡單等，可以創(chuàng)造出較舒適的溫度環(huán)境。采用無刷直流電機(jī)作為壓縮機(jī)的驅(qū)動電機(jī)，能獲得更好的控制性能，能效比高，且使用壽命更長。變頻空調(diào)是隨著制冷

34、技術(shù)，電機(jī)控制技術(shù)，電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)和現(xiàn)代智能控制技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型空調(diào)器。它能根據(jù)室內(nèi)需求溫度的不同，連續(xù)、動態(tài)的調(diào)節(jié)功率，以大功率迅速制冷，小功率維持室內(nèi)的溫度恒定，而改變壓縮機(jī)功率是靠調(diào)節(jié)壓縮機(jī)工作頻率來實現(xiàn)的。正是由于這一特點，使變頻空調(diào)器的發(fā)展具有巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益，可以節(jié)約空調(diào)用電量，減輕電力供應(yīng)的壓力，因而變頻空調(diào)器得到了國內(nèi)外人士和業(yè)界的廣泛關(guān)注3。隨著電力電子技術(shù)和模糊控制技術(shù)在空調(diào)器中的應(yīng)用，機(jī)電一體化的設(shè)計，降低成本的新技術(shù)的開發(fā)與研制，會令變頻空調(diào)器有更好的市場發(fā)展前景。2.4 變頻空調(diào)器的工作原理及基本結(jié)構(gòu)本論文研究的空調(diào)器為現(xiàn)在使用最多的分體式空調(diào)器

35、，它采用直流變頻，直流變頻控制器原理12如圖2-2所示。變頻空調(diào)由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、電磁四通閥、電子膨脹閥、除霜閥、雙毛細(xì)管等部件組成。工作時，空調(diào)器根據(jù)空調(diào)房間的需要，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速加快，壓縮機(jī)的制冷量加大，達(dá)到快速制冷或制熱的目的，相反，當(dāng)房間的制冷或制熱量較小時，壓縮機(jī)以正常速度或較低速度運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，變頻空調(diào)具有連續(xù)的制冷量調(diào)節(jié)，使得房間的溫度波動較小。在壓縮機(jī)工作過程中，微電腦系統(tǒng)控制變頻壓縮機(jī)的同時，控制電子膨脹閥的開啟度，保持適當(dāng)?shù)闹评鋭┝髁?，從而直接改變蒸發(fā)器中制冷劑的流量使其狀態(tài)發(fā)生改變，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速與膨脹閥的開啟度相對應(yīng)，壓縮機(jī)的排氣量與膨脹閥的供液量相對應(yīng)，使過熱度不

36、至于太大，使蒸發(fā)器的能力得到最大限度的發(fā)揮，從而使制冷系統(tǒng)實現(xiàn)最高效率的控制。圖2-2直流變頻控制器原理框圖它是由室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)組成的，兩者之間通過制冷劑管道和電纜連接。以制冷為例，說明分體式空調(diào)器的工作原理。在制冷循環(huán)中，經(jīng)室外機(jī)組中的壓縮機(jī)工作，將低溫低壓的制冷劑R22蒸汽壓縮為高溫高壓的過熱蒸汽，并排入冷凝器中，由于風(fēng)扇的冷卻散熱作用，使過熱的制冷劑氣體逐漸由汽態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，即由過熱蒸汽變?yōu)楦娠柡驼羝?，再由干飽和蒸汽變?yōu)槠?、液共存的濕蒸汽。繼續(xù)冷卻時，濕蒸汽變?yōu)轱柡鸵?。冷凝后的制冷劑液體進(jìn)入又長又細(xì)的毛細(xì)管中進(jìn)行節(jié)流降壓，由于毛細(xì)管阻礙制冷劑液體流動，故壓力下降，因此就為在蒸發(fā)器中汽化創(chuàng)造

37、了條件。在蒸發(fā)器中，制冷劑由低壓液體狀態(tài)變?yōu)槠蟮母娠柡驼羝麪顟B(tài)。在此變化的過程中，實現(xiàn)了熱量的轉(zhuǎn)移，其結(jié)果是蒸發(fā)器外表面及周圍的空氣被冷卻，從而達(dá)到了室內(nèi)制冷的目的。分體式空調(diào)器的制冷原理如圖2-3所示。圖2-3 分體式空調(diào)器制冷原理圖下面分別說明分體式空調(diào)器室內(nèi)室外機(jī)的原理及功能。2.4.1 分體式空調(diào)室內(nèi)機(jī)工作原理室內(nèi)機(jī)控制器驅(qū)動一路風(fēng)扇電機(jī)、兩路擺葉式步進(jìn)電機(jī)，室內(nèi)機(jī)控制器接收來 自紅外遙控器設(shè)定的指令，根據(jù)室溫及室內(nèi)熱交換器 、室內(nèi)溫度傳感器采集的溫度 ，進(jìn)入相應(yīng)的工作狀態(tài) ，并顯示出運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 。室內(nèi)機(jī)控制器包含以下模塊 ：室內(nèi)機(jī)處理器(8位單片機(jī))及其外圍電路。顯示驅(qū)動電路(LE

38、D/LCD)。室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動電路。擺葉式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。溫度傳感采樣電路。紅外遙控接收/發(fā)送電路。室內(nèi)外裝置串行通信電路。室內(nèi)機(jī)控制電路框圖如圖2-4所示。圖2-4室內(nèi)機(jī)控制電路框圖室內(nèi)機(jī) CPU 主要控制室內(nèi)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ，接收/發(fā)送室外機(jī)指令。由8位微處理器完成 ，選用美國Microchip公司的 PIC16C73單片機(jī) ，內(nèi)部采用獨立分離的 8位數(shù)據(jù)總線和 14位指令總線的“哈佛”結(jié)構(gòu)，它是一種精減指令集 RISC結(jié)構(gòu)的高性能比嵌入控制器 ，可以達(dá)到很高的運(yùn)行速度。時鐘振蕩為 4MHz時，指令周期達(dá)1s。另外，它還集成了眾多功能模塊，如雙向可編程的I/0 端 口，具有高驅(qū)動電流，可直接驅(qū)

39、動LED顯示 ；兩個捕捉/比較/脈沖調(diào)制 (CCP)模塊，SSP/SCI串行口，看門狗電路 ，5路 8位 A/D采樣等功能。2.4.2 分體式空調(diào)室外機(jī)工作原理室外機(jī)控制器直接控制著熱交換系統(tǒng) ，工作環(huán)境惡劣，安全 、可靠、高效的性能是設(shè)計的重點。室外機(jī)控制器包含以下模塊 ：室外機(jī)處理器 (8位單片機(jī))及其外圍電路。與室內(nèi)機(jī)的串行通信接口電路。模擬參量傳感器采集 電路。電子膨脹閥及四通閥控制電路。變頻調(diào)速壓縮機(jī)電機(jī)驅(qū)動電路。功率控制 (干擾抑制、功率因數(shù)調(diào)整等)電路。 LED顯示監(jiān)測電路 。開關(guān)電源電路 (IPM 模塊內(nèi)含)。保護(hù)電路。分體式空調(diào)室外機(jī)的原理圖如圖2-5所示。圖2-5 分體式空

40、調(diào)器室外機(jī)的原理圖此外，壓縮機(jī)采用了無刷直流電動機(jī)，這是直流變頻空調(diào)器的關(guān)鍵所在，因此，在以下對無刷直流電動機(jī)進(jìn)行介紹。2.4.3 無刷直流電動機(jī)2.4.3.1 無刷直流電動機(jī)概述變頻空調(diào)控制器包括遙控發(fā)射器、室內(nèi)控制單元及室外控制單元三個相對獨立的部分，而壓縮機(jī)控制是整個室外機(jī)控制的核心。直流電動機(jī)一般都有換向器和電刷，其間形成滑動的機(jī)械接觸并容易產(chǎn)生火花，引起無線電干擾，過大的火花甚至影響電機(jī)的正常運(yùn)行。此外，因存在著滑動接觸，又使維護(hù)麻煩，影響到電機(jī)工作的可靠性。所以人們總希望尋求直流電動機(jī)的無接觸式換向。近年來，隨著晶體管和大功率可控硅元件的廣泛采用，出現(xiàn)了用晶體管開關(guān)電路和位置傳感器

41、來代替電刷和換向器的無刷直流電動機(jī)。該電動機(jī)既具有直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性，又具有交流電動機(jī)的維護(hù)方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點。無刷直流電機(jī)(Brushless DC Motor) (以下簡稱BLDCM)是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速發(fā)展起來的一種新型機(jī)電一體化電機(jī)。下面介紹其主要部分的結(jié)構(gòu)和功能，以及各元件的選擇原則和方法。無刷直流電機(jī)的參數(shù)5如下： (1)電機(jī)類型：無刷直流電機(jī)(BLDCM)； (2)極對數(shù)：p=2； (3)額定轉(zhuǎn)速：3600rpm； (4)額定輸出功率：650w； (5)每相繞組電阻：R=0.9(20C)； (6)工作頻率：20190Hz； (7)轉(zhuǎn)

42、子轉(zhuǎn)動慣量：(Nm)；(8)電勢系數(shù)(mV/rpm)；(9)轉(zhuǎn)矩系數(shù)(Nm/A)；2.4.3.2 無刷直流電動機(jī)的工作原理一般的有刷永磁式直流電動機(jī)的定子由永久磁鋼組成，由其在電動機(jī)氣隙中產(chǎn)生磁場。電樞繞組放在轉(zhuǎn)子上，通電以后產(chǎn)生反應(yīng)磁場。由于電刷的換相作用，使得這兩個磁場的方向在直流電機(jī)運(yùn)行過程中始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩驅(qū)動電動機(jī)不停的旋轉(zhuǎn)。圖2-6電機(jī)運(yùn)行原理框圖無刷直流電動機(jī)為了實現(xiàn)直流電動機(jī)的無電刷換向，一般將電樞繞組放在定子上，把永磁磁鋼放在轉(zhuǎn)子上，與傳統(tǒng)永磁直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)剛好相反。但僅這樣做還是不行，沒有電刷的換流作用，用一般直流電源給定子上各繞組供電，只能產(chǎn)生固定磁場

43、，它不能與運(yùn)動中的轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的永磁磁場相互作用，來產(chǎn)生持續(xù)的單一方向的轉(zhuǎn)矩，也就無法驅(qū)動轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動。所以，無刷直流電機(jī)除了由定子和轉(zhuǎn)子組成電機(jī)本體外，還要有位置檢測電路、電子換向電路來共同構(gòu)成電子換向裝置，如圖 2-6無刷直流電機(jī)原理框圖所示，使得無刷直流電機(jī)在運(yùn)行過程中定子繞組所產(chǎn)生的電樞磁場與轉(zhuǎn)動中的轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生的永磁磁場，在空間始終保持90°左右的電角度。因此，無刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為由電子換向電路、電機(jī)本體以及位置檢測電路三者共同組成。 無刷直流電機(jī)的電機(jī)本體在結(jié)構(gòu)上和永磁同步電動機(jī)相似，但是沒有籠型繞組和其他起動裝置，其定子繞組一般為多相(二相、四相、五相等)結(jié)

44、構(gòu)，轉(zhuǎn)子按一定極對數(shù)（P=1，2)組成。無刷直流電機(jī)的運(yùn)行方式因電動機(jī)本體的繞組形式不同而各異，多數(shù)無刷直流電機(jī)的定子繞組是三相繞組，本文主要針對這種結(jié)構(gòu)的無刷直流電動機(jī)來進(jìn)行分析研究。圖 2-7 無刷直流電機(jī)三相全控電路三相繞組無刷直流電機(jī)繞組的連接方式有三相星形連接和三相三角形連接。三相星形三相繞組無刷直流電機(jī)的繞組連接方式有三相星形連接和三相三角形連接。三相星形連接有兩種運(yùn)行方式：三相半控電路方式和三相全控電路方式。圖2-7 所示為三相全控電路方式。三相全控電路運(yùn)行方式轉(zhuǎn)矩脈動小，繞組利用率高，應(yīng)用十分廣泛。三相全控方式因同時導(dǎo)通的繞組數(shù)的區(qū)別而分為兩兩導(dǎo)通方式(也稱為120導(dǎo)通方式)和

45、三三導(dǎo)通方式(也稱為180導(dǎo)通方式)78910。下面以兩兩導(dǎo)通方式來說明三相星形連接的無刷直流電機(jī)的工作原理。兩兩導(dǎo)通方式就是指每一瞬間有兩個功率管導(dǎo)通，每隔1/6周期 (60 電角度)換相一次，每次只換相一個功率管，每個功率管導(dǎo)通 120 電角度，如圖 2-2所示，各功率管的導(dǎo)通順序依次是V1V2、V2V3、V3V4、V4V5、V5V6、V6V1下面來分析其工作原理。當(dāng)功率管 V1和V2導(dǎo)通時，電流經(jīng)V1管，從A相繞組流入，C相繞組流出，再由V2管回到電源，如下圖(a)所示。這時，兩相繞組中的電流在空間產(chǎn)生的合成磁場方向為如圖b中所示的Fac 的方向，該磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子沿圖a箭

46、頭方向 (順時針)轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如圖 2-8(c) 所示位置后，V1管關(guān)斷。V3管導(dǎo)通，電流經(jīng) V3管，從 B相繞組流入，C相繞組流出，再由 V2管回到電源。這時，兩相繞組中的電流在空間產(chǎn)生的合成磁場方向為如圖2-8(d) 中所示的Fbc的方向，該磁場與轉(zhuǎn) 子磁場相互所用，使轉(zhuǎn)子繼續(xù)朝順時針方向轉(zhuǎn)動，如圖 2-8(c) 箭頭所示。當(dāng)轉(zhuǎn) 廣轉(zhuǎn)到如圖 2-8(e) 所示位置后，V2管關(guān)斷，V4管導(dǎo)通，電流經(jīng) V3管，從 B相繞組流入，A相繞組流出，再由 V4管回到電源。這時，兩相繞組中的電流在空間產(chǎn)生的合成磁場方向為如圖2-8(f) 中所示的Fba的方向，該磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子保持朝順

47、時針為向轉(zhuǎn)動，如圖2-8(e) 箭頭所示。如此，在 V1V2V3V4V5V6六個管子的循環(huán)輪流導(dǎo)通控制下，每兩相之間依次饋電，轉(zhuǎn)子磁場始終受到定子合成磁場的作用，使得轉(zhuǎn)子沿順時針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。不難看出，在換相過程中，定子繞組電流在空間內(nèi)所形成的合成磁場不是連續(xù)的旋轉(zhuǎn)磁場，而是一種跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，每個步進(jìn)角度為60º電角度。(a) (b) (c) (d) (e) (f)圖2-8開關(guān)順序及定子磁場旋轉(zhuǎn)示意圖從上述的分析可以看出，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60º電角度，逆變器開關(guān)管之間就進(jìn)行一次換流，定子磁狀態(tài)就改變一次。如果標(biāo)記 VIV2功率管導(dǎo)通時的狀態(tài)為狀態(tài) 1的話，后面

48、依次可以標(biāo)記為狀態(tài) 2,3,4,5,6。電機(jī)總共有 16六個磁狀態(tài)，每一個磁狀態(tài)都是兩相導(dǎo)通，每相繞組中流過電流的時間相當(dāng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 120º電角度的時間，每個開關(guān)管的導(dǎo)通角為 120º電角度，所以這種逆變器稱為120º導(dǎo)通型逆變器，這種導(dǎo)通方式習(xí)慣上也稱之為 120º導(dǎo)通方式。本系統(tǒng)中的電機(jī)采用無位置傳感器的無刷直流電機(jī)。在設(shè)計控制軟件時，主要部分是電機(jī)的調(diào)速，需控制電機(jī)完成起動和正常運(yùn)行，當(dāng)切換完成后，電機(jī)的運(yùn)行與有位置傳感器無刷直流電機(jī)14相似。切換時，通過軟件調(diào)整運(yùn)行電壓，使切換時刻最佳?？刂茻o刷直流電機(jī)起動的軟件流程圖如圖2-9所示12。圖2-

49、9 起動軟件流程圖2.5 本章小結(jié)本章主要介紹了變頻空調(diào)器的特點以及其相對于傳統(tǒng)空調(diào)的優(yōu)勢，對變頻空調(diào)技術(shù)作了簡單介紹。以分體式直流變頻空調(diào)器為例闡述了空調(diào)器室內(nèi)外部分的工作原理，并對采用的無刷直流電動機(jī)原理作了簡要分析。第3章 變頻空調(diào)模糊控制策略的研究3.1 模糊控制簡介3.1.1 模糊控制基本理論的產(chǎn)生和發(fā)展模糊數(shù)學(xué)和模糊控制的概念由美國加州大學(xué)的L.A.Zadeh教授在自1965年起相繼發(fā)表的<<Fuzzy Sets>>、<<Fuzzy Algorithm>>和<<Aretionale For Fuzzy Control>

50、;>等著名論著中首先提出。表達(dá)事物模糊性的重要概念隸屬函數(shù)的出現(xiàn)，突破了19世紀(jì)末笛卡爾的經(jīng)典集合理論，奠定模糊理論的基礎(chǔ)。1974年，英國的Mamdani首次用模糊邏輯和模糊推理實現(xiàn)了世界上第一個實驗性的蒸汽機(jī)控制，并取得了比傳統(tǒng)的直接數(shù)字控制算法更好的效果。1980年丹麥的斯密司公司首次將模糊邏輯芯片應(yīng)用在水泥烘干機(jī)中并取得了成功，這是第一個商業(yè)化的有實際意義的模糊控制器。到目前為止，模糊控制主要應(yīng)用在動力系統(tǒng)控制、智能機(jī)器人和交通管理系統(tǒng)。近年來，模糊控制在水質(zhì)控制、船舶自動駕駛、鍋爐控制等方面也有廣泛應(yīng)用。1990年模糊家電在日本興起，模糊技術(shù)的應(yīng)用從大系統(tǒng)轉(zhuǎn)向了小系統(tǒng)，如房間空

51、調(diào)器、洗衣機(jī)、電飯煲、照相機(jī)等。目前，美國、日本等許多大公司生產(chǎn)的家用電器都應(yīng)用了模糊控制技術(shù)，該技術(shù)被稱為21世紀(jì)家電的核心技術(shù)。我國模糊控制理論及其應(yīng)用方面的研究工作是從1979年開始的，至今己有20多年，大多是在高等院校和研究所中進(jìn)行的理論研究，而其成果主要集中于工業(yè)方面，目前在家用電器方面也開始了應(yīng)用。模糊控制方法是以人的經(jīng)驗和知識為依據(jù)，具有模糊邏輯功能的控制方法，是模仿人的思維方式和人的控制經(jīng)驗來實現(xiàn)的一種控制方法。模糊控制與傳統(tǒng)控制理論有本質(zhì)的不同，傳統(tǒng)控制立足于對被控對象進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)描述，而模糊控制的核心在于只用己知的對系統(tǒng)的粗略的知識描述系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上引入模糊控制算法。

52、這種方法有三個特點11:1. 不用數(shù)學(xué)方程，而用以語言為代表的模糊變量描述系統(tǒng)；2. 用條件命題語句記述模糊變量之間的關(guān)系；3. 用模糊推理方法實現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)算。事實上，模糊理論應(yīng)用最有效、最廣泛的領(lǐng)域就是模糊控制，模糊控制在各種領(lǐng)域出人意料地解決了傳統(tǒng)控制理論無法解決或難以解決的問題，模糊控制在工業(yè)大系統(tǒng)中得到了推廣，并取得了一些令人信服的成效。隨著科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，被控對象也越來越復(fù)雜，其突出表現(xiàn)為它的多輸入多輸出間的強(qiáng)耦合性、系統(tǒng)參數(shù)的時變性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重非線性與不確定性，這類系統(tǒng)沒有明確的物理規(guī)律可遵循，傳統(tǒng)的定量分析也是十分困難甚至是無法實現(xiàn)，經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論則無法取得好

53、的控制效果。對于此類系統(tǒng)，以模糊集合和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的“模糊模型”的建立，卻是一個理想的途徑。早期的經(jīng)典模糊控制器與常規(guī)的控制器如PID調(diào)節(jié)器相比具有無須建立被控對象的數(shù)學(xué)模型、對被控對象的非線性和時變性具有一定的適應(yīng)能力，即魯棒性較好等特點。但它也有一些需要進(jìn)一步改進(jìn)和提高的地方，例如常規(guī)的模糊控制器在結(jié)構(gòu)上過于簡單，系統(tǒng)上升特性不理想、超調(diào)大、調(diào)節(jié)時間長甚至產(chǎn)生振蕩、抗干擾能力差、控制動作欠細(xì)膩，穩(wěn)態(tài)精度欠佳是經(jīng)典模糊控制的一個弱點?；谝陨显蛟S多人對模糊控制策略進(jìn)行了研究，對常規(guī)模糊控制器進(jìn)行了改進(jìn)，如與經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制理論相結(jié)合的多模態(tài)復(fù)合型模糊控制器，如模糊+PI，模糊PID

54、等。此類模糊控制器設(shè)計出發(fā)點是為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，加快動態(tài)響應(yīng)。當(dāng)誤差大時采用模糊控制以獲得良好的瞬態(tài)性能，達(dá)到一定范圍后則采用PID進(jìn)行控制以良好的穩(wěn)態(tài)性能。另外為了優(yōu)化控制效果和適應(yīng)過程參數(shù)的變化，與其它智能方法相結(jié)合，如利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來在線調(diào)整模糊控制參數(shù)形成自適應(yīng)、自組織模糊控制器，利用遺傳算法對模糊規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化等，或在常規(guī)模糊控制器上加性能測試等功能模塊后，使模糊控制向自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)方向發(fā)展。目前，模糊控制主要還是建立在人的直覺的、經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，也就是說，操作人員對被控系統(tǒng)的了解不是通過精確的數(shù)學(xué)表達(dá)式，而是通過操作人員豐富的實踐經(jīng)驗和直觀感覺。這種方法可以看成是一組探索式?jīng)Q策規(guī)

55、則，且具有以下特點:1.由于人決策的過程本質(zhì)上就具有模糊性，所以控制動作具有一定的主觀隨意性，因而對操作人員的控制行為就很難精確解釋。2.人不但可以對簡單物理量的變化做出反應(yīng)，而且能對復(fù)雜變量進(jìn)行識別和判斷，甚至可以對一些無法測量的事情和現(xiàn)象做出反應(yīng)。我們可以用語言把操作者的控制策略描述出來，以構(gòu)成用語言表達(dá)的定性的，不確定的決策規(guī)則。在一個控制系統(tǒng)中，控制規(guī)則可以有多個。模糊推理算法不是這些規(guī)則的順序執(zhí)行，而是同時依據(jù)每一條規(guī)則進(jìn)行推理，把每一條規(guī)則推理的結(jié)果綜合起來得出一個有代表性的值作為最終的控制量進(jìn)行控制。綜上所述，模糊控制就是以人的經(jīng)驗和知識為依據(jù)，采用語言規(guī)則表示的一種人工智能控制

56、規(guī)則，它有一套完整的基礎(chǔ)理論與設(shè)計、綜合方法。模糊控制系統(tǒng)是一種自動控制系統(tǒng)，它以模糊數(shù)學(xué)、模糊語言形式的知識表示和模糊邏輯的規(guī)則推理為理論基礎(chǔ)，采用計算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)，它的組成核心是具有智能性的模糊控制器18。3.1.2 模糊控制系統(tǒng)的組成模糊控制系統(tǒng)是以模糊數(shù)學(xué)、模糊語言形式的知識表示和模糊邏輯的規(guī)則推理為理論基礎(chǔ)的數(shù)字控制系統(tǒng)，采用計算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，它的組成核心是智能型的模糊控制器。模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示模糊控制系統(tǒng)一般由以下五個部分組成16。 圖3-1 模糊控制器基本結(jié)構(gòu)1.模糊控制器 這是模糊控制系統(tǒng)

57、的核心部分，也是和其它控制系統(tǒng)區(qū)別最大的環(huán)節(jié)。模糊控制器由四個基本部分組成；模糊化: 主要功能是把輸入的精確量轉(zhuǎn)化為模糊童。即將模糊控制器的輸入信號的精確量轉(zhuǎn)化到模糊論域上的模糊量，以便進(jìn)行模糊推理和決策。知識庫: 知識庫中包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識和要求的目標(biāo)，通常由數(shù)據(jù)庫和模糊規(guī)則庫兩部分組成。數(shù)據(jù)庫主要包括各語言變量的隸屬度函數(shù)、尺度變換因子和模糊空間的分級數(shù)等;規(guī)則庫包括了用模糊語言變量表示的一系列控制規(guī)則，它們反映了控制專家的經(jīng)驗和知識。模糊推理: 模糊推理是模糊控制器的核心，模糊推理決策機(jī)構(gòu)的主要功能是模擬人的基于模糊概念的推理能力，根據(jù)總結(jié)人工控制策略取得的語言控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，決策出模糊輸出控制量。解模糊: 作用是將模糊推理得到的控