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变频空调电气控制设计
目 录
绪 论 .....................................................................................................................................................................3 1.1 实训背景来源及其探究意义 .....................................................................................................................3 1.2 空调器控制技术发展概况 .........................................................................................................................4 1.2.1 在空调器控制技术发展概况 ..............................................................................................................4 1.2.2 变频空调器的产生与发展 ..................................................................................................................6 1.2.3 模糊控制技术的发展及研究动态 ......................................................................................................7 1.3 用主要设计内容 ........................................................................................................................................8 第 2 章 方案论证 ...............................................................................................................................................9 2.1 空调器电控系统总设计方案 .....................................................................................................................9 2.2 空调器压缩机控制方案.............................................................................................................................9 2.2.1 变频调速的基本方式 ........................................................................................................................ 11 2.2.2 宽脉调控控制策略 ............................................................................................................................12 2.2.3 实现手段 ............................................................................................................................................13 2.3 温度控制方案选择...................................................................................................................................14 2.4 本章小结 ..................................................................................................................................................14 第 3 章 变频空调器电控系统设计 .................................................................................................................16 3.1 电控系统总体结构...................................................................................................................................16 3.2 室内机组设计 ..........................................................................................................................................17 3.2.1 红外遥控器信号的接受 ....................................................................................................................17 3.2.2 风门步进电机的控制 ........................................................................................................................18 3.2.3 室内风扇电机的调速控制 ................................................................................................................18 3.3 室外机组设计 ..........................................................................................................................................20 3.3.1 室外风扇电机控制电路 ....................................................................................................................20 3.3.2 电流检测电路 ....................................................................................................................................21 3.3.3 辅助电源设计 ....................................................................................................................................22 3.3.4 变频电路的设计与控制 ....................................................................................................................23 3.3.5 室外机软件的编制 ............................................................................................................................23 3.4 温度检测电路 ..........................................................................................................................................24 3.5 变频电路设计 ..........................................................................................................................................25 3.6 本章小结 ..................................................................................................................................................26 第 4 章 模糊控制器的设计 .............................................................................................................................27 4.1 模糊控制的基本原理...............................................................................................................................27
4.2 变量模糊化 ..............................................................................................................................................27 4.3 模糊控制规则的确定...............................................................................................................................29 4.3.1 模糊温度控制器的反模糊化 ............................................................................................................30 4.3.2 模糊控制器的软件框图 ....................................................................................................................30 4.4 基于模糊推理的自调器PID控制器 ......................................................................................................31 4.5 PID控制器参数自整定原则 ....................................................................................................................32 4.6 模糊控制器的仿真...................................................................................................................................33 4.7 本章小结 ..................................................................................................................................................34 结 论 ...................................................................................................................................................................36 致 谢 ...................................................................................................................................................................37 参考资料 .............................................................................................................................................................38
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绪 论
1.1 实训背景来源及其探究意义
空调是空气调节器的简称，它的作用是通过空调器对室内空气进行处理，使它的温度、湿度、气流速度和洁净度达到所需的要求，为人们提供舒适生活条件和为生产工艺提供一定的环境条件服务。
空调器一般有冷风型空调器、电热冷风型空调器、热泵型空调器几种。冷风型空调器只能用于降温调节；电热冷风型空调器一般是在原冷风型空调器上进行局部改进，增加电热部分而成；热泵型冷热两用空调是目前普遍采用的空调器。制冷循环中，低温低压的液态制冷剂在蒸发器处吸收热量而汽化，经压缩机压缩成为高压、高温气体，在冷凝器内散热冷凝成液态制冷剂，然后又经毛细管(或膨胀阀)降压节流成为低压、低温状态，如此反复循环，就可将室内的热量排到室外，并通过室内的风扇将冷却后的空气均匀地分布到室内。制热时，制冷剂的循环与此相反。
温度控制技术是热泵型冷热两用空调中最主要的控制技术，一个完整的温度控制系统主要包括三部分：温度传感器、温度控制器和温度调节器。
传统空调器的温度控制是通过温度传感器感受室内温度变化来控制压缩机的运行和停止的，风扇则在设定的速度下工作，这会造成受控环境温度变化较大，使人们在使用空调时仍不断感受到冷热的变化。此外，压缩机的ON/OFF控制方式及空调器自身的结构特点使室内机的输出与压缩机的输出相比有一定的滞后性，而且压缩机处于全开或全关状态，其制冷(热)量也对室内温度有较大影响，这些势必影响空调的温度控制精度和舒适性。变频模糊控制空调器将传感器测定的实际环境状态和空调系统状态与人们所期望达到的设定状态进行比较，通过模糊逻辑控制技术使空调器控制系统具有自调整的智能特性，从而得出最佳的动态控制参数，并对空调器的变频电源及各执行单元实施控制，使空调器的工作状态随着人们的要求和环境状态的变化而自动变化，始终保持在较合理的状态下变频模糊控制空调器对室外机的要求是，压缩机能根据室内需要的冷(热)量不同，连续地、动态地、实时地调整其制冷(热)量。
正由于变频空调器具有这些优点，世界各国厂商都竞相开发研制，但目前技术比较成熟的国外厂商的产品普遍存在价格比较高的问题，而国内的变频空调技术尚不够成熟。由于国外厂商交频空调器的技术封锁，而近年来工用、商用、民用空调需求不断增加，特别
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是需求成高档化，所以需要国内自行研制性能可靠、运行更加平稳、功能更强、节能显著、噪音小、污染少的
变频空调器，并使其能够进入普通消费者的家庭，这就是本课题的背景。 本实训题目自拟。意义在于：
1)传统的空调器是当温度达到所要求的范围时就停转，超出范围时就重新启动。工作过程中反复启停，产生峰值电流，造成污染。采用先进可靠的变频技术后，可随时调整压缩机转速，避免了频繁的起停，消除压缩机启动时的尖峰电流，减少对电网的污染。 (2)传统的空调器不管外界温度如何，始终保持同一转速。而变频空调则采用先进的模糊控制技术，根据需要改变转速，温度波动小，感觉舒服，运转更加平稳，降低噪音。 (3)由于近年来能源供应形势相当严峻，使人们普遍关注节约能源， 有效利用能源。变频式空调真正符合节能要求，今后必将取代传统空调。
(4)温度控制器应用领域广泛，可以被广泛用到工农业生产、科学研究和生活等各种领域。 (5)利用模糊控制技术解决由于控制对象尺寸变化大、温度特性差别大出现的不稳定状况。 (6)通过改良控制算法，使系统具有很强的鲁棒性和控制稳定性。
1.2 空调器控制技术发展概况
1.2.1 在空调器控制技术发展概况
空调器的电气控制技术是涉及很多学科在内的一项综合性技术。从传统的开关控制发
展到现在的变频控制，以及模糊智能技术的应用，空调器的性能有了很大的提高。 从空调器的电控系统的发展上看，可分为继电器一接触器控制、分立元件的微电子元件控制和专用微电脑芯片控制三个阶段。
最初，空调器的控制电路大都采用选择开关、继电器和接触器组成。风扇电机的转速由手动的转换开关直接选择进行控制，转换开关接通不同的触点，风机上相应的转速绕组就得电；压缩机也是由一个简单的转换开关控制电路控制启停，只是增加了手动的调温开关和冷热切换开关。当转换开关在制冷位置时，由调温开关控制压缩机的得电与失电，进行制冷；当转换开关在制热位置时，由调温开关控制电加热器的得电与失电，进行制热。所以，这种控制方式功能简单，而且使用起来不太方便。
20世纪90年代初，在继电器--接触器控制线路的基础上利用电子技术，发展了采用集成电路和分立元件相结合的电控线路，这种电控系统中，压缩机、风机等负载仍采用继电
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