摘要：本文给出了变频空调总体设计方案和设计参数，并在此基础上给出了包括功率变换电路、开关电源及单片机控制电路在内的电气控制系统的硬件电路设计。根据室内机和室外机功能，给出了室内机和室外机软件框图，压缩机和电子膨胀阀采用模糊控制策略。所研制的电气控制系统，提高了变频空调的可靠性和性价比。
关键词：变频空调；模糊控制；智能化
1前言
空调的根本用途就在于为人们创造一个舒适的环境。随着生活水平的不断提高，家用空调逐渐普及，人们对空调器性能的要求也在不断提高。这种要求将加速新型智能化变频空调的出现。从现阶段看，定频空调由于存在着温度波动大、不新型智能化变频空调电气控制系统的设计，包括总体方案、硬件电路、控制策略及相应的软件设计。
2总体设计方案
所研制的变频式空调器电气控制系统。总体设计方案图如图1所示
图1智能系统结构框图
设计参数为：电：AC220V/5OHz，电压波动范围为160V一260V；室内温度控制精度：士0.50C；压缩机运转频率范围：35 Hz一100Hz；启动频率：20Hz；使用条件：环境温度为一15一+450C相对湿度为45一85 %。此变频空调器采用由变频压缩机、电子膨胀阀、室内外换热器和风机系统构成的可变容量制冷系统。电气控制系统主要实现三大调节功能，即压缩机功率调节、制冷剂流量调节和热交换器能力调节。其中，压缩机功率由变频器调节，制冷剂流量由电子膨胀阀调节，热交换能力由风机调节。用户可使用遥控器或线控器对空调机运行状态进行指令操作。室内机接收到指令后，通过单片机对室内工况进行算法分析、计算，然后与室外机进行通信，最后由室外机单片机发出控制指令，对压缩机、电子膨胀阀、风机等执行机构进行控制调节。此空调器采用模糊控制技术，通过对输人变量进行模糊化处理后，可实现对多变量的动态控制。
3硬件电路设计
硬件电路的设计主要包括：功率变换电路、开关电源的设计，单片机控制电路的设计，温度传感器、压力传感器等检测电路的设计，以及红外遥控器、线控器电路的设计等。
单片机控制电路的设计是变频式空调器智能化的关键，在整个电气控制系统中，它要实现遥控器指令的接收、室内和室外模拟信号的采集、挡风板的驱动控制、风机的驱动控制、室内机与室外机通信、膨胀阀开度和压缩机频率的模糊控制等关键技术。因此，单片机的选择将直接关系到整个电气控制系统的可靠性和变频空调器产品的性能质量。本变频式空调器的电气控制系统中，室内机和室外机均选用MICROCHIP公司最新推出的单片机PIC18F458。这种单片机功能十分强大，硬件资源很多，有多个定时器和多个中断源，片内自带EE-PROM，可以快速擦除和写人程序；而且内置有CAN总线接口，可用于室内机和室外机之间的数据通信；另外，其程序存储器容量较大（2M字节），在编程时可以实现更多的功能而不必担心存储器容量不够。由于片内硬件资源很多，因此选用此单片机可以使空调控制器的外围电路变得简单，同时也可把主要工作放在软件的开发上。除传统的红外遥控器外，另外设计了大液晶屏的线控器，可以与室内机和室外机通信，直接进行整个空调系统的状态设定，并可观测传感器、压缩机等部件的运行状态。
4控制策略
控制策略主要包括压缩机驱动的PWM控制和压缩机频率调节的模糊控制。
4.1 PWM控制
常用的PWM信号生成方法主要有等面积法
SPWM和空间矢量SVPWM。为了改善变频空调的两个重要指标，即噪声和能效比，结合国内外有关研究的最新动态，采用空间矢量SVPWM。它能在较大范围内保持调制波和输出基波之间的线性关系，具有输出相位准确、波形对称、谐波分量小、算法实时性强等优点。逆变器的输出可实现对压缩机转速的无级调速，从而使噪声降低、能效比提高，提高了空调器的性能，实现了高度智能化。
4.2模糊控制
模糊控制技术是当今世界最先进的控制技术之一。由于空调器系统是一个多干扰、参数强祸合、工况多变化、惯性大的非线性系统，难于建立实用的控制模型，因此传统的PID控制策略不适合在空调器中应用。而模糊控制策略恰恰可以避免这个弊端，它可以模仿人的思维方式和人的控制经验，解决对象模型很难确立的问题，达到智能化的目的。采用模糊控制的变频式空调器，可以根据室内的热环境因素自动调节压缩机的转速，不仅为人们创造一个舒适环境，同时也有利于节约电能，延长压缩机使用寿命。
5软件设计
一般室内机和室外机各用一块单片机。软件设计主要包括：系统资源分配，室内机程序编写（包括遥控器程序）、室外机程序编写。 本空调器电气控制系统中，室内机单片机作为上位机，承担主要的控制工作。它一方面要接收遥控器的指令，设定系统的工作模式和状态；另一方面要时刻检测室内工况，同时接收来自室外机的运行状态参数，并通过算法分析和计算，对空调器的运行状态进行控制和调节。其主要功能有：①时刻接收来自遥控器的指令，并按照用户要求控制空调器的运转状态；②用户利用应急开关来控制空调时，进行自动控制；③采集温度等模拟信号；④与室外机进行数据通信；⑤掉电记忆；⑥压缩机的启停保护；⑦DEMO演示功能。
结束语
本文所研制的新型智能化变频空调电气控制系统已通过调试和试运行，大大提高了变频空调的性能。现已与国内某空调生产厂家合作投人批量生产，显示了较广阔的市场前景。
论文作者:成伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：空调器论文; 压缩机论文; 单片机论文; 室内论文; 控制系统论文; 室外机论文; 电气论文; 《电力设备》2017年第34期论文;