【正文】 onditioning Temperature Response在PID算法控制的仿真實驗中，控制結(jié)果幾乎完全依賴于被控對象模型的精確性。只要模型的個別參數(shù)發(fā)生改變，其控制效果差別很大。即便獲得了精確的數(shù)學(xué)模型，、超調(diào)量大。雖然在本實驗中利用了空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，但在常規(guī)模糊控制算法調(diào)試中可以改變模糊系統(tǒng)幾個參數(shù)，固定由專家經(jīng)驗所獲得的隸屬函數(shù)和控制規(guī)則，即不依賴精確的被控對象模型。另外當(dāng)隸屬函數(shù)和控制規(guī)則發(fā)生改變時，控制響應(yīng)發(fā)生較大改變，即常規(guī)模糊控制算法必須依賴合理的專家經(jīng)驗。由常規(guī)模糊控制算法的響應(yīng)圖可以看出，與PID算法控制結(jié)果圖相比，系統(tǒng)超調(diào)量明顯減少，響應(yīng)速度也變快。利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，不僅不需要被控對象精確的數(shù)學(xué)模型，而且其控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)也不依賴于專家的經(jīng)驗，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法即可獲得。其控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度、超調(diào)量明顯優(yōu)于PID算法和常規(guī)模糊算法。通過以上論述可以得出如下結(jié)論：對變頻空調(diào)這樣純滯后、多變量耦合的非線性系統(tǒng)，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊控制技術(shù)相結(jié)合形成新的智能控制系統(tǒng)——模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)，實現(xiàn)輸入變量隸屬函數(shù)的在線自調(diào)整，有較好的模糊預(yù)測及控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻空調(diào)的智能控制。本章通過確定變頻空調(diào)的模糊控制策略，構(gòu)造其模糊控制模型，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)造設(shè)計了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器FNNC和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器NNP。該智能控制系統(tǒng)以溫度偏差、溫度偏差變化率作為輸入變量，變頻壓縮機工作頻率變化作為輸出控制量，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整隸屬函數(shù)和改變模糊控制規(guī)則。MATLAB仿真結(jié)果證實，本文設(shè)計的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器能夠使壓縮機控制精度大為提高，控制系統(tǒng)有了較強的適應(yīng)性和魯棒性，實現(xiàn)了真正的智能化；該控制器模型的設(shè)計方法和實現(xiàn)技術(shù)主要是從實際應(yīng)用的角度出發(fā)的，具有實踐性和可操作性。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第5章　智能變頻空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計第5章　智能變頻空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計本文設(shè)計的智能變頻空調(diào)控制系統(tǒng)分為室內(nèi)和室外兩部分，室內(nèi)部分主要包括室內(nèi)機和遙控器。遙控器采用一定頻率調(diào)制的紅外信號與室內(nèi)接收裝置進行通訊，將用戶的需要反饋給空調(diào)主機。室內(nèi)機負責(zé)將接收到的遙控器信息和室內(nèi)工作情況傳遞給室外機，而后根據(jù)室外機返回的控制目標(biāo)進行相應(yīng)的運行調(diào)整。室外控制單元根據(jù)室內(nèi)控制單元的指令，控制空調(diào)器室外部分的運行，并能夠獨立進行特殊狀態(tài)運行。在本設(shè)計中，室內(nèi)機控制電路主要包括溫度檢測電路、遙控接收及LED顯示電路、導(dǎo)風(fēng)板百葉窗控制電路和風(fēng)機調(diào)速電路。具體來說，室內(nèi)控制電路主要包括以下功能[35~37]：(1)檢測室內(nèi)溫度和室內(nèi)盤管溫度，計算出室內(nèi)溫度變化率；(2)接受遙控器傳來的信號，并判斷用戶要求是否合理；(3)將室內(nèi)各溫度參數(shù)以及用戶要求傳遞給室外控制單元，并接受反饋的目標(biāo)信號，確定工作狀態(tài)的變化；(4)控制室內(nèi)風(fēng)機的運行方式，即進行風(fēng)速調(diào)節(jié)；(5)控制導(dǎo)風(fēng)板的工作狀態(tài)，即調(diào)節(jié)導(dǎo)風(fēng)板的開度大小，從而控制風(fēng)向；(6)控制百葉窗的工作狀態(tài)，調(diào)節(jié)室內(nèi)吹風(fēng)是否擺風(fēng)。本設(shè)計中，室內(nèi)MCU控制板是基于Microchip8位PIC16F877而設(shè)計的，采用40pin封裝。PIC16F877內(nèi)有8K14bit閃存空間，內(nèi)嵌一個2568位的EEPROM數(shù)據(jù)存儲器模塊，有512bytesRAM數(shù)據(jù)閃存空間以及豐富的片上外設(shè)，能夠滿足變頻空調(diào)室內(nèi)機控制系統(tǒng)的需要。 室內(nèi)機控制板示意圖 Indoor Motor Control Panel Schema室內(nèi)機有兩個溫度傳感器，分別用來檢測室內(nèi)溫度及內(nèi)機盤管溫度。室溫傳感器安裝在進風(fēng)格柵下面，用于感知室內(nèi)溫度。室內(nèi)盤管溫度傳感器安裝在室內(nèi)熱交換器的小U型管處，在制冷時用于感知蒸發(fā)溫度或制熱時感知冷凝溫度。室內(nèi)機控制單元每10秒鐘測量一次溫度（每次測量都需要多次采集傳感器信號后求平均值），并將溫度值傳送給室外機。室外機根據(jù)室內(nèi)溫度進行相應(yīng)的模式切換，并采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對壓縮機工作頻率進行調(diào)整。本設(shè)計中，這兩個溫度傳感器均采用NTC熱敏電阻，測量范圍在40℃—120℃左右。在本設(shè)計中，溫度的測量范圍包括室內(nèi)溫度5℃—35℃及盤管溫度5℃—45℃。 溫度測量電路 Temperature Mensuration Circuit該電路的工作原理是當(dāng)溫度發(fā)生變化時，熱敏傳感器的阻值會發(fā)生變化，從而取樣電阻的分壓值會發(fā)生變化，通過測得取樣電阻的分壓值，并建立該分壓和溫度的關(guān)系來獲得溫度值。圖中電容C主要用于抑制NTC電阻的突變或其他干擾；由于傳感器和主板之間的距離較長，所以在傳感器接入PIC16F877處串接一電感以平流而減少干擾。取樣電阻的選取會影響到測量結(jié)果的分辨率。設(shè)計中低溫和高溫區(qū)域的測量主要是用于對盤管和壓縮機的保護，對分辨率要求不是很高。而對室內(nèi)溫度和環(huán)境溫度的測量就需要較高的分辨率。因此，取樣電阻選取熱敏電阻在20℃附近對應(yīng)的電阻值。室內(nèi)機通過與遙控器配套的接收頭來接收紅外信號，而后輸入MCU，根據(jù)遙控器通訊協(xié)議解讀用戶要求，調(diào)節(jié)整機系統(tǒng)的運行。在本設(shè)計中，室內(nèi)機面板上的紅外接收器工作頻率為38K，該紅外接收器將接收到的紅外信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査偷絇IC16F877的RB0管腳上，經(jīng)內(nèi)部電路識別處理后，由RBRBRB3口控制三個LED的顯示狀態(tài)。三個LED燈顏色分別為紅、黃和綠，紅色LED燈表示系統(tǒng)錯誤，黃色LED燈表示保護模式下運行，綠色LED燈表示正常運行。 遙控接收及LED顯示電路 Remote Control Receive And LED Circuit正常情況下，遙控器每2s時間與室內(nèi)機通訊一次。當(dāng)用戶調(diào)節(jié)遙控器時，實時發(fā)生一次通訊，并且不論用戶調(diào)節(jié)的是哪個按鍵，遙控器都發(fā)射整串?dāng)?shù)據(jù)。遙控器發(fā)送的數(shù)據(jù)組成形式是引導(dǎo)碼、發(fā)射碼、字節(jié)、字節(jié)、字節(jié)、字節(jié)和尾碼，其中引導(dǎo)碼也就是類似于室內(nèi)、室外通訊中頭碼的作用，發(fā)射碼類似于命令字，字節(jié)、對應(yīng)遙控器面板上的功能選項，字節(jié)為校驗字節(jié)，它等于前三個字節(jié)之和。由于遙控器發(fā)送數(shù)據(jù)要求較高的實時性，因此它的數(shù)據(jù)接收間隔時間要比室內(nèi)外通訊時短的多。根據(jù)協(xié)議，每550us低電平和600us高電平代表數(shù)據(jù)“0”，每550us低電平和1000us高電平代表數(shù)據(jù)“1”，利用RB0的中斷功能和Timer1定時器結(jié)合來測量脈沖寬度。 遙控器發(fā)射數(shù)據(jù)模式 Remote Control Transmit Model、百葉窗控制電路導(dǎo)風(fēng)板和百葉窗是空調(diào)室內(nèi)機的重要組成部分，與空調(diào)性能密切相關(guān)。它們主要是控制室內(nèi)機送風(fēng)的具體方向，可按用戶需要調(diào)節(jié)到最為舒適的送風(fēng)風(fēng)向。它們的驅(qū)動方式主要是通過兩臺四相八拍的步進電機來驅(qū)動。MCU的四路I/O口輸出特定順序的脈沖信號，經(jīng)過驅(qū)動電路，送到步進電機的四個繞組來進行驅(qū)動，用于對導(dǎo)向板的控制。一般空調(diào)有上下方向的導(dǎo)向板，有些空調(diào)還有左右方向的導(dǎo)向板。 擺頁電機電路 Shutter Motor Circuit本設(shè)計中擺頁電機采用四相八拍的步進電機來驅(qū)動，步進電機的供電電壓為12V。該電路圖只顯示一個步進電機的驅(qū)動，另外一個步進電機的繞組用RDRDRDRD7口驅(qū)動。該電路中，功率放大部分由反相器N1增強單片機RD0口輸出的脈沖信號的驅(qū)動能力，并經(jīng)三極管T1去控制光電耦合器。信號經(jīng)過光電隔離后，再經(jīng)過T2功率管放大，驅(qū)動步進電機的A相。該步進電機的B相、C相、D相分別由單片機的RDRDRD3口進行控制，其功率放大和驅(qū)動電路與A相繞組相同，繞組的通電順序按照AABBBCCCDDDAA方式進行。本設(shè)計中室內(nèi)風(fēng)扇電動機采用的是PG（Program Guidance）電動機，通過遙控器可設(shè)置室內(nèi)風(fēng)機的運轉(zhuǎn)速度，共有高速、中速、低速和微風(fēng)四種模式。風(fēng)機的運轉(zhuǎn)速度還受到設(shè)定溫度與室內(nèi)溫度之差、盤管溫度及運行模式的影響。 風(fēng)機調(diào)速電路 Motor Speed Control Circuit本設(shè)計中室內(nèi)交流PG電機是單相電機，由電容引向起動。電機內(nèi)帶轉(zhuǎn)速測定脈沖發(fā)生器，輸出作為轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的反饋信號。風(fēng)機由光耦驅(qū)動，通過調(diào)整導(dǎo)通角可以調(diào)整輸出電壓，從而達到調(diào)速的目的。PG電機內(nèi)部含有檢測電機轉(zhuǎn)速信號的元件，利用傳感器的磁敏特性，檢測出電機的轉(zhuǎn)速，反饋到PIC單片機。單片機根據(jù)檢測到的實際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速進行比較，通過控制光耦的導(dǎo)通角，改變電機電壓來達到調(diào)節(jié)風(fēng)速的目的。為了能夠準(zhǔn)確調(diào)速，還需要有市電過零檢測電路，以過零點開始導(dǎo)通角的計時。由于PG電機帶有速度反饋的輸出，可以通過測量反饋信號的脈沖間隔而測量出風(fēng)機轉(zhuǎn)速。過零檢測需要相應(yīng)的外部中斷輸入I/O支持。本設(shè)計中使用RB口的中斷功能，風(fēng)機的轉(zhuǎn)速反饋脈沖間隔的測量采用PIC16F877的CCP接口功能，轉(zhuǎn)速的脈沖間隔長度一般從十幾個毫秒到幾十個毫秒。變頻空調(diào)室外機控制系統(tǒng)由以微控制器SST89E564RD芯片為核心的系統(tǒng)控制板、保護電路和智能功率模塊及三相交流壓縮機等組成，包括化霜運行、欠壓保護運行、負荷載保護運行和壓縮機過熱保護等。室外機控制單元主要完成如下功能[38，39]：(1)與室內(nèi)控制板通訊，接受室內(nèi)控制板命令并返回外機的狀態(tài)；(2)室外環(huán)境溫度、盤管溫度以及壓縮機溫度采集；(3)控制室外風(fēng)機的運行；(4)通過IPM模塊對壓縮機轉(zhuǎn)速進行調(diào)整；(5)制熱/制冷控制，即控制四通換向閥的動作；(6)過流、欠壓保護運行； 室外機控制板示意圖 Outdoor Motor Control Panel Schema根據(jù)以上介紹的室外機的控制功能，可以看出室外機在整個變頻空調(diào)控制系統(tǒng)中所處的地位。它不僅要處理室外機自身的功能，如檢測室外機各點的溫度和調(diào)節(jié)室外風(fēng)機、四通閥、壓縮機等的動作，還要與室內(nèi)機進行通訊，獲取室內(nèi)機的信息，再進行復(fù)雜的計算來施行控制和調(diào)整壓縮機的具體動作。室外機控制處理的能力的好壞對整個空調(diào)器的制冷、制熱效果起著決定性的作用。對于變頻空調(diào)，一般運行電壓范圍在160V~260V左右，但是市電電網(wǎng)電壓由于某些不確定的因素，會產(chǎn)生一定的波動。電網(wǎng)電壓的波動會影響到空調(diào)的性能和壽命，所以對電網(wǎng)電壓的檢測很重要。對異常的電壓范圍，要控制空調(diào)器關(guān)機，以保護壓縮機及其他電器部件。 電壓檢測電路 Voltage Check Circuit電壓信號的檢測可以直接在電網(wǎng)的兩端分壓取得，再經(jīng)過DR1整流，CC2濾波，程序中將每次檢測的間隔時間定位10ms。室外風(fēng)機及四通閥均采用繼電器控制方式。MCU通過I/O口發(fā)送電平信號，經(jīng)反相驅(qū)動模塊，送到繼電器的弱電這一側(cè)，來達到控制強電側(cè)電路的接通與關(guān)斷。室外風(fēng)機與四通閥的驅(qū)動電路是一樣的，只是所用的I/O口不一樣。，由反相驅(qū)動模塊的10腳輸出控制信號，控制繼電器K，由K的通/斷來控制室外風(fēng)機的啟/停。，反相驅(qū)動模塊D204輸出低電平信號，K通電吸合，室外風(fēng)機通電工作；，反相驅(qū)動模塊D204輸出高電平信號，K不工作，室外風(fēng)機停機。 室外風(fēng)機驅(qū)動電路 Outdoor Motor Drive Circuit內(nèi)外機通訊是基于UART的異步半雙工通信。通過增加一根通訊線與零線之間構(gòu)成一個電流環(huán)，使用電流驅(qū)動方式來進行數(shù)據(jù)傳送，在兩端由光電耦合器與控制板進行信號耦合，從而增加通訊的抗干擾能力與傳送距離（最長可超過30米）。 內(nèi)外機通訊電路 Outdoor And Indoor Motor Communicate Circuit在該電路中，通訊線的兩端通過光耦進行隔離。光耦外側(cè)部分的電路供電由火線經(jīng)過半波整流后獲得，電壓大約25V。電流環(huán)由四個光耦、零線、通訊線、限流電阻等元件組成，電流的大小調(diào)整為3～5mA左右。電流環(huán)回路上串接有PTC熱敏電阻以防止高壓或大電流的破壞。電流的大小可通過調(diào)整串接在回路上的限流電阻大小或整流后的電壓大小來實現(xiàn)。該電路的通訊速度最高可達到2400bps。通訊時電流必須同時從四個光耦流過，但通訊是半雙工模式，因此需要設(shè)置相應(yīng)的I/O信號以保證通訊的正常工作。在室內(nèi)機發(fā)送、室外機接收的情況下，需要關(guān)閉室內(nèi)機RX中斷以避免室內(nèi)機MCU接受到自己發(fā)送的數(shù)據(jù)（減少中斷），而室外機TX腳需要輸出低電平或者三態(tài)以開啟電流環(huán)回路；而在室外機發(fā)送、室內(nèi)機接收時，需要關(guān)閉室外機RX中斷，同時設(shè)置室內(nèi)機TX管腳輸出端為低電平或者三態(tài)以開啟電流環(huán)回路。變頻空調(diào)器是由變頻壓縮機驅(qū)動的空調(diào)系統(tǒng)，壓縮機通過變頻調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速使壓縮機單位時間內(nèi)的排氣量變化，從而達到改變制冷量或供熱量的目的。在整個變頻空調(diào)的控制系統(tǒng)中，變頻壓縮機占據(jù)著相當(dāng)重要的位置。通常變頻壓縮機主要部件就是交流異步電動機。該電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、堅固耐用等優(yōu)點，本設(shè)計即選用這種電動機?，F(xiàn)在流行的交流異步電動機調(diào)速控制方法可分為兩種：變頻變壓法（VVVF）和矢量控制法。前者的原理相對比較簡單，有20多年比較成熟的發(fā)展經(jīng)驗，因此應(yīng)用得較多，本設(shè)計采用這種方法。要想做到改變交流電源頻率的同時改變其電壓幅值，實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，可以采用SPWM的方法。即用一個低頻正弦波去調(diào)制一個高頻三角形的載波，得到一串等幅不等寬的脈沖，它里面包含有一個基波分量和極少的諧波。改變調(diào)制波的頻率和幅值，就可以改變脈沖串里基波分量的頻率和幅值，也就實現(xiàn)了異步電動機的VVVF調(diào)速。SA4828是美國MITEL公司研制出的一種專門用于三相SPWM信號發(fā)生和控制的集成電路芯片。本設(shè)計利用該芯片設(shè)計變頻器，可以大大簡化硬件電路的設(shè)計和軟件編程。以SA4828作為SPWM信號發(fā)生器，經(jīng)過驅(qū)動電路控制IPM模塊，產(chǎn)生三相變頻電源，配以MCU及轉(zhuǎn)速編碼器，構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，對變頻壓縮機進行調(diào)速控制。 壓縮機控制電路 Compressor Control Circuit在該控制電路中，MCU將變頻器將要輸出的頻率和電壓的控制字寫入到SA4828的控制寄存器中，啟動SA4828。從RT~BB的6個