变频空调室外机驱动控制系统设计
《单片机与嵌入式系统应用》2011年总目次
ｃ Ｎ 协议 的错 帧漏 检率 改进 …… …… …… ・ Ａ …… …… …… …・ ・杨福 宇（ ． ） ９ ８
☆ 业 界 论坛
谈 嵌入 式 系统会 议现 状 和发 展 … …… …… …… … …… …・ …・ … ｔ何小 庆 （ ． ） １１
嵌 入式 系统 定 义探讨 … …… …… …・ …… …… …－ －张玢
一
孟 开元
胡航 宇
田泽 （ ． ） １ ６
耿东 睨 （ ． ） １９
嵌入 式 系统 芯片 的软硬 件协 同仿 真环 境设 计 …… …… …… …… ・ …… ……・ ・
… … … … … … … … … … … … … … … … … …
… ・… … … … … … ・… … … … … … … … … ・
基 于 Ｚｇ ｅ 技 术 的公共 时 钟系 统的 构建 …… 王波 吕俊伟 ｉ ｅ Ｂ
基 于 Ｍｉ ｏ ｌ ｅ 核 的嵌入 式 系统设 计 …… 单 超 ｃ ｂａ 软 ｒ ｚ 王萍
于振涛 （ ． ５ ３ １）
朱 爱 民 等（ ． ８ ３１）
… … … … … … … … … … … … … … …
无 线传 感器 网络 中的 Ｌ Ａ Ｅ ＣＨ算 法分 析与 设计 … …… ・ ・ 世武 ・徐
王申良
李 良光
梅静 静 等（ ． ２ ３２ ）
基 于 Ｌ Ｃ １ １的实 时时 钟控 制设计 … ……・ Ｐ ２３ …… ・ ・吴怀 明 童子 权（ ． ５ ３２ ）
徐超 坤
朱婷
李 威宣 （ ２ １ ） １ ． ５
基 于 Ｚｇ ｅ 技 术 的物联 网开发平 台构建 … ……… … …… …… …… …… …… ｉ ｅ Ｂ
课程设计报告空调温度控制系统设计Word
课程设计课程设计名称：空调温度控制系统设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计地点：课程设计时间： 2008.12.29-01.04计算机控制技术课程设计任务书摘要近几年，随着人民生活水平的逐步提高，居住条件也越来越宽敞；另一方面，环境保护运动的蓬勃发展，也要求进一步提高制冷和空调系统的利用率。
此外，人们对舒适的生活品质与环境愈来愈重视，要求也愈来愈高，不仅对室内温、湿度提出了较高的要求，也希望室内环境趋于自然环境。
综观空调器的发展过程，有三个主要的发展阶段：(1)从异步电机的定频控制发展到变频控制。
(2)从异步电机变频控制发展到无刷直流电机的变频控制。
(3)控制方法从简单的开关控制向智能控制转变。
随着对变频空调器研究的日渐深入，控制目标逐渐从单一的室温控制向温湿度控制、舒适度控制转移;控制方法从简单的开关控制向PID控制、神经网络控制、专家系统控制等智能控制方向发展。
由于神经网络控制和专家系统控制实现难度较大而且效果不一定很理想，因此本设计采用PID控制算法。
本设计从硬件和软件两方面完成了空调的温度控制系统，主要是以PIC系列单片机为核心的控制系统设计，采用PID控制算法，即通过A/D转换器将温度传感器采集来的温度数据送入单片机，单片机将采集的数据与设定温度相比较决定压缩机的工作状态，单片机通过对制冷压缩机的控制，调节压缩机的转速，实现了空调的制冷。
空调的硬件电路只是起到支持作用，因为作为自动化控制的大部分功能，只能采取软件程序来实现，而且软件程序的优点是显而易见的。
它既经济又灵活方便，而且易于模块化和标准化。
同时，软件程序所占用的空间和时间相对来说比硬件电路的开销要小得多。
同时，与硬件不同，软件有不致磨损、复制容易、易于更新或改造等特点，但由于它所要处理的问题往往远较硬件复杂，因而软件的设计、开发、调试及维护往往要花费巨大的经历及时间。
对比软件和硬件的优缺点，本设计采用软硬件结合的办法设计。
变频调速系统设计与调试实验报告
金华职业技术学院JINHUA COLLEGE OF VOCATION AND TECHNOLOGY变频调速系统实验报告专业电气自动化技术班级自动化092学号200931010350217姓名周望敏指导教师黄敏2012年12月10日项目一变频器参数设置一、任务描述了解三菱A7000变频器的特点和主要功能，能设置变频器的工作模式、运行频率和多段速运行等参数。
二、训练目标1．了解三菱A7000变频器的主要功能；2．能设置变频器的工作模式；3．能设置变频器的运行频率；4．能设置变频器多段速运行的频率；5．能对出现的问题进行分析和讨论，通过共同协作完成规定任务。
三、实验过程四、小结项目二变频器驱动电机运行一、任务描述变频器带一台电动机，通过变频器控制电机的启动和停止，在变频器上改变变频器的输出频率，从而改变电机的运行速度。
二、训练目标1．理解变频器的输入和输入端子功能，能正确的接线；2．能通过变频器控制电机的启动和停止；3．能通过变频器控制调节电机的转速。
三、实验过程(画出主电路和控制电路，简要说明工作原理)四、小结项目三工频运行和变频运行切换一、任务描述设计一个能实现电机工频运行和变频切换的控制电路，要求能控制电机的启动和停止，并且可以实现工频运行和变频运行的切换。
工频运行时三相交流电源直接接入电动机；变频运行时，由变频器带动电机运行。
二、训练目标1．能使用PLC和变频器，正确地安装和接线；2．能编写PLC控制程序；3．能对出现的问题进行分析和讨论，通过共同协作完成规定任务。
三、实验过程(画出主电路和控制电路，简要说明工作原理)四、小结项目四工业洗衣机变频控制系统的设计一、任务描述设计工业洗衣机变频控制系统，要求如下：（1）洗衣机有强洗和弱洗的工作方式；（2）强洗的工作频率如下：低速正转（30Hz）→高速正转（45Hz）→低速正转（30Hz）→反转（40Hz）；（3）弱洗的工作频率如下：低速正转（10Hz）→高速正转（20Hz）→低速正转（10Hz）→反转（15Hz）。
直流变频空调控制方案
②直流变频： 直流变频压缩机属于同步控制，时刻检测压缩机转子位置，并依据压缩机转子位置进行实时调节，控制压缩机频率。 压缩机采用无刷直流电机（120°）或永磁同步电机（180°），则变频就是直流变频。如果采用交流电机，则变频就是交流变频；另外，全直流变频是指压缩机、室内外风机均使用直流无刷电机，部分直流指只有压缩机使用直流无刷电机。
软件设计方案
PART 1
滑膜观测器磁通估计
速度计算
交轴PI调节器
开环闭环切换
IPARK逆变换
速度环PI调节器
SVPWM 波形发生器 CLARK逆变换
软启动
SVPWM 底层驱动
直流变频空调主要部件的作用1
直流变频空调主要部件的作用2
普通空调器采用毛细管调节制冷剂的流量，它的流量调节范围较小，仅适用于小型制冷系统，对于变频空调器来说，压缩机转速变化范围宽，要求制冷剂供液量的调节范围就越宽，而且调节反应速度要快。
电动式膨胀阀分直动型和减速型，目前多采用直动型四相脉冲步进电机(最高工作压差为2.75 MPa、l2V、垂直放置、流动方向可逆，焊接时阀体温度不能高于120℃)，当脉冲电压按一定顺序作用到电机线圈上，电机正反转，以带动针阀上升或下降，调节电子膨胀阀的流量。
直流变频空调与传统定频空调区别：
直流变频空调与交流变频空调区别一：
压缩机区别 直流变频空调和交流变频空调采用的压缩机电机，原理上都是定子产生一个不断旋转的圆形旋转磁场，利用定子、转子电磁间磁场力相互作用产生转矩不断推动转子转动。
交流变频产品与直流变频产品主要区别在压缩机和控制系统两部分：
交流变频： 压缩机采用交流电机驱动原理：采用交流变频压缩机，通过定子、转子之间的磁场的相互作用使转子旋转。但其特别的设计使得可以在较大范围内通过改变电源的频率和电压来改变电机的转速； 特点：相对于定频空调而言，交流变频空调具有制冷制热快速、控温精确的特点。但交流变频压缩机的运转是靠定子绕组上通过的电流和转子绕组上的感应电流形成的磁力线的相互作用实现的，因此转子绕组有电流通过，产生电能损耗。其成本比直流变频空调要低很多。
空调控制系统设计毕业论文
空调控制系统设计毕业论文1 绪论1．1 论文的研究目的和意义随着能源的日趋减少，大气污染愈加严重，节能已是一个不容忽视的问题。
众所周知，空调正朝着节能、舒适、静噪于一体的方向发展。
如变频空调，它刚一问世，就显示出强大的生命力；家用中央空调将全部居室空间的空气调节和生活品质改善作为整体来实现，克服了分体式壁挂和柜式空调对分割室的局部处理和不均匀的空气气流等不足之处。
通过巧妙的设计和安装可实现美观典雅和舒适卫生的和谐统一，是国际和国的发展潮流。
可以预料，下世纪的空调将会以更快的步伐向前发展。
目前空调已经广泛地应用于生产、生活中。
随着电子产品的快速发展，单片机的应用领域相当广泛，几乎很难找到没有单片机足迹的领域。
导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。
微型单片机系统以其体积小、性能价格比高，指令丰富、提供多种外围接口部件、控制灵活等优点，亦广泛应用于各种家电产品和工业控制系统中，在温度控制领域的应用也十分广泛。
空调的主要功能是改变室温度。
本文将初步的讨论单片机与空调的结合，用单片机控制实现空调的各项基本功能。
1．2 空调的概述“空调”(room air conditioner) 即房间空气调节器，是一种用于给房间(或封闭空间、区域)提供处理空气的机组。
它的功能是对该房间（或封闭空间、区域）空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求。
由被称为制冷之父的英国发明家威利斯·哈维兰德·卡里尔（有的地方译作开利）于1902年设计并安装了第一部空调系统。
按外形分类可分为窗式、分体挂壁式、分体立柜式、吊顶式、嵌入式、小型中央空调等。
1．2．1 空调的基本功能说明（1）电辅助加热市面上的冷暖空调分为普通冷暖空调和带辅助电加热冷暖空调，而带辅助电加热冷暖空调又分为采用电阻丝发热的和采用PTC 材料发热的冷热空调。
空调器室外风机反向发电问题的解决方法
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维普资讯
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Ｃ Ｕ进行 Ｐ 运算 ， Ｐ Ｉ 调整 Ｐ ＷＭ信号来调节风机的压频 比 ， 而 控制 风 机 的正 常运行 。 由于空 调 的 室外 风机 从 只能允许单方向的运行 ，因此在起动时必须通过 Ｄ Ｍ 管脚上的信号来判别 电机运转方 向， 保证风机不会反
Ｒ ３可 以对 Ｐ ２ ＷＭ 的调 制频 率 进行 设 定 。外 部控 制 器
通过隔离光耦 把速度控 制信号作为速度给定输人到 Ｅ Ｎ ０ ２的 １ Ｃ ３２ ３脚 ， 芯 片则通 过 １ 此 ４脚把 电机 的运 转
频 率信 号 以脉 冲 的形 式反 馈 给控制 器 。为 了提高 可靠
１， Ａ 此芯片就会 自动封锁 ６ Ｐ 路 ＷＭ信号 ， 产生过流保 护， 停止驱动无刷直流风机 。 无 刷直 流风机 选用 松 Ａ Ｓ ９ Ｋ ２ ８ Ｒ 一 ９ Ｋ １ Ａ电机 ， 风 此
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● … …
摘 要 ： 设 计 了一种 直流 变频 空调 室外 风机 的控 制 电路 ， 对 沿海 风 大 ， 针 风机 容 易反 向发 电的特 点 ， 对该 电路 的保 护进 行 了改进 ， 给 出了室外风机 的驱 动程 序 流程 。 并 关键 词 ： 直流 无刷 风机 ； Ｅ Ｎ３ ２ 片 ； 反 向发 电 ； 驱 动程序 Ｃ ０ ２芯
维普资讯问题 的解 决 方法
赵 金 云 ， 王本 强
（ 岛开发区职 业中等专业学校 ， 青 山东 青岛 ２ ６ ５ ） ６ ５ ５
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变频空调原理图
变频空调原理图
变频空调是一种智能节能的空调系统，它通过调节压缩机的转速来实现室内温度的精确控制，从而达到节能的目的。
变频空调的原理图如下所示：
1. 压缩机，变频空调的压缩机采用变频驱动技术，可以根据室内温度的变化实时调节转速，从而实现能耗的最优化。
2. 蒸发器和冷凝器，蒸发器和冷凝器是变频空调系统中的两个重要组件，它们通过循环往复的工作过程，实现制冷和制热的功能。
3. 控制系统，变频空调的控制系统采用先进的智能控制技术，可以实时监测室内外温度和湿度，根据用户的设定实现精确的温度控制。
4. 室内机和室外机，室内机和室外机是变频空调系统中的另外两个重要组件，它们通过管道连接，实现室内外空气的循环和交换。
变频空调的原理图清晰地展示了系统中各个组件之间的关系和工作原理，通过对原理图的分析，我们可以更好地理解变频空调的工作原理和节能优势。
总的来说，变频空调通过智能控制和高效运行的方式，实现了对室内温度的精确控制和能耗的最优化，是一种节能环保的空调系统，为人们的生活带来了更加舒适和便利的体验。
商用空调电控系统设计
，
变频 一 拖 多系 统逐 渐 拓 展 到数 码 涡旋 系
列 、变 频 一 拖 多系 列 、水 机 系列 、螺 杆机 系 列 、网络控制 系列 、定频 一拖 多系列等 多款产 品， 目 这些产 品系 列都在市场 中得到应用 。 前
２商用电控 系统基本原理
与常规柜 机 电控 原理 基本一致 。 目前 商用 机型主要 包括嵌 入式 、一面 出风 式、风管 式、 天井 式 、壁挂 式 、柜 式 ，主要 系统 功 能如 图１
时压 缩机卸载 ，掉 电时加载 ；由于电磁 阀的动
作会 十 分 频 繁 （ 电磁 阀寿 命要 求 大 于一 百万 次 ），为 此 设计 了一个 可 控硅 电路 驱动 电磁
定频 一 拖 一 电路 与 家用 空 调机 型 基 本 一 致 ，主要 不同的 电路有 ： （ ） 相序 检测 电 路 ：三 相通 过 电 阻 降 １ 压 ，光 电耦合 器转换 （ Ｃ １ ）输 出成 稳定 的 Ｐ ８７ 方波信号通 过滤波后 到主控 芯片 ，主控 芯片通 过 比较１引言
随 着商用空调 产品的进 一步拓展 与丰富 ，
对 应 配 套的 电控 产 品 根据 整 机产 品的 特 点也 逐 步呈现 出向多联化 、大型化 、智能化 、多样 化等 方面发展 ，产品也从 原来普 通的定 频一拖
一
如果不 正常则通 过Ｌ Ｄ 警 同时输 出故障信号 Ｅ 报
板上 有 两个 １ 位 拨 码开 关 ，其 中一个 为 马力 ６
可 以检 测运行 状态 ，并用 数码管 显示 ，室 内通
摘要 ：本文对数码空调 ，变频空调的电控原理和工艺进行 了讨论 ，针对网络空调的发展 ，提出 电话控制网络和Ｒ ４ ５ ９ ８ 信号控制网络两种类型的商用空调，讨论了数据转换模块和网络功能模 块 ，并在大型空调企业进行了实验论证。
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变频空调室外机驱动控制系统设计
引言随着《房间空气调节器能效限定值及能效等级》强制性国家标准的正式实施，对变频空调整体性能的要求越来越高，低成本、低噪声、高性能已成为变频空调的发展趋势。
而作为变频空调核心部件的压缩机及其室外控制器是提升整机性能的关键。
由于永磁同步电动机具有体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率密度高等优点，且采用正弦波控制方式可提高力矩输出的稳定性和降低噪声，因此被广泛应用在压缩机和风机中。
传统变频空调的室外控制器由功率因数校正(PFC)、压缩机驱动控制、风机驱动控制等电路构成。
其中PFC 驱动采用模拟的专用控制芯片，压缩机与系统控制采用MCU来实现无传感器矢量控制及系统控制，而室外风机采用有霍尔传感器的驱动芯片或者专门的MCU来实现无传感器的矢量控制。
采用多个芯片实现室外机控制，增加了成本，同时降低了系统的可靠性。
本文根据变频空调产品控制系统高性能和低成本的特点，针对PFC和电机驱动的要求优化了室外机控制器的外设，定制了一款通用控制处理单元加专用控制加速器的双核MCU，实现了变频空调的功率因数校正、压缩机和风机的无位置传感器矢量控制、冷媒控制等功能，同时分析了PWM产生，电流、电压等信号的采样方法，提高了室外机控制系统的可靠性、稳定性。
1 变频空调室外机驱动控制系统本文提出的应用于变频空调室外机控制系统主要由一个具有功率因数校正的整流器、两个三相逆变器以及其他控制电路组成，整个系统由定制的双核MCU进行控制。
其中两个三相逆变器用于驱动压缩机永磁同步电机及风机永磁同步电机，一个功率因数校正电路用于实现母线电压的主动控制，其他控制电路用于控制冷媒、环境温度和室内机通信等。
1．1 压缩机、风机驱动控制系统在家用变频空调中，压缩机永磁同步电机处于高温、高压、密封的环境中，必须采用无位置传感器矢量控制。
其位置和转速估算算法主要是基于假定旋转坐标系，。
将假定坐标系下的电机方程式与旋转坐标系下的电压方程相减可得离散化的方程如下：由于采样周期较短，误差被放大，还需要对估算转速进行滤波处理。
依据上述位置估算算法建立无位置传感器永磁同步电机矢量控制系统，。
由于风机驱动电路与压缩机类似，为了节约芯片资源，也采用上述矢量控制系统。
1．2 数字功率因数校正驱动控制系统家用变频空调中全程功率因数校正技术大都采用模拟的专用控制芯片，成本高，应用范围窄，同时也存在控制参数固定、适应范围小的问题。
本文在保证模拟方式全程功率因数校正技术优点的同时，提出了专有的数字功率因数校正技术，其工作原理。
数字PFC的控制目标是使图3中的变换器输入电流ig跟随变换器的输入电压ug的波形，同时又要保持输出电压V。
稳定到给定值Vref。
因此构造如下控制方程组：其中Rs为变换器等效电阻，d为占空比，T为开关周期，um为控制电压。
通过对u1(t)和u2(t)进行比较——当u1(t) 1．3 其他控制系统变频空调主要根据室内需要的冷(热)量的不同，连续地、动态地调节制冷(热)功率，即系统模式控制；为了提高能效，还必须通过电子膨胀阀动态的调节冷媒的大小，即冷媒控制。
2 驱动控制系统的PWM以及信号采样采用单个MCU来控制PFC、两个永磁同步电机以及其他控制需要13路PWM输出和多达12个模拟信号采样。
其中PFC需要1个PWM输出和2个模拟信号采样，每个电机需要6路PWM输出和3个模拟信号采样，另外空调系统需要4个温度采样，而且PFC和电机控制需要实时采样模拟信号，否则引起的延时会导致控制响应速度慢，降低动态性能。
如何分配和管理这3个控制模块的PWM输出以及模拟信号采样比较困难。
针对变频空调器的要求，
对驱动控制系统的PWM设置如下：压缩机电机驱动采用3个PWM模块6个输出通道，并设置为上升一下降计数方式，载波频率为5 kHz(周期为200μs)；风机电机驱动也采用3个PWM 模块6个输出通道，并设置为上升一下降计数方式，载波频率为10kHz(周期为100μs)；PFC采用1个PWM模块的1个输出通道，并设置为上升计数方式，载波频率为20 kHz(周期为50 μs)。
同时针对变频空调的信号采样进行如下设置：由于变频空调系统的温度采样和内部芯片温度采样的实时性要求比较低，需要针对ADC模块的采样处理进行优化设计。
第一，允许每一个ADC通道有不同的触发源；第二，可设置ADC通道的转换优先级。
在功率因数校正中，变换器的电流采样信号受开关噪声的影响，在开关点上经常会出现高频振荡，因此需要通过计算的开关信号占空比确定开关器件的导通时间和关断时间，并根据导通时间和关断时间计算出一个最佳的信号采样点以进行信号采样。
在压缩机、风机驱动系统的电流采样中，由于三相电流对称，因此只需分别同时采样两相电流，同时由于变频空调中采用分流电阻器方式采样，因此在空间电压矢量PWM(SVPWM)方式中的不同扇区分别同时采样不同的两相电流，并由PWM计数器等于零来触发采样，如表1所列。
为了满足电机驱动和PFC控制的需要，还需保证有两个ADC采样保持电路，允许两个信号同时采样，并允许选择不同的两个通道同时采样。
3 定制的双核MCU 针对变频空调室外单元控制的需求，专门定制了变频空调专用的双核MCU，其时钟频率高达60 MHz，并提供7个片上增强型PWM模块，每个PWM提供2个PWM输出通道，且每个模块之间可以设置移相及同步。
高速ADC模块的转换速度为4．6 Msps，即每个信号的采样转换只需要216 ns。
以CPU为核心处理加专用控制加速器CLA的双核结构，各自有独立的总线，可以分别运行不同的控制程序，从而提高系统的安全性。
为了提高整个室外控制系统的集成度和降低元器件的数目，在芯片中集成了更多的片上模块，主要在以下几个方面进行创新性设计：①集成了双10 MHz的片内时钟源，可以通过PLL倍频至60 MHz作为系统时钟，提供给CPU、CLA和其他外设。
这两个时钟源可相互备份，当其中一个失效时，可迅速切换到另外一个，使控制器继续正常运行。
在降低成本的同时提高了系统的抗干扰性。
另外在片内集成了温度传感器检测芯片内部温度，通过专用的算法来补偿片内时钟源的温度漂移，满足了室内机通信等外设对时钟源输出精度的要求。
②集成了3个响应时间为30 ns的模拟比较器和10位精度的片内DAC，比较器的输出可以直接关断或屏蔽PWM的输出，从而可以实现电机、PFC 的保护，提高了过流、过压保护的实时性，减少了电机过流退磁的现象。
③集成了片内电源电压检测电路以及预防控制代码运行出错的监控模块，进一步提高系统的安全性。
4 实验结果图4为基于双核MCU的变频空调室外机控制系统，对其进行了实验验证。
变频空调输入电压为220 V，母线电压设定为350 V，压缩机运行转速为5 280 rpm，风机运行转速为900 rpm，压缩机、风机电机参数如表2所列。
测试结果。
由实验结果可以看出，采用双核MCU实现了变频空调室外机的压缩机、风机、功率因数校正等技术的集成控制。
结语通过分析永磁同步电机矢量控制与功率因数校正技术的原理，并针对新型变频空调双电机控制和数字功率因数校正的需要，定制了专用的双核MCU，并优化片上外设PWM、ADC等设计，实现了单芯片集成的解决方案，并成功应用到变频空调中。
由实验结果可以看出，采用单芯片实现了压缩机驱动、风机驱动、功率因数校正等各种技术的集成控制，在提高系统性能的同时，增加了控制器的可靠性。
本文所提出的基于双核MCU 的单芯片控制系统在格力公司的变频空调产品中得到了推广和应用，获得了显著的经济效益
和社会效益。