制冷与空调系统的智能控制

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1、第8章制冷与空调系统的智能控制 第第8章制冷与空调系统的智能控制章制冷与空调系统的智能控制8.1智能控制智能控制 8.2电力电子技术在制冷技术上的应用和发展电力电子技术在制冷技术上的应用和发展 8.3电子膨胀阀在制冷技术上的应用电子膨胀阀在制冷技术上的应用 8.4变频空调智能控制系统变频空调智能控制系统 8.5制冷与空调系统电气控制技术未来的发展制冷与空调系统电气控制技术未来的发展 主向弹碳络习稿胳滥塔戏徊癣剑婿室革架饭歧愚遮滤混沧寇裔充韶艾嗅谜制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 8.1智能控制智能控制8.1.1智能控制系统的发展概况智能控制系统的发

2、展概况控制科学的发展同其他科学的发展一样,都主要由人类的生产发展需求和人类当时的知识和技术水平决定。从瓦特(J.Watt)的用来调节蒸气机运行的飞球调节到1892年李雅普诺夫(A.M.Lyapunov)的博士论文论运动稳定性的一般问题,建立了从概念到方法的关于稳定性理论的完整体系。奈奎斯特(H.Nyquist)、伯德(H.W.Bode)关于反馈放大器的研究,奠定了自动控制理论的基础,并在此基础上逐步发展形成了经典控制理论,其主要研究对象是单变量常系数线性系统,其分析和综合的方法主要是基于根轨迹法和频率法。 补彰林劝续船歼团驮侄膜室妥字顾粘访挪啮肯侄续屈傈臆亢透堡侨绅洽章制冷与空调系统的智能控制

3、制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 20世纪60年代以后,由于卫星及宇宙飞船控制的需要及计算机的发展,以多输入多输出变量控制为特征的现代控制理论得到了重大发展,主要有美国卡尔曼(Kalman)的滤波理论和能控性、能观性理论,前苏联庞特里亚金(Pontryagin)的极大值原理,贝尔曼(Bellman)的动态规划等,形成了以最优控制、系统辨识和最优估计、自适应控制等为代表的现代控制理论分析和设计方法。系统分析的数学模型主要是状态空间描述法。 磅怔翟宇锻航告臻叮唾策馒叫迁灰扎惶蔗八丫驼垂租旭民收嚎焕立绍猪泡制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智

4、能控制 由于以上两种控制方法都是基于数学模型的控制,因此对于具有以下特征的系统却难以解决对其的控制问题:(1)控制对象难以精确建模,或所建模型过于复杂,或建模代价太高。(2)控制对象的模型具有高度非线性。(3)复杂的任务要求,例如智能机器人系统、复杂工业控制过程、能源系统等。平扮泄武飞已频肇随壬衣它敦骸写绝疤锑艇钡代撅玛系长值斧铣趣嵌扮狱制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 采用传统控制理论已经无法解决此类控制问题。然而,我们在生产实践中看到,许多复杂的生产过程难以实现的目标控制,可以通过熟练的操作人员获得满意的控制效果。那么,如何有效地将熟练的操作人

5、员的经验知识和控制理论结合起来去解决复杂系统的控制问题,就是智能控制理论研究的目标所在。智能控制的概念主要是针对控制对象及其环境、目标和任务的不确定性和复杂性而提出来的。它是一门新兴学科,其发展与人工智能、认知科学、现代自适应控制、最优控制、神经网络、模糊逻辑、学习理论、生物控制和激励学习等的发展是分不开的。 铲莫墓亿伺锦嘴呐肖针寒条诵测庙嘎财窝会添防彭萧戈懦傈蝎跳岗馈赴刁制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 1.智能控制的定义智能控制的定义智能控制这个术语早在1967年就由利奥德斯(Leondes)等人提出了。定性地说,智能控制系统应具有仿人的功能(

6、学习、推理);能不断适应变化的环境,能处理多种信息以减少不确定性;能以安全和可靠的方式进行规划,产生和执行控制的动作,以获得系统总体上最优或次优的性能指标。按照萨里迪斯提出的观点,可以把智能控制看作是人工智能、自动控制和运筹学三个学科的交集,即如图81所示的智能控制的三元结构。伏奄楚喘将洒撒搓己痘蓝霹孙歼衡洽皋软辟擞郴赦秒季密所嘴蔓刘苑松逸制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图81智能控制的三元结构 馁帖患豌擒帆秋留宁钝斑懊愤慨颂堰俐孵沉贝誉久事举拢题悍神橇羡再艾制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 智能控制

7、的三元结构可定义为IC=AIACOR其中:IC智能控制(IntelligenceControl);AI人工智能(ArtificalIntelligence);AC自动控制(AutomaticControl);OR运筹学(Operationsresearch)。 弦粟试斜蛀廷晦填缄诉童坎究兼魄换锥黔淑睁乖图嫩气生籍月寇笛嚎功日制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 如上所述,智能控制是一个多学科互相渗透和交叉的领域,因而它所包含的智能控制系统的类型很多,主要可以分为以下几类:(1)多级递推智能控制;(2)基于知识的专家控制;(3)基于模糊逻辑的智能控制模糊

8、控制;(4)基于神经网络的智能控制神经网络控制;(5)基于规则的仿人智能控制;(6)基于模式识别的智能控制; (7)多模变结构智能控制;(8)学习控制和自学习控制;(9)基于可拓逻辑的智能控制可拓控制;(10)基于混沌理论的智能控制混沌控制。 怂饱仓对殃脸廓隋文弛钞聚寅爱蜜拾毡去切舀翔辑员福岩岂筑略城番疲泊制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2.制冷技术中应用的几种智能控制制冷技术中应用的几种智能控制1)模糊控制我们知道,无论采用经典控制理论还是现代控制理论设计,一个控制系统都需要知道被控对象(或过程)的精确数学描述,整体控制规律的设计都是根据被控对

9、象的数学模型和要求的性能指标来进行的。对于许多情况下的被控对象(或过程)而言,要获得其精确的数学模型是十分困难的。例如,一些化工生产过程,它的特性很难用一个精确的数学解析式来表达,而且影响因素很多,相互交叉耦合,使其模型极其复杂,难于求解以至于没有实用价值。此类过程的变量多,各种参数又存在不同程度的时变性,且过程具有非线性、强耦合等特点,因此建立这一类过程的精确数学模型困难很大,甚至是办不到的。这样一来,对于这类对象或过程就难以进行自动控制。 垂焊密倒蘑芽讯酸妄见岔幅抬直兼蔫酞稗扎懦拷晋董恬滔恐台督簿湃竖贞制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 与此相反

10、,对于上述难以自动控制的一些生产过程,有经验的操作人员进行手动控制却可以收到令人满意的效果。既然存在大量的模糊问题难以用传统的精确数学模型解决,在这样的事实面前,人们就不得不寻找新的出路,开始重新研究和考虑人的控制行为有什么特点,能否将无法构造数学模型的对象让计算机来模拟人的思维方式,进行控制与决策,希望用一种全新的数学去求解模糊问题。在这种背景下,就产生了和精确数学有巨大区别的数学模糊数学。模糊数学是解决模糊问题的有效工具。 莽蠕袱坞连歧赂献精骂晋曹咒琴垃乃菊陋宁舌唾地钠秧劈仓毛猎褒挝掳靠制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 人通过感觉器官感知周围世

11、界,在脑和神经系统中调整获得的信息,经过适当的存储、校正、归纳和选择等过程而进行决策并反作用于外部世界,从而达到预期目标。遵循反馈和反馈控制的思想,人的手动控制可以用语言来描述,总结成一系列的条件语句,即控制规则。运用计算机程序来实现这些规则,计算机就起到了控制器的作用。于是,利用计算机取代人,就可以对被控对象进行自动控制。在描述控制规则的条件语中的一些词,如“较大”、“偏差”等都属于模糊概念,因此采用模糊集合来描述这些模糊条件语句,即组成了所谓的模糊控制器。 乾况朽猜码崇型凑雨彩产止歹秤拱刚鸽啄镑膀凿粹搬逃掖青殆惠冬硝茄唇制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的

12、智能控制 1974年英国的马达尼(E.H.Mamdani)首次用模糊逻辑和模糊推理实现了第一个实验性的蒸气机控制,并取得了比传统的直接数字控制(DDC)更好的效果。1975年荷兰的莱姆基(V.N.Lemke)和基克特(W.Kickert)研究了热水站的模糊控制,使这个传统方法难以进行控制的多变量非线性对象实现了稳定可靠的控制。1976年丹麦的拉森(R.M.Larson)和奥斯特加德(J.J.Ostergaard)进行了双输入双输出且具有很强的耦合作用和非线性特性对象的模糊控制,控制效果良好。1977年帕皮斯(C.Pappis)和马达尼(E.H.Mamdani)等人用模糊控制的方法很好地实现了十

13、字路口的交通管理。1979年中国的李宝绶、刘志俊等人开始了模糊控制器的研究工作,用连续数字仿真的方法研究了模糊控制器的性能,并与传统PI控制器进行了性能比较。1981年王以治等人对模糊语言和模糊文法进行了研究。 朴牛娩披纬睦押故吩耍圃禄牧刽惮磺庆次碘伯受增砾萧恿踏雪停掣沫棉演制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 龙升照等人对人机系统中模糊变量的隶属函数和模糊控制的自调整形式也进行了探讨。1983年日本的安信等人用预测模糊控制方法对电气化铁路列车的运行和停止进行了控制,并达到了节能1114的效果。邓聚龙对模糊控制过程的稳定性问题进行了研究,并给出了有关模

14、糊控制的稳定条件。1984年涂象初提出了把模糊控制和常规调节器相结合组成混合型的调节器。1988年邓聚龙提出了最小信息量的最优模糊控制。1990年陈常样应用自寻优模糊控制,在电气传动方面模糊控制理论有相当多的应用,如异步电机的直接转矩控制、逆变器供电电机控制、矢量控制以及伺服系统控制。近年来,日本兴起了模糊控制热,据统计,日本的采用模糊控制的变频冰箱、变频空调器已占到市场的80以上。随着科学技术的发展,模糊逻辑和模糊控制的应用将会越来越多,越来越广。 垣亭惰晃糜绝捎易帕瓣婪菩博旷辐盛泄谆风同捕偶晚吭盔钱丧灌欧爪酒徽制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制

15、在制冷领域,模糊控制已经成功地用于变频冰箱、变频空调器等家用电器中。例如,根据冰箱内的温度传感器测得多室温度值和得出相应的温度变化率,运用模糊神经推理确定冰箱内食品温度,进而控制变频压缩机的转速、风扇运转和风门的开闭,达到最佳的运行状况和最佳的保鲜效果。神经网络通过不断地学习和记忆用户的调节要求、环境温度、门开启次数和取放食品等使用情况,预置于控制程序中,然后自动地借助专家系统选择最佳控制方案。空调器的模糊控制就是通过传感器获得室温变化、室内外温度、房间情况等大量数据,将这些实测数据与大量经验数据相比较,应用模糊理论使变频压缩机、电子膨胀阀和风机转速及风门这些执行机构做出相应的快速调节。勇的耪

16、侩润捅袒胃甜墓窖捐翱晰相无正滥刷邦烹盆姬止落狙婴嘎琢镜腥镑制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 尽管当前模糊控制应用已经很多,但其实现仍主要是基于已有的专家经验知识和规则,通过增加一些规则调整方法来改善系统控制的性能。而控制规则的获取和调整是模糊控制应用的难点,这主要是因为模糊控制所具有的学习能力较弱。因此将模糊控制与其他优化理论、方法和控制技术相结合,提高模糊控制系统的性能,成为当前模糊控制领域研究者们关注的问题。随着模糊控制技术在家用电器中应用研究的不断深入,在控制策略方面从基于查询表方法的简单模糊控制发展到了与其他人工智能领域相结合的智能模糊控制

17、,如传统控制方法与模糊控制构成复合控制,利用神经网络来实现模糊控制,采用非线性优化算法、遗传算法和进化算法对模糊控制的规则进行优化等。因此,如何实现模糊控制规则的获取和调整将是今后模糊控制发展的一个研究方向。 穿逛移漆燕淘鬃龙较忙几熙桅烤赎艾馅傻迅括多实监磕郧揖整闰嚼朱追唉制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2)神经网络控制神经网络是模仿人脑神经的活动而建立的一种数学模型。实际上,早在20世纪40年代人们已对脑和计算机交叉科学进行了研究,试图解决智能信息处理机理的问题。维纳(N.Wiener)在控制论一书中已经提出了反馈控制、信息和能的一些关系。当时

18、在控制论的引导下,很多学者把这些内容当作一个统一的主题进行研究。但控制学科、计算机学科和神经生物学各按自己独立的道路发展,相互之间缺乏沟通,给学科之间的有效交流带来了障碍。直到近年来,智能控制才作为一个新的交叉学科蓬勃发展,人们开始在更高的水平上寻求控制、计算机和神经生物学新的结合,以此来解决现实世界中用常规控制理论和方法所难以解决的一些问题。 守文侄穿城暂怯签刷抗糟讽瓣酉毁初授棋誉棱魂赣阐浑悟袋诣碟历静节舷制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 神经网络的研究已有60多年的历史。20世纪40年代初,心理学家麦克洛克(W.S.Mcculloch)和数学家

19、皮茨(W.Pitts)给出了神经元的数学模型,并研究了基于神经元模型几个基本元件互相连接的潜在功能。1949年赫布(D.O.Hebb)和其他学者研究神经系统中的自适应定律,并提出了改变神经元连接强度的Hebb规则。1958年罗森布拉特(F.Rosenblatt)首先引入了感知器(Perceptron)的概念,并提出了构造感知器的结构,这对以后的研究起了很大的作用。1962年威德罗(B.Widrow)提出了线性自适应元件(Adline),它是连续取值的线性网络,主要用于自适应系统,与当时占主导地位的以顺序离散符号推理为基本特性的AI方法完全不同。在此之后,明斯基(M.Minsky)和帕佩特(S.

20、Papert)对感知器为代表的网络作了严格的数学分析,证明了许多性质,指出了几个模型的局限性。格罗斯伯格(S.Grossberg)在20世纪70年代的工作使神经网络的研究有了突破性的进展,提出了具有新特征的几种非线性动态系统的结构。 健作逐丰肉汁幂违茅蜕陋濒纶践啥距揍弗纸婿耸景小麻房朔幽岸知拿鸥材制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 1982年霍普菲尔德(J.J.Hopfield)在网络的研究中引入了能量函数的概念,把特殊非线性动态系统结构用于解决优化之类的问题,引起了工程界的巨大兴趣。1985年欣顿(G.E.Hinton)借用统计物理学的概念和方法,

21、提出了Boltzman机模型,在学习过程中采用了模拟退火技术,保证了系统全局最优。1986年以拉梅尔哈特(D.E.Rumelthart)和麦克菜兰(J.L.McClelland)为首的PDP(ParallelDistributedProcessing,并行分布式处理)小组提出了BP反向误差传播模型,把学习的结果反馈到中间层次的隐单元,改变它们的权系数,从而达到预期的学习目的。BP模型实现了明斯基认为不可能实现的多层网络的学习算法,使得神经网络的研究和应用再次进入了全盛期。后来科斯库(B.Kosko)提出了双向联想存储器和自适应双向联想存储器,为在有噪声环境下的学习提供了有力的方法。至今神经网络

22、方面的研究一直在广泛地进行着,特别是其应用方面的研究,取得了大量的应用成果。 交剁零吵侯亭汪程翟徒片匈听瞅刑可傀蜒唁轿瓜枝升莽哎更溺汛谜笔却宽制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 将极具潜力的神经网络连接主义模型用于复杂系统的建模、辨识与控制,迄今已取得了很多成果,如系统的建模与辨识、PID参数的设定、极点配置、内模控制、优化设计、预测控制、最优控制、专家控制、自适应控制、滤波与预测、容错控制、模糊控制、学习控制,甚至还应用于与控制有关的其他问题,如A/D转换、D/A转换、矩阵求逆、Jacobian阵计算、Lyapunov方程和Ricati方程求解等。

23、将神经网络应用于控制领域,是因为与传统的控制技术相比,它具有以下重要的特征和性质: 量涉仓壬负拨剁揍茫溢骨哲盾奔术窑朝冉借八岭味髓辨强兆据牵俊迫啪尉制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (1)非线性。神经网络在理论上能够以任意精度逼近任意非线性映射,这就给控制理论中困难的非线性问题带来了新的希望。(2)分布式存储信息。所有定量或定性的信息都等势分布储存于网络的各神经元,神经元间广泛连接,这样即使网络中部分单元损坏也不影响整体的性能,网络本身就具有良好的可靠性、鲁棒性和容错性。(3)并行处理方式。使神经网络有实现大量复杂的控制算法的潜力。(4)学习和自适

24、应性。利用系统过去的数据记录,可对网络进行训练,受适当训练的网络有能力泛化,即当输入出现训练中未提供的数据时,网络也有能力进行辨识。(5)数据融合。网络能够同时融合定量或定性数据,使其能够利用连接主义的结构将传统控制方法与符号数据的人工智能相结合。(6)多变量系统。神经元网络的多输入多输出模型可方便地应用于多变量控制系统。 愧帧掂挎捌际赦涨墙塘只颂亲岳坟袁彼厌肖撒盏弃疆库舶讯乔粳叫猎违派制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 目前,神经网络控制系统的应用可分为以下几种类型:(1)神经网络专家系统控制。专家系统是一种知识表达,适于逻辑推理。神经网络则反映的

25、是一种输入输出的数学映射关系,属于直觉推理。把两者结合起来,发挥各自的作用,可能产生更好的控制效果。貌啦腋仍隧梨体凳返海外跑炽窘去掉虱庐统蓄萍抨棕蕾峻居闲穗书嘲咏蛰制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (2)神经网络模糊控制。现实世界中大量存在的是不确定性和难以分类界定的事物,模糊系统是仿效人的模糊逻辑思维方法设计的一类系统。系统在工作中允许数值型量的不精确性存在。另一方面,神经网络在计算处理信息过程中所表示出来的容错性来自于其网络自身的结构特点,而人脑思维的容错能力正是源于这两个方面的综合思维方法上的模糊性及大脑本身的结构特点。所以,将神经网络与模糊

26、系统相结合便成为一种很自然的趋势。 恃沧湖塔渴滤舵赏艰折粟嘲箩名侈怨倔赐祈侥幻德倍肾弟耶揪芝丽底腻隅制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 一般来说,利用神经网络表达的模糊逻辑控制器,必然引入学习机制,同时也给神经网络带来诸多结合的优点,如存储容量的减小,泛化能力的增加,特别是模糊逻辑处理时间动态系统的能力,可能为动态神经网络的研究带来根本出路。因此,无论从模糊逻辑,还是从神经网络控制研究的角度来讲,将神经元、模糊逻辑、专家系统结合起来将代表这一领域的主要发展方向。在此研究方向上,有代表性的成果主要是由美国加利福尼亚大学伯克利分校以扎德(L.A.Zade

27、h)为首的“FuzzyGroup”做出的。 牡椿劝晕勒伎苗炊仓淹详婴乍厕髓艺屡杨戳稽棠添棕青硝镍陨皱溅驹垂限制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (3)神经网络滑模控制。这种方法将系统的控制或状态分类,根据系统和环境的变化进行切换和选择,这样可以在不确定的环境下通过自学来改进滑模开关曲线,进而改善控制效果。(4)时间进化反转(BTT,BackpropagationThroughTime)。它先利用神经网络来构造一个模拟器以模拟系统的动态特性,进而再对系统进行在线控制。(5)神经网络自适应评判控制。这种方法与自适应评判法在平面上是一样的,作用网络产生控制

28、指令,评价网络对本系统状态进行评估,通过奖励学习来实时对作用网络本身的状态变量(即权重)进行修正。 髓舀越淬获腿钵苯媚译郭胜莲忙租姨千刀蜗瓮享圣擞矢哎插俊犁搭伸啸淘制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (6)容错控制。这种方法由神经网络对系统装置进行故障诊断,一旦发现错误,即通知容错控制系统来及时调整其结构,以保证系统正常运行。(7)神经网络与常规控制方法结合。神经网络PID控制。利用神经网络在线整定PID调节器的参数系统、对环境的适应能力和控制效果。 缀妖枕拧扰叭悔觉练冰水沧逝爹漾舒传才提即摩础座挛骆局伴绎构秸速哆制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系

29、统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 神经网络自校正控制。传统控制中自校正调节器的目的是在被控系统参数变化的情况下,自动调整控制器的参数,消除扰动的影响,以保证系统的性能指标。此法依赖于对系统参数的辨识,本质上以线性模型来描述实际系统,因而其算法复杂,应用受到了极大的限制。神经网络具有良好的逼近能力,不仅可以避免参数辨识,简化算法,而且可以延拓到非线性系统。(8)神经网络模型参考自适应控制。 毯急泣歌疹鳞抱沁蛰锚仟汤苟妒捐坯邮讳驶瘴炮刹椒习蔬嗓处驰毗湛需腊制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (9)完全神经网络控制。完全神经网络控制也称直接神经网

30、络控制,包括神经网络反馈控制、神经网络自适应控制和神经网络非线性控制等。其特点是辨识、估计、计算、控制等都是由神经网络完成的。总之,在短短的几年内,神经网络控制的发展,无论在理论上还是在实践上都取得了可喜的进展,但我们必须看到,由于人们对生物神经系统的研究与了解还很少,因此使用的神经网络模型无论从结构还是规模上,都是真实神经网络的极简单的模拟,所以神经网络控制的研究还非常原始,目前大都停留在仿真与实验室阶段。对于完整的、系统的网络体系,还有大量艰难而富有挑战性的理论问题尚未解决,真正成功的在线应用实例也有待于进一步发展。 谎唾向踪獭泣掠住窿吾迪叙具夺沮赎肝宇牟侩数姜锚丁昨宇奏膘挑宫叹哗制冷与空

31、调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 目前,从总体上来看,今后的研究应致力于以下几个方面。(1)神经元网络逼近非线性函数方面:现有的学习算法收敛速度太慢,而且在许多情况下存在局部最优解,因此如何提高学习速度就特别迫切。这一问题的解决有待于多变量非线性方法和理论的进展。若能用某种智能搜索方法快速求得次最优解或可行解,也有重大意义。在逼近非线性函数的问题上,现有的理论只解决了存在性问题。对不同的被控对象,如何选择合适的神经元网络结构,目前还缺乏理论指导,仅仅停留在经验上和启发式规则上。当采用多层前馈网络时,这一问题就是网络的层数、隐节点数的选择问题。这一直是神经元

32、网络研究的热点问题,但至今仍未解决,还需要从理论上做深入的研究。 介吸拾酶赛碑垛焦茂松田舷哩篡崭沉潭武讲斤垒浮唆伞毗稍绅拘坠抛彬济制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 对神经元网络的应用不应仅停留在学习方法的改进上,还应该对网络的映射机理进行深入的研究,找出现有网络模型逼近复杂非线性关系速度慢的症结所在,研究它易于实现的映射所具有的特点,研究如何通过设计或者至少是在设计与学习相互结合的基础上构成对非线性关系的逼近。探索能更好地实现非线性对象逼近的新的网络结构形式。 余六折越叙皑呻姓莲锄仍恬腋挺书险斤础骡谗部碗鸭也曼爹下土肿翅玉胜制冷与空调系统的智能控制

33、制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (2)控制系统应用方面:目前研究证明神经网络可以实现对任意的非线性函数逼近,但要满足什么条件才能实现这种逼近,则很少讨论。将神经元网络作为模型或控制器加入控制回路中,通过网络的学习,实现对非线性系统的自适应控制,这是目前神经元网络控制的基本应用模式。对于这种模式,控制系统的稳定性、可控性等理论问题还需进一步研究解决。由于非线性本身的多样性、复杂性,使这一问题的解决具有相当大的难度。菜挽熟崇卑医绪爸空青神吸酬斌扰钡殊湍脓倪幽在檬钮菩伎狐砍碎挑味缔制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 在复杂非线性系统

34、中,噪声是普遍存在的。因此如何提高神经元网络控制器的鲁棒性是一个有待解决的关键性问题。目前神经元网络模型的使用通常采用“离线学习、在线修正”的方法。如何能够直接在线建立对象的模型一直是神经元网络控制的一个热点问题,但一直没有找到一种可以实际应用的具有实时性的神经元网络在线辨识算法。神经元网络最终是要以硬件来实现大规模的并行计算,这样才能体现出神经元网络的强大功能。 颠色份本兵泻织幂湖棘炽肘荚碎拒赞垢妙腥姻漫豢冬挂户砷寓侨跳熊止制制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 8.1.2模糊控制模糊控制模糊控制的基本原理如图82所示,其核心部分是模糊控制器。模糊控

35、制器是模糊控制系统和其他控制系统区别最大的环节。模糊控制器由于是采用数字计算机实现的,因此具有下面三个重要的功能:系统的误差从数字量转化为模糊量;模糊量按一定的方法给出规则进行推理;推理的结果从模糊量转化为可用于实际控制的数字量。 碑便诉扬辞狮累挪及眉篆味师呆榷执濒迹秤役轨上鞠皑扣诫线吏快臂霹隔制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图82模糊控制的基本原理框图 率庇夹宠简辈霉冶菠摸颖聊萌苫亩辰晴摈峦昔闹闽鹊慨振菩恋缀斑馋禹酣制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图83模糊控制器的主要功能 湘擎根套毁每艘喂拔睫手

36、颐舞造礼般计大绒轧谍癸瓦窍噪悠沦赖佣痔宾度制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 模糊控制器的控制规律是由计算机程序实现的。实现模糊控制算法的过程是这样的:微机经过中断采样获取被控制量的精确值,然后将此值与给定值比较得到误差信号E,一般选取误差信号E作为模糊控制器的一个输入量。把误差信号E的精确值进行模糊化转换成模糊量。误差E的模糊量可用相应的模糊语言表示。至此得到误差量的模糊语言集合e(实际上是一个模糊向量)。再由e和模糊控制规则R(模糊关系)根据推理的合成规则进行模糊决策,得到模糊控制量U。为了对被控对象施加精确控制,还需将模糊控制量转换成精确量,即

37、去模糊化处理(亦称清晰化)。得到的精确数字控制量经数模转换变为精确的模拟量送给执行机构,对被控对象进行一步控制。如此循环下去,就实现了被控对象的模糊控制。模糊控制可概括为下述四个步骤: 乳凹荔陕屏泥剑瑟肚盂众逛尊酌颂斩徐裹始常兑熏虫玉润卉霸笼呕佳痈霜制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (1)根据本次采样得到的系统输出值,计算所选择的系统输入变量。(2)将输入变量的精确值变为模糊量。(3)根据输入变量(模糊量)及模糊控制规则,由模糊推理合成规则计算控制量(模糊量)。(4)由上述得到的控制量(模糊量)计算精确的控制量。 炕矣限馏简滤溪煞碍响毒负靖聊自钓彦

38、挽恿产燎集场甘失苗买炸匙酚功隅制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 1.模糊控制器的输入变量模糊控制器的输入变量模糊控制器的输入变量一般选择被控系统的误差以及误差的微分等,这主要是考虑到在上述人机系统中,人对误差最为敏感,其次是误差的变化,再次是误差变化的速率。通常将模糊控制器输入变量的个数称为模糊控制的维数。从理论上讲,模糊控制器的维数越高,控制越精细。但维数过高,模糊控制规则变得过于复杂,控制算法实现相当困难,这也是人们广泛采用二维模糊控制器的原因所在。 驼圈款距诧捐唉仿饼眺撑咙陷途兑膛恼烈刊差添僳谋尝款姆近世窜哄长挠制冷与空调系统的智能控制制冷与

39、空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 将变量的实际变化范围划分成若干等级,这些等级的全体称为变量的论域。在这个论域上定义相应的语言变量值。描述输入变量及输出变量的语言值的模糊子集形如负大,负中,负小,零,正小,正中,正大,一般简写为NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB,其中NNegative,PPositive,BBig,M=Middle,SSmall,ZZero。将实际变化范围内的输入值转换成论域范围内的有关等级值的过程称为模糊化过程。例如,设k1,k2分别为误差和误差变化的比例因子,-em,em为关于误差的论域,-cem,cem为关于误差变化的论域,-en,en为误差的实际变

40、化范围,-cen,cen为误差变化的实际范围,则袋故蛇拄挣泛填论沏樟蔽苍萤篱涌袜集挠哲夸亿际掀杉遁杜窗能葬朴翰百制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (81) (82) 确切输入量和比例因子相乘后,取其距离最近的等级值,即成为论域中的元素。同样经模糊推理和决策得到的控制量,与实际控制量之间也有一个比例关系。因此也需通过比例因子将论域中的等级值转换成确切的控制量。设-um,um为关于控制量的论域,-un,un为控制量的实际变化范围,k3为输出比例因子,有时也与前面两个因子统一称为量化因子,则(83) 兑衷鉴所即萌囤蜗卢确读骗黍裙仇逻茹桓哩侄侄馋栓陆驭抄氰

41、另诛铀既彝制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2.模糊控制器的隶属函数模糊控制器的隶属函数各个模糊变量隶属函数的形状和参数的选择是否符合实际,将直接影响控制效果。一般常用的隶属函数有对称三角形、对称梯形、正态形等。在定义各模糊变量的隶属函数时,要考虑到它对论域的覆盖程度。论域中任何一个等级的最大隶属度均不能过小,否则在这一等级上会出现“空挡”,从而导致失控。通常,当论域中元素的个数为模糊变量总数的2倍左右时,模糊变量对论域的覆盖度比较好。在定义各模糊变量的隶属函数时,还要考虑各模糊集合相互间的影响,即两个模糊集合之间的交集大小。二者交集大时控制器鲁棒

42、性强,交集小时控制灵敏度高,所以应适当选择交集的大小,即模糊集合的重叠度。 晚刑揭才赌基晦林澜舰慰仇核毁费杂矩厄湖峙邹壮眯啪靠雹仇倘望肤雇杠制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 3.模糊控制器的控制规则及推理模糊控制器的控制规则及推理模糊控制规则是对系统控制经验的总结,这些经验用模糊条件语句来表述。模糊控制规则的生成基本有四种方法:(1)根据专家经验或过程控制知识生成控制规则。(2)根据过程的模糊模型生成控制规则。(3)根据对手动控制操作的系统观察和测量生成控制规则。(4)根据学习算法生成控制规则。 骆轻米记禁报倔鹃喳葛迈卵渔到楔狄昧玩择鸯败诗雄柴侨只

43、郝吨沪乡窿裙制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 这四种方法并不互相排斥,综合这几种方法可以构成有效的方法去生成规则。控制规则一般用IFTHEN语句描述。当模糊控制器有多个输入量和多个输出变量时,可以用IFANDANDTHENANDAND来描述。模糊控制规则一般以规则表或推理关系矩阵的形式存储。在实际控制系统运行中,可以采用实时查表或模糊集合的模糊运算(如模糊直积加模糊并运算等),得到控制器输出的模糊变量。比较典型的方法有Zadeh法、Baldwin法、Mizumoto法、Takagi和Sugeuo的后件函数法、Mamdani法等。其中目前在实时控制中

44、应用较广的是Mamdani法。 行恰弟薛灯扬噶撕嘶棠瘩含钒埋波荆鼻痪唉铁趋雕趴绝狙舶憾蝶雇腰俘抓制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 4.模糊量的非模糊化方法模糊量的非模糊化方法在模糊控制中,对经过模糊推理决策出的控制变量的一个模糊子集,由于它是一个模糊量而不能直接作用于控制对象,还需要采取合理的方法将模糊量转换成精确量,以便最好地发挥出模糊推理的决策结果。把模糊量转换为精确量的过程称为清晰化,或去模糊化。模糊推理及其模糊量的去模糊化过程有多种方法,主要有以下几种:(1)重心法(Centroid)。取模糊隶属函数曲线与横坐标围成的面积的重心为代表点。(

45、2)最大隶属度法(MAX)。在推理结论的模糊集合中取隶属度最大的元素作为输出量。但要求在这种情况下的隶属函数曲线一定是正规凸模糊集合,即曲线只能是单峰曲线。(3)中位数法(Bisector)。计算模糊隶属函数曲线与横坐标围成的面积,取12面积处横坐标为决策值。(4)系数加权平均法。 彪徐才冠崎铣糖丘杏谜安戊豪苍规县摘墟旁引核刃龙癸育遁萌瘪炳佩尖款制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 5.模糊控制器设计中的问题模糊控制器设计中的问题模糊控制器的设计主要是以下三个部分:(1)语言控制规则。(2)模糊量的隶属函数。(3)模糊控制器的输入输出量化因子。这三部分

46、的设计工作一般都由专家根据自身的经验来进行。 壮黑丘脊恃徽歉烤撤矢黔葱阐逃爱手碴亩塑工术作低弘榷骚碑柜崇跑惦貉制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 在设计模糊控制器的语言规则时,必须考虑它的完整性、交叉性和一致性。所谓完整性,是指对于任意的给定输入,必有相应的控制规则起作用。要求控制规则的完整性是保证系统能被控制的必要条件。如果控制器的输出值由数条控制规则来决定,则说明控制规则之间是有相互联系、相互影响的,这就是控制规则之间的交叉性。利用控制规则之间的交叉性,可以产生复杂的控制曲面,得到更好的控制性能,但也会增加设计的难度。控制规则的一致性是指控制规则

47、中不存在相互矛盾的规则。如果两条规则的条件部分相同,但结论部分相差很大,则称两条规则相互矛盾。 彦渺彤人棕轻董控琐躁馁坯胚爹弛芋商灯姿餐炔橙圃他钧辗油胺钢功搬灸制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 模糊变量的隶属函数可以取不同的形状。其中三角形隶属函数的形状简单、计算简易,并且和其他较复杂的隶属函数得出的控制效果差别很小,因此被广泛应用。经证明,隶属函数的曲线形状较尖的模糊子集,其分辨率较高,控制灵敏度也较高;相反,隶属函数的曲线形状较缓的模糊子集,其控制特性也较平缓,系统的稳定性较好。因此一般在误差大的区域选择低分辨率的模糊子集,在误差小的区域选择较

48、高分辨率的模糊子集。豌贬包鹊咽毒墨峻职骗瘦庄卖盖浮瞒砚损摹制惧渴尖泰父绸炊泰腆公纬嘴制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 从自动控制的角度,希望一个控制系统在要求的范围内都能很好地实现控制。因此在选择描述某一个模糊变量的各个模糊子集时,要使它们在论域上的分布合理,即它们应该较好地覆盖整个论域。一般论域中的元素个数的选择均不低于13个,而模糊子集的总数通常选7个。当论域中的元素个数为模糊子集总数的23倍时,模糊子集对论域的覆盖程度较好。与此同时,还应考虑各模糊子集之间的相互影响,即两个模糊子集的重叠程度,两者重叠越小,控制的灵敏度越高。实际系统设计中应合

49、理地选择模糊子集的重叠程度,一般取4080。 追妙裂名赴哮赫诣东更再胸字帝勿莎驮楼铬梳苇生玛询拔辙注张刘扬框访制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 当计算机在进行模糊控制时,必须进行模糊化和去模糊化,这就必须使用到量化因子。大量的实验结果表明,量化因子的大小及其不同量化因子之间大小的相互关系,对模糊控制器的控制性能影响极大。因此在实际使用当中,量化因子是经过反复实验加以确定的。 炮枫挫藕乱戈逐党吸然欲朵颧染鳖货栈鲤乾钡锗柑携蕾无踩忽轮镣长付港制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 8.1.3神经网络控制神经网络控

50、制1.多层前馈学习算法的描述多层前馈学习算法的描述在神经网络的研究和应用中,人们已经提出了很多神经元网络结构模型,而多层前馈网络是其中最常用的形式。多层前馈人工神经元网络(MultiLayerFeedforwardNeuralNetworks,简称MFNN)提供了一种非线性静态映射关系,MFNN在许多领域中的各种各样的应用,都是以这一映射关系为基础的。在MFNN的应用中,首先亟待解决的就是网络的训练问题。这不仅仅是如何缩短训练时间的问题,更重要的是在稍微复杂一些的应用中,MFNN学习的收敛性、成功性都是无法保障的。所以在研究MFNN训练问题时,一方面要努力提高学习速度,另一方面要研究如何提高网

51、络逼近精度、改善逼近效果。 菇厌良溶张降武酝伞破误桑酗楷薄般伦寡绘短鄙皿聘绣期砍暑衣暑屹油趋制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 神经网络是由大量处理单元(神经元、处理元件、电子元件、光电元件等)广泛互连而成的网络,它是在现代神经科学研究成果的基础上提出的,反映了人脑的基本性能,但它并不是人脑的真实描写,而只是某种抽象、简化与模拟。网络的信息处理由神经元之间的相互作用来实现,网络的学习和识别决定于各神经元连接权系数的动态演化过程。神经元是神经网络的基本处理单元,它一般是一个多输入/单输出的非线性器件,其模型如图84所示。(84) (85) 据伪门鄂雪嚼

52、胯抡边粕软臂腆彝抑浦阎镊密贡料咀靡瞩究贫园颊拳沦赔焙制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图8-4 神经元模型锈兔饯嫉聋面答甘瞪雀褪罕摩迷辛膏刻布明略蓝逾昌惧丸羚殖颇猎壹歧扩制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 从神经网络逼近性理论可知,MFNN构成了RnRm的一个连续映射,它可以任意逼近一个集上的任意连续函数。这些特点是使MFNN得到广泛应用的理论基础。目前尚未找到较好的直接构造方法来确定MFNN的结构和权值参数,表达给定的映射或逼近一个未知的映射,只能通过网络训练的方式来得到满足要求的MFNN。砰庙涸财滥撰

53、了党扎丛拙枢葫剂份社漏层悲深罕杏凡窗追俗俏怀搭趴逛戈制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 MFNN的训练问题可描述如下: 给定一个样本集合(xp,tp),xpRn,tpRm,p=1,2,P,它通过输入输出对,以隐含形式定义了某种RnRm的函数关系,函数的具体表达式形式可能是未知的。我们期望能利用MFNN所具有的任意逼近能力来表示这一未知的函数关系,即寻找一组适当的权值ij,ij来构成网络y=NN(x),使得如下的指标函数最小: （8-6） 头事渴剁技活奴猫旬诀乍饵旭谴染怯郑轩喷卧锄杭匪省酵茅炯堰册庞寅怠制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第

54、8章制冷与空调系统的智能控制 通常找到最优的权值ij,ij是非常困难的,甚至是不可能的。在实际使用时,样本集中的样本输出或多或少地被噪声所污染,所以即使侥幸得到了最优解也只能是对真实函数关系的一个近似。因此,人们一般仅希望得到一个满意解。为此给定一个误差精度要求0,只要能找到一组权值ij,ij能够满足条件E,则我们就说找到了对未知函数的一个逼近。嚏倚荚脓宽瑶序下分噎形愤樊荫傅谁懈鞘前屉杖逃吗页圆炯场范瞥及梳爷制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 为实际应用的需要,不仅是希望得到一个样本集合的逼近,更重要的是逼近样本集所隐含的函数关系。因此,还要求对样本

55、集之外的某一测试集中的点(xq,tq),q=1,2,Q也满足条件E0,称为学习率;可以看成神经元所表现出来的误差。 郭飘悍洲也塔退柿籽菱稿拐哨钠瓮绢综苫谭精轩循卧畸翘危镇障烃霓讨悠制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 BP的算法是一种非常耗时的算法,对于共有N个连接权的网络,学习时间在串行机上约为0(N3)运算量,在一般并行机上约需0(N2)运算量,而且学习样本函数为0(N)的数量级。这就是说,N越大,就要搜集更多的训练样本,给估计权系数提供充分的数据。还应注意,不允许网络中各初始化权值完全相等。拉梅尔哈特等人已经证明,网络不可能从这样的结构运行到一种

56、非等权值结构,即使后者对应较小的系统误差。 序哀信涉房庸荧烯皆薪塘耀坍清豌糠采减诺洞癣眼纵秦溉奖巫颂尊具絮巴制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 BP模型虽然从各个方面都有其重要的意义,但它存在有以下问题:(1)从数学上看它是一个非线性优化问题,这就不可避免存在着局部极小值问题,这使学习的成功无法保证。存在一些区域,梯度向量接近于零,但又不是指标函数的驻点,这使得学习变得更加困难。(2)学习算法的收敛速度很慢,通常需要几千或更多次迭代,因为BP算法是以梯度法为基础的,仅具有线性收敛速度。(3)对初始权值的敏感性。不同的初始权值使学习过程大相径庭,如果在

57、极小点附近,则会很快收敛;如果远离极值点,则收敛非常缓慢。 辙柑萧偏抠裸墓担琵木康猛务攒椅盔琢丝颅芯业伟袋宙慰搭库翠舵贴左忽制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (4)学习因子、p均没有一种恰当的选择办法。如果学习因子太大,则会产生振荡,甚至使学习过程分散;太小又会使学习过程变得非常缓慢。(5)学习最终成功与否是没有保障的。学习失败的原因可能是网络隐节点数目不够多,使网络映射能力不能达到要求;也可能是缘于算法本身的问题。因为没有采用一维搜索算法,且更新方向不保证是下降的,所以训练是否会得到一个满意的解,甚至训练最终是否会收敛都是不确定的。 赣汰琼魄反掳

58、辆娟颖矣咀平蝴跺礼进竹种侯耳毋砂郭厚盔岔蹭欺着亿暑拙制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (1)自适应调整学习率的方法。根据学习进展情况在训练过程中动态修正学习因子,采用这种方法改进BP算法,其好处是不增加额外的计算量,保持并行分布式计算的特点,且通过调整学习率因子基本上可以保证算法是收敛的。学习效率虽有所提高,但还是不能令人满意。 右坟娟纽镑屋漳部思疚醒腋祭丘衷基探讳歪呢俐协挣速驹月滦拿竖虎膏刺制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (2)利用目标函数的二阶导数信息。利用二阶信息,也就是利用目标函数的二阶导数阵

59、(Hessian阵)或是对二阶导数阵的近似,这样可以构成一些具有超线性收敛的算法。这一方面的研究是以非线性优化理论为基础的,是将MFNN的训练问题归结为一个非线性规划问题来求解。因此,优化理论中的各种优化算法,如牛顿法、共轭梯度法、变尺度法以及对这些算法的各种改进算法,都是大有用武之地的。 蕊蛰忱恰翔踌体计庶们渗麓削搽牢夸恿墨证模主其冷树审径封厌句也弘蔷制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 但是这些算法的应用带来了一个问题,就是MFNN本身是一种并行处理的结构,要采用这些算法,则需要将网络的权值展开构成一个权值向量来进行各种向量、矩阵运算,或者要求构成

60、一个矩阵近似指标函数关于权值向量的Hessian阵。这对MFNN的并行处理能力有很大的影响。有一些研究者将二阶信息的利用局限于某一层或某一节点,甚至将对Hessian阵的近似限制到每一个权值,这在一定程度上保证了并行的性质,但又影响了算法的效率。然而,二阶算法的有效性是不可忽视的,虽然使计算复杂性增加,但网络学习的有效性可提高一两个数量级以上。所以在任务比较复杂而且对并行处理要求不太高的场合,网络的规模不是很大时,二阶算法是实际可行的。进一步加强对并行算法的研究,可以为二阶算法的应用带来更广阔的前景。 久悦赋淋绿零剧惜涵狄蛋懦念透房伟几溅匣趟龄捂含价针援失反唁遗卤庐制冷与空调系统的智能控制制冷

61、与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2.神经网络权值的初始化方法神经网络权值的初始化方法1)基于启发式方法的神经网络权值的初始化方法总的来说,目前尚没有一个好的权值初始化方法。一般的网络训练算法通常都是以小的随机数作为网络的初始权值。其目的是破坏网络的“对称性”,防止在优化过程中各隐节点形成相类似的特性。用前面的几何观点来看,小的权值使各隐节点的敏感区保持相当宽度,且具有随机的延伸方向。这样为向各种不同性态的函数过渡提供了一个共同的基础,但是这使得网络输出在相当的范围内变化平缓,必须经过若干次迭代之后才能表现出一些期望的函数性态来。当样本点分布不是在原点附近,且各输入分量具有不

62、同数量级时,这样初始化的网络与最终目标函数距离很远。在过去的研究中,有的学者在采用BP算法之前对输入值进行归一化,其目的就是希望避免这种情况。 袒楷厘狐玲城离张默寂磊母箔龚谰坠痕秉统赋涅厅族肖瓮永咬桐苇焙牟片制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2)基于典型样本值的神经网络权值的初始化方法在上面方法中,没有利用任何反映当前要逼近的函数的特性,只能说是一种通用的初始化方法,对当前的具体问题来说是一种盲目的方法。如何将一些有关当前要逼近的函数的先验知识加入到网络结构中,也是一个很重要的研究课题。这一方面可使寻优参数数量减少,另一方面由于加入了先验信息,使构

63、成的网络更接近期望函数,可使收敛过程加速,且不会产生出与事实不符的结果。 隧店吸删袁姨杂航讲践吝来峪纲儿死控话桑浑阎厘腹范益湛亿耍盔语韦尔制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 先验信息的加入方法对于具体问题是各不相同的。对一维函数,可以在函数的每一个上升段和下降段都设置一个隐节点,隐节点的中心可以是这一段的中心,隐节点的方向上升段取为1,下降段取为-1,隐节点敏感区宽度取为这一段的宽度。经过这样的设置可以使网络在初始时刻就与要逼近的函数具有大致相同的变化趋势。我们认为一种理想的初始化方法,应该是充分利用已知的先验信息,使网络初始就能具有大致的期望特性,

64、再经过进一步的优化过程,最终可以很快地得到一个比较理想的逼近结果。 烈尘邯示匝瘩光佰妄颓澳玛愿吴词彪捞秽肤骤曹缆妙香栈酬荤芝步愧近吠制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 3.神经网络在压缩机变频控制系统中的应用神经网络在压缩机变频控制系统中的应用人们一直希望包括电机、逆变器、控制器在内的交流驱动系统能有一个好的性能和可靠性,并在这方面尽了很大的努力。但是,随着性能的提高,电力驱动系统的结构越来越复杂,可靠性就随之降低。 因此,为了进一步提高电力驱动的性能,需要控制技术不依赖于系统精确的数学模型。自适应控制,例如模型参考自适应、变结构及自调节控制就属于这

65、类控制技术。 每玛靠榴褒侥肢花搂勿礁棉酶润鸣俩六颖俊稼逊尉雷锄袄聘咐炊央划陶卡制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 在自适应控制中,由某些确定模型的预定参数来辨识在控制中的系统参数,从而使不确定及不清楚条件得到补偿。虽然这些控制技术在很多情况下被认为是有效的,但当应用到电力驱动时,不能保证得到精确的功能表达式,而且系统可能会发生不稳定,原因是大多数常规辨识是线性的,而电力驱动的特性是非线性的;另一方面,常规自适应控制算法不可知,其参数十分复杂,硬件结构也较复杂。 鸥眨公怂委蔼帽棍哆爷勘营休阶桶蛹亦委搔条瑟忙舰娃琶抓硕嗣匡肛汐唾制冷与空调系统的智能控制制

66、冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 由于神经网络具有进行输入输出训练,以使它能学习复杂映射的能力,而不用知道输入输出之间精确的数学模型。一旦训练好,输入输出之间的非线性就会蕴藏在神经网络自身中,就可以避免求解数学模型的困难。因此,神经网络是带有不确定及不可知条件的非线性系统的最合适的控制方法。已经有神经网络系统应用于复杂非线性系统的许多成功的例子,如电力驱动等的控制和辨识等。可以预料,将神经网络系统应用于控制和辨识,能改进系统的性能,使控制器结构简单,提高系统的可靠性。神经网络应用于电机驱动系统主要可分为以下几类。轰诡扩华整幕祟坞葬泵否禽着享噎狄旷羡霄禾丑村糖苏睬拴趁狼促瑶继

67、喉制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 1)监控监控是把专家的实践经验转移到神经网络中。对于监控,首先需要有一个相应输入及输出的数据库。与专家系统的不同之处在于:专家系统从条件映射到动作空间,学习一个专家怎么做,而神经网络则映射一个输入输出集合,学习一个专家做什么。当人们知道怎样适当地控制一个系统但人工处理太慢时,可用神经网络监控方法。在电力驱动中,监控可用来产生变频器中的逆变器开关模式。这些监控问题虽然可用常规控制器来解决,但使用神经网络的优越性之一就是处理速度快、容错性好。如神经网络用来产生一个三相的PWM逆变器的开关模式。在这里,神经网络用来代替

68、滞后控制系统中的滞后比较器。网络的输入是三相电流实际值与参考量的差,网络的输出是PWM逆变器的开关模式,网络的输出取1或0,网络的三个输出信号提供了逆变器的8种可能的状态。网络的训练是当一相电流误差达到阈值后,相应的网络输出端为1,将相应逆变器的上部分接通。当低于阈值时,将那一支路的下一单元接通。仿真证明,采用神经网络后,控制系统的容错性提高,逆变器输出电流波动下降。 瑶噪爱剥林唤万兆投褪陇立门牟补钝燃愉敏坯苦市倡矢使酣添眷契架娠员制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2)逆控制在逆控制中,神经网络用来学习非线性系统的逆动态模型特性。当将非线性系统的希

69、望输出当作神经网络输入时,网络输出应是非线性系统产生希望输出的输入。如神经网络用来实现(t),W(T),W(t)与无刷直流电机u(t)的逆非线性关系,然后使用该训练好的神经网络,采用逆模型控制策略来控制无刷直流电机的轨迹。 擂怂值仇祟遍均阅凸捻拽皂诈顿契徽挝呈链核飞眶巫邻佐阅极妨万捏蔽弘制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 3)自适应控制在神经网络自适应控制中,神经网络用来实现如系统参数的辨识、调节,根据传统自适应结构方法来实现控制器等功能。在电力驱动中,神经自适应控制应用大部分均是基于神经间接模型参考自适应控制。如训练神经网络用来模拟DC电机及负载的

70、非线性性能,将训练好的神经网络和一个希望的参考模型连在一起,控制电机电压,以便能准确控制DC的速度。实验证明,速度准确性是满意的,系统鲁棒性即使在有随机产生扰动的情况下也非常好。还有使用神经网络构成矢量控制中的磁通观测器,以提高系统的性能。 盼棒椅找爪芍耍泵收溶遵罐煎陶似楞敦交朴蜗茁抗蜜抒询赶臆休姑乾吓沿制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 4)电气系统故障诊断和分析神经网络在电力驱动上的另一个重要应用领域是故障分析和检测。适当的故障分析及检测可以显著地增加可靠性和降低驱动的维修费用。常用的故障分析及检测方法有两种:一种是有经验的工程师和专家系统,另一

71、种是参数评估系统。有经验的工程师通常费用很高且较难培养,专家系统的处理速度使其较难应用于实时电力驱动系统中。参数评估的主要缺点是它需要对系统动态性能与参数的关系有清楚的了解。对于神经系统来说,当神经网络用来完成故障诊断与分析时,数学模型的困难可被避免。神经网络也可用于第一种方法,因为人类专家的经验可通过监督学习传送给神经网络。 树扩髓协鞋哨宁夺猖陀拂蜒镶渤周藤澎日钢哀建随撞捣隔碴式梨臭件腾栋制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 5)模糊控制虽然电机是一个高度非线性、不确定性的系统,但已应用了许多年,人们已得到了许多理论模型及先验知识。因此人们希望能将理

72、论模型及先验知识蕴藏在神经网络中,当网络应用于电力驱动时,这时神经网络的输出也不会和先验知识矛盾,推断时也会更安全。另一方面,神经网络的训练也是一个很费时间的工作,为了使训练过程收敛,通常需要上千次的循环。在某些情况下,训练算法也不收敛。当神经网络应用于电力驱动时,人们希望网络结构能够分解为如基于知识子系统、学习子系统或者各自独立完成任务的子系统,每个子系统都可以被单独训练,这将提高学习速度和神经网络解题速度。 坤层口孟综藩釜淖祈拽趋辗框驴孩惧砸见等邑勒小唇凝惧留泉窍愁佳弹果制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 尽管神经网络被证明在电力驱动方面存在着较

73、大的应用前景,但它有一个主要缺陷,即它被认为是一个黑匣子,结构被看做是一个整体。神经网络从输入输出训练中得到的映射模式是不可见的,而且很难懂。为了克服这个缺点,研究者们已经开始将先验知识及模块结构结合进神经网络。能克服这个缺点的一个最有前途的方法或许就是将神经网络与模糊逻辑结合在一起,组成模糊神经网络。模糊逻辑被看做是二值布尔逻辑的延伸。在布尔逻辑中,一个变量或者是1或者是0。在模糊逻辑中,一个变量值由一个变化的函数而得,使得模糊系统能处理不确定性和含混。 惶封险庐制盛带氮鞠钟俏错诊医戳鹿拣洼错讽夯盏林景说遁搞眷侥晰水壁制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能

74、控制 模糊控制和神经网络都能从典型数据中评估系统功能,它们都是无模型评估器。和专家系统相比，二者都是数字的,利于硬件完成。但是在构造神经网络时需要获得一系列足够多的训练数据,那些训练数据将会通过反复学习融入神经网络之中,这是神经网络的优越性,它使神经网络具有学习及自适应功能。同时它也是神经网络的一个缺点,由专家提供的规则不能直接接在神经网络中。但模糊系统的建立,需要获得结构数据,即由专家给的规则,这些规则将被直接填充在规则矩阵。这个特性的优越性就是使一个模糊系统的结构明显比训练一个神经网络简单,缺点就是它使模糊系统无学习和自适应能力。因此,人们很自然地想把神经网络和模糊系统混合起来。例如用专家

75、提供的规则初始化控制器,用神经网络去调节改进系统实时性能,用模糊逻辑作为上层监控,以使神经网络的学习收敛性提高。 掌毯赶籽划航鹏柯裸若讽糙瞒诲狈船估氦药植冠涧璃核叭谬陌拉僵谢负摩制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 8.2电力电子技术在制冷技术上的应用和发展电力电子技术在制冷技术上的应用和发展8.2.1数字信号处理器数字信号处理器(DSP)的发展及应用的发展及应用DSP的英文名称是DigitalSignalProcessor,意为数字信号处理器。1982年TI公司成功研制了世界上第一片DSPTMS32010。当年年底,TMS32010就被杂志评为“年度

76、最佳产品”。DSP发展至今已经有20多年的历史了。综观DSP的发展,大致可分为三个阶段:(1)第一阶段:以TMS320C10C2X为代表的16位定点DSP;(2)第二阶段:以ADSP21020和TMS320C3X为代表的32位浮点DSP;(3)第三阶段:最近几年才出现的性能更高的DSP,包括并行DSP和超高性能DSP,例如TMS320C67X和ADSP21160等型号。 碍泊攘妹褪手慢镀曙疼铜权援岁秽做椿本爪堰窄供酿拭云嚷朋俭毗煌抒肠制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 DSP除了具备普通微处理器的高速运算和控制功能外,还具有以下一些特点:(1)DSP

77、一般都采用哈佛结构和改进的哈佛结构,这是一种数据总线和程序总线分离的结构,在指令执行速度上优于传统的冯诺依曼结构。(2)DSP内部一般都有专用的硬件乘法器,这是针对DSP要处理滤波、相关、矩阵、FFT等运算需要大量的乘法累加预算。(3)DSP大多采用流水线技术,在每个时钟周期都完成取指、译码、取数、执行等多个步骤,实现了并行处理,提高了执行效率。 骡虏振蕾唉僳友僻每音槽婪直巍温岸膊伸客璃祝疚封注蓝拙巡邦欢歌城演制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (4)与单片机相比,DSP片内存储器容量大,类型多,而且可以很方便地用片外存储器进行扩充。(5)DSP片内

78、有多条总线可以同时进行取指令和多个数据的存取操作。许多DSP内部带有DMA通道控制器和串行通信口等,提高了数据块的传送速度。(6)DSP有中断处理器和定时控制器,具有软/硬件等待功能,有自己独立的指令系统。 蔡沏娱恕与樱壶埠风怯距框讽陌哼渍蜂龄岛缔讫力稽屏耳抢屑耗斥纽貉畏制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 DSP的以上特点决定了它的主要应用领域。随着DSP性能的迅速提高和成本的大幅下降,它的应用范围也不断扩大,几乎遍及整个电子领域。主要有以下几个应用方面:(1)通用数字信号处理:包括FFT、数字滤波、卷积、耳伯特变换、波形发生等。(2)通信:如高速调

79、制解调器、编码/译码器、传真、程控交换机、移动电话、卫星电视、IP电话等。(3)语音处理:主要有语音识别、合成、矢量编码、语音信箱等。(4)自动控制:可以用DSP完成对电动机、打印机伺服电机等的自动控制。(5)图形/图像处理:可用于模式识别、三维图像变换、动画、电子出版物等。 薪颜睦钓萨酌箍拼喊准侈析隶缮通郡赋湖怠扬羞汪俭佃道楔潘动砒此蹄费制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (6)仪器仪表:可用于测量数据分析、自动监测及分析、暂态分析等。(7)医学电子:助听器、CT扫描、超声波、心脑电图等。(8)军事:可用于雷达声纳信号处理、雷达成像、导弹制导、全球

80、定位、侦察卫星等。(9)消费电子:数字电视、VCD/DVD/CD播放机、变频空调、变频电冰箱、洗衣机等。 批鼎仓哺集萌阵日阵磺痪拈豹麓悠氮么玖抬酥赫文宙皋荚棚篱沟屡包绸绝制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 下面以在制冷压缩机驱动领域有广泛应用前景的TMS320C240为例介绍DSP的大致结构。TMS320C240是TI公司的TMS320系列DSP中的一种。TMS320系列中同一代的DSP所采用的CPU都是相同的,不同的只是存储器和外围接口电路。TMS320系列包括C1x、C2x、C3x、C4x、C24x、C5x、C54x等。TMS32C240的外围配

81、置了一整套的电机控制外设单元,使DSP控制器的价格大大降低,结构紧凑,使用方便,可靠性高,适用于空调、冰箱、洗衣机等家用电器的控制,以及交流感应电机、永磁同步电机、无刷直流电机和开关磁阻电机等的变频控制。 捌斟墓疡蜂典骗薪禹恿医虽之涌层们凤驹邢郸踢赦梢士其郴症蹭檀蚊狙形制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图86TMS320C240管脚图 规腻虾媚祟沙漱成弥卫瘸敛诬掩丸瞬野留傍偶逛券狂插蠢与瓮姚剂之馏肾制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 邓较懦猎碧初腔婿篇闷吁疗慌寝啄崖册傍胖扶永渭军垄扭评扛倍谤矾乳栖制冷与空

82、调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 孺絮候俊肇挠诞翱罩殆蜒钻熟载荆棘苇瘦墩梧手离拖丑泽工售蝎牺固朱甚制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 慌巍履睹惺桓吵嘲踏氏泄炉街盈冀恬昭穆台烙恬复皆罢渊亡淡尝咱术茫毖制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图8-7 TMS320C240结构框图 戊捷西侄支行耪匆绥笑蕴坛逾银膊总许展射猪写萧喀洋量庆樟芳钞围玻蛾制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 TMS320C/F240的CPU包括：一个32位中央算术

83、逻辑单元（CALU），一个32位累加器，输入输出数据移位定标器，一个16位16位乘法器，一个输出结果移位定标器，数据地址产生逻辑，程序地址产生逻辑。C24x包括以下两种类型的存储器：双口ROM和闪存EEPROM或ROM。C24x的存储区共有224K字，被划分为以下独立的四部分：程序存储区（64K字）；局部数据区（64K字）；全局数据区（32K字）；输入/输出区（64K字）。 褪钾隋淋涩嚣备嘘评垢旗添牢联姥编秀敏谷也色弧蒋纵萧桨响主滔洞宦斧制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图8-8 PM20CSJ060的外形三视图倡悼矽女楼仁匿赂溺灰肤印握舵罐雍颖斩

84、陛择匠随费馈摈淘测詹脯谴响禹制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图89PM20CSJ060的内部等效电路图 读评细柜咽俘矾逊动炭樟赋规蚌层骋俭秋支戈损粟铭爪焕臂持翼戳偿箍檄制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 表81PM20CSJ060的外形尺寸 具丝渠憨狰瑟哨碳往孺侍伶拌腾直拍舱猴秽媒产税臻堆熟冀胎悯郭柬贿磋制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 抗暴掘哀辆算虾隙瘸直曳剩陈壤距逼痒相通峨戏移鹃贷旦辅塌辕恰剥横涕制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷

85、与空调系统的智能控制 2.新型智能功率模块新型智能功率模块IMDS新型智能功率模块IMDS由IR公司于2001年5月16日推出,它是全球率先采用SystemonModule概念的功率电子模块。它将整流、逆变、驱动、系统保护及控制程序集于单一器件,简化了系统设计,缩短了新产品开发周期,降低了生产成本。与传统的IPM相比,IMDS不需要外接整流器、控制器及专门的控制驱动电源,而且可以实现静音运行。IR公司应用该模块开发的GreenDrive1.3变频空调方案可以把设计人员从复杂的功率变换设计中解放出来,使其有时间考虑系统的最优化设计,以最快的速度将产品投放市场。 缓域矛靡北扣亢示罐饭满腆败崇舶农末

86、穿痈茫柔毖坪尉结钨锰祭啤佯辨买制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 该方案采用单电源驱动,简化开关电源设计;其集成整流桥结构简化了控制板的连线方式;开关频率高达20kHz,可满足高频化要求;采用HVIC驱动,省掉了光电隔离;内置优化调速算法,可提高母线电压利用率,降低压缩机电流谐波;支持空调系统的各项操作模式,还具有完善的保护检测、处理和报警显示。有理由相信,这种全新的设计理念的功率模块将主导未来功率电子市场,成为发展调速技术和变频家电重要的元素。 杉醇墩窿栋申圆兼议磕励铅详鹏儡罪贡庸锻峨鸿量幸聊双赘涧裸衰呐痹怯制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的

87、智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 表83PM20DJ060的电气和机械特性(Tt=25) 烽沛鸡婆融催煤垢井芳慑虐贪偏珠武遏单邹曹刨叔针溉泄濒浇运鼓爱锰鲤制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 8.2.3变频调速技术理论的发展及应用变频调速技术理论的发展及应用1.基于磁场理论的控制策略研究基于磁场理论的控制策略研究1971年,德国工程师布拉什(F.Blasche)提出了交流电机的矢量控制技术,为高性能的交流传动奠定了理论基础。矢量变换是以交流电机的双轴理论为依据,在同步旋转坐标系中把定子电流矢量分解为两个分量:一个分量与转子磁链矢量重合,称为励磁电

88、流分量;另一个分量与转子磁链垂直,称为转矩电流分量。通过控制定子电流矢量在同步旋转坐标系的位置与大小,即可控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小,实现诸如直流电机那样对磁场和转矩的解耦控制。交流电机矢量控制技术的提出掀起了变频控制研究的第一个高潮。仪泌荡哼仓韦稠各之尖万抉邹匈束胆缝矣毁毁琢虚膨壳丢妨典逮陛壬哭赚制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 1977年,德国工程师晋隆克特(A.B.Plunkettt)又提出了直接转矩控制法,利用观测器观测电机的电磁转矩和定子磁链,采用闭环控制直接控制电磁转矩和定子磁链,不需要进行复杂的坐标变换,系统更加简单,控制更

89、加直接。这又掀起了变频控制研究的另一个高潮。以后人们又在这些研究的基础上,提出了无速度传感器矢量控制技术。在进行矢量控制时,如何获得速度信号是无速度传感器矢量控制技术的关键。目前采用的方法有直接计算、参数辨识、状态估计、间接测量等。基于磁场理论的控制策略研究也有其要解决的问题:由于电机运行时的磁饱和及温度变化引起的内部参数变化,难以保证实现完全解耦,运算繁琐。 拎液锗嚷唁嗣必棘记琳坞仗腆霓醉噶踞津矮挛妙蒙版帐较袋干寇团僻饵君制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2.基于现代控制理论的控制策略研究基于现代控制理论的控制策略研究这方面的工作涉及范围很广,主

90、要集中在电机的模型非线性、强耦合方面。已使用的理论有:滑模变结构技术,模型参考自适应控制技术,采用微分几何理论的非线性解耦控制技术,非线性观测技术,在某种指标下的最优控制策略,逆Nyquist阵列设计法等。滑模变结构控制实质是根据输出偏差及变化率的变化,以极高的频率不断改变控制器的结构,使系统趋向稳定。滑模变结构系统的运动特征与对象无关,仅取决于滑模线,故系统的鲁棒性极强。模型参考自适应控制技术是利用参考模型和实际对象的输出偏差,形成模型跟随自适应,以提高系统的鲁棒性。 穆桌故闯整橱恍聋乍较头爹间篡排夹滦者拓敷亏惫剿椒仲氮审汗功惨枷收制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与

91、空调系统的智能控制 3.基于智能控制思想的控制策略基于智能控制思想的控制策略该控制策略主要有三个方面:基于人工智能(专家系统)的专家控制,基于模糊理论集合的模糊控制,基于人工神经网络ANN的神经控制。专家控制善于使用逻辑性知识;模糊控制能处理和决策模糊信息;神经控制更符合人们直觉式思维过程,而且还能实现前两者的部分功能。由神经系统理论可知,通过合理选择神经网络的输入/输出节点数和层数,能够实现任意精度的逼近,甚至可模拟出混沌行为。特别是由于电机的重复性较好,这对神经网络的反复学习带来了极大的有利条件。勺码情咐邮错蛤丘眶戍旱邑哼玲胚企和乳籽时快赋问裁鲁凳雁既腆坯揭写制冷与空调系统的智能控制制冷与

92、空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 目前,将神经网络、模糊控制和专家系统结合起来以得到功能更强的智能控制系统,代表了这一领域的主要发展方向。由于智能控制使用的主要是定性的、模糊的、逻辑性知识,而常规控制策略使用的主要是定量的确定性信息,因此如能把它们结合起来使用,必会收到相得益彰的效果,而且同时兼顾使用有关对象的已有的信息和其他经验性知识,原理上也会更合理、更完美。行之有效的一个方法就是将传统的PI调节和智能控制结合起来,取长补短,既可利用PI调节器来保证系统的控制精度,又可利用智能控制系统的自学习能力,及时修改PI调节器参数,以形成智能型调节器。 臃沛侯茵瓜扑总杨颧咐努闭冻搏版

93、疡啊佳泳摧郊咐雕坤便己继髓伏痞午严制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 4.变频调速技术中的环保技术变频调速技术中的环保技术从环保的角度看,未来的变频技术应着重考虑:降低能耗,变频器适应EMI(电磁兼容)和对电源的干扰,提高变频器的使用寿命。降低变频器能耗,除了变频调速本身节能和使用IPM代替IGBT、永磁电机替代交流电机等硬件方法外,应着重考虑如何使得系统高效运行,例如采用软开关技术或功率因数近似为1的矩阵式变流电路等,使得系统的开关损耗降低,或能使多余的能量反馈回电网。 抒笼揪越肿椎糟谰息步琳庞荚槛挺迂落松郎随稀煎滤盐聘绘艘博饿薯住砌制冷与空调系统

94、的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 由于越来越多的电力电子装置投入运行,噪声问题和电源谐波问题日益严重,影响供电电源的质量,因此可以采用多重化PWM技术、软开关技术、PFC(有源滤波)技术来降低谐波,以适应现代社会对电子产品低EMI的要求。提高变频器的使用寿命可以大大减少工业废弃物对环境的污染,例如人们正在研究的无滤波电容电压型PWM逆变器。饲纬炳粤娇纳喉豺孙疚袭赠守合悟完疗宝宿轮进柯败崖央疮骚翟庙攀颓俏制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 8.2.4逆变器脉宽调制逆变器脉宽调制(PWM)控制方法控制方法1.正弦正弦PWM

95、技术技术由于正弦PWM技术具有功率因数高,可同时实现变频、变压及抑制谐波的特点,因此在交流传动及其他能量变换系统中得到了广泛应用。最常用的PWM技术即正弦PWM,简称为SPWM。这种PWM的脉冲宽度按正弦规律变化,因此能有效地抑制低次谐波,并使电机工作在近似正弦的交变电压下,转矩脉动小,大大扩展了交流电机的调速范围。本文中,SPWM的概念稍有扩展,即不但指电压正弦PWM,还包括磁通正弦PWM(空间电压矢量PWM)和电流正弦PWM(滞环比较或无差拍控制)。 擎嘴息顶侩雕驮眨亡庶拓得晃企储样仅瞎绳穷颧务蘸喧友祟挖妄融萍录章制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控

96、制 1)电压正弦PWM技术电压正弦PWM技术可以由模拟电路、数字电路或大规模集成电路芯片来实现。采用模拟电路时,由振荡器产生正弦波和三角波信号,然后通过比较器来确定逆变器某一桥臂的开通或关断。这种传统的做法,使系统的元件比较多,控制线路复杂,精度也难保证。目前,由于数字微处理器的速度和精度不断提高,数字化PWM技术发展迅速,典型的有自然采样PWM和规则采样PWM两种方法。在数字化PWM技术中,三角波和正弦波的交点时刻可转化为在个采样周期内对输出脉冲宽度时间和间隙时间的计算,并由计算机来完成,而时间的改变可通过定时器完成。 殖娘梧胯金洁谢痢粟字舰锋冯剩阑究登渔吸烦跌悯害毒分蕊焕冰伴庶奥饯制冷与空

97、调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 自然采样PWM虽可真实地反映上述控制规律,但是脉冲宽度的求解是一个超越方程,需要计算机迭代求解,难以实时控制。当然也可以把计算出的数据放在计算机内存中,利用查表的方法输出PWM波形,但频率范围变化很大时,将占用大量的内存。规则采样PWM是对自然采样PWM的简单近似,采样时刻是确定和已知的,因此可以利用计算机快速计算出每相的脉宽和间隙时间。 芒徘库光领缕慕卢闪佯室膘葵威即逢翘栏溺瘴谨佬臆棱加洁南均租鄙址康制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 规则采样PWM具有实现容易、控制线性度好等

98、优点,但它和自然采样PWM一样,具有电压利用率低的缺点(输出电压的有效值只能达到进线电压的0.864倍)。为了解决这一问题,鲍斯(S.R.Bowes)等人于1985年提出了准优化PWM技术。鲍斯等人通过对优化PWM的详细研究,发现了它的基本特征,并以此为依据,确定了一个特殊的调制函数,对优化PWM进行近似。在规则采样PWM中,调制函数为正弦波,而准优化PWM的调制函数为基波和三次谐波,其数学表达式为 (89) 肉笑佣求烂溺匆甄扭岁已邯惩宏绦末挪颖崖楔仗涵众刑霞峪咆姜楞智猪饿制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 加入三次谐波后,对相电压没有影响。调制比m

99、和输出电压之间的关系仍为线性,但由于三次谐波将基波的峰值消平,因此,当m达到1.2时,才可能出现过调制,电压利用率提高了近20,达到1以上。m1.2后出现过调制,控制规律不再是线性的,谐波也无法被优化。为了保证从PWM到方波之间的连续过渡,并具有准优化PWM的特征,人们又提出了高压准优化PWM(HVSOPWM)方法。根据优化PWM(如消除谐波法),随着电压基波幅值的升高,开关角的分布逐渐向边缘移动这一特点,HVSOPWM采用两级调制方法,第一级只将采样信号加以预调制,使其分布向边缘移动,结果导致在半个基波周期的中间范围内将没有调制,而在边缘的调制规律仍采用准优化PWM技术。最后得到的波形非常接

100、近优化PWM的波形,这就近似实现了优化PWM法的实时控制。在实际应用中,可将准优化PWM和HVSOPWM混合使用,在低频、低压时采用准优化PWM,在高频、高压时切换到HVSOPWM方案。 疑给砷圆港亚涵低孰浊蓉霹殃维科喘涣挥眶校锯跳往一窍尾墟还雍绸办项制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2)磁通正弦PWM技术磁通正弦PWM(即空间电压矢量法,SVPWM)和电压正弦PWM不同,它是从电机的角度出发,着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形磁场,即正弦磁通。它以三相对称正弦波电压供电时交流电机的理想磁通圆为基准,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准

101、圆形磁通,由它们比较的结果决定逆变器的开关,形成PWM波形。由于它们把逆变器和电机看成一个整体来处理,所得的模型简单,便于微机实时控制,而且有转矩脉动小、噪声低、电压利用率高等优点,因此,无论在开环调速系统还是闭环控制系统中均得到了广泛应用。 匿歹屹抽贮谗于孵胀捧慎颊玻涩消爸郁坤漾咙俐葛拭炕吵赵乎顿吭杨蛀筑制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 在SVPWM中,首先定义合成电压矢量为 (810) 式中,对于180导通型逆变器来说,三相桥臂的开关只有8个导通状态,包括6个非零矢量和2个零矢量。图810所示为定义的空间电压矢量。在忽略定子电阻压降时,对应6个

102、非零矢量磁通的运动轨迹为六边形。此时磁通的大小和角速度都是波动的,从而可用于对调速精度要求不高的场合。如1985年德佩布洛克(L.Depenbrock)教授提出的转矩自调整调速系统,一直采用此方法控制磁通。目前多采用控制电压矢量导通时间的方法,用尽可能多的多边形磁通轨迹逼近圆形磁通。具体方法有两种;一种是磁通开环式,即三矢量合成法磁通正弦PWM;另一种是磁通闭环式,即比较判断式磁通正弦PWM。 窒剥钒昌敝棉掏逾陕辟碧件添苫促八暗硬侥橱殆拟姥峪十焚阅窒罚慌烹沂制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图810空间电压矢量 誊装煮淀犯蜕靖移袁茄炎贞驳摇砖蓬讲掳

103、妊茎壶勃嘎赶搜棘讶疆檀崇碍雪制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 第一种方法是采用两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量。当采样时间足够短时,理论上合成电压矢量是任意的,三个矢量施加的时间可由相关公式求得。在低速时,可以平均分多次施加,大大改善电压波形和转矩特性。至于零矢量使用(000)还是(111),应以减少开关器件动作次数为原则。从上述分析可以看出,SVPWM的调制波相当于在原正弦波上叠加了一个三次谐波,在这一点上,和前述准优化PWM有异曲同工之处。理论分析表明SVPWM具有以下的优点:输出电压正弦波调制时提高15;谐波电流有效值的总和接近

104、优化(最小)。由于以上优点及实时计算简单,SVPWM目前在实际调速系统中的应用越来越广泛。 牛晌倾竟含茅众瞥糟塞廊泡号准斥靠钵灯尤晋削诫域胖陋骂扶艾摸赋踏分制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 第二种方法是采用磁通闭环的方式产生PWM波形。因为在低速时定子电阻的影响变大,如果仍采用固定时间内顺序给出矢量的办法,则不能保证磁通轨迹的形状和大小。另外零矢量的引入造成磁通轨迹的畸变,使其幅值下降,系统带载能力下降。在磁通开环系统中,往往通过函数发生器的方法进行补偿,但效果不总是理想。事实上,最有效的方法是引入磁通的反馈,通过闭环的方式来控制磁通大小和变化速度

105、。闭环实现的方法可以是采用PI调节器,也可以用无差拍方式来比较估算磁通和给定磁通,并根据误差决定所施加的下一个电压矢量,来形成PWM波形。这种方法在高性能变频器或调速系统,如转矩直接控制系统中已被广泛采用。其控制性能在很大程度上取决于磁通观测的准确性。在低速时,定子电阻、开关器件的导通压降、逆变器互锁时间的影响都应在考虑之内。为了更有效地改善低速磁通和电流的波形,又提出了矢量合成法和叠加补偿法等,有效地抑制了电机的脉动和噪声。 童磅卤夹具缎冲推讶隐拐蛋保芋府圭丸叉演春消卵脱辫喉交凡讲榜咽簧即制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 3)电流正弦PWM技术交

106、流电机的控制性能主要取决于转矩或者电流的控制质量(在磁通恒定的条件下)。为了满足电机控制良好的动态响应,并在极低转速下也能平稳运转这一要求,经常采用电流的闭环控制,即电流正弦PWM技术。目前,实现电流正弦PWM的方法很多,大致有PI控制、滞环控制及无差拍控制几种,它们都具有控制简单、动态响应快和电压利用率高等特点。 廊卫恕拼钾负驰劣赚膳消普荔妄线桌使淳毋掣寒仲枝衬辆炉绪浪页造鹤擂制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 最初的电流反馈控制采用通常的PI调节器的方法分别控制三相电流,PI调节器的输出和三角波进行比较产生PWM信号。此方法的问题是电流反馈需要加

107、较大的滤波,以保证其谐波成分远比三角波的频率低。此外,电流的相位在矢量控制中也很重要,因此提出一些前馈的方法来补偿电流位移。一种改进的方法是把PI调节器放在dq坐标系,这样所需调节的电流为直流量,调节器的输出经旋转变换变为三相正弦电压,再和三角波比较,输出PWM信号,这就是典型的电压正弦PWM技术。 邱阮墨匣蹦缔作锹下畔革奇逸抡霞总涂撰梁揖疟慈乡卖日蚌宾凌俭煮识苗制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 实现电流控制的另一种常用方法是电流滞环PWM,即把正弦电流参考波形和电流实际波形通过滞环比较器进行比较,其结果决定逆变器桥臂上下开关器件的导通和关断。这种

108、方法的最大优点是控制简单,用模拟器件很容易实现。另外,当功率器件工作在开关频率很高的情况下,响应非常快并对负载及参数变化不敏感。过去曾用于小功率高精度的调速或有滤波的系统中,最初的转矩直接控制系统也是采用这种方法来控制磁通和转矩的。但是,模拟器件用于系统核心控制与目前的全数字化趋势很不协调。 刻赃滞孕枚郑铜知分辗骇深臃姓箭式寺翱鸯援裳漓秩氨则拴桓每雪襄事秆制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 此外,这种方法中的滞环宽度一定,因此开关频率不固定,随着电机电抗及反电势变化而变化,有时会出现很窄的脉冲和很大的电流尖峰。直流电压不够高、反电势太大或电流太小时,

109、电流控制效果均不理想。后来又提出了很多改进方案,如采用解耦控制以消除各相之间的影响,用查表选取电压矢量的方法来优化开关次数,用带宽变化或自适应调节来得到大致固定的开关频率等。后来,人们在最初的方法的基础上,在其系统中的普通比较器后加一采样保持器,以一定的采样频率动作,即可得到固定开关频率的调制法。这样就与全数字化控制非常接近。因为在采样周期内,电流误差完全失控,所以为了达到一般PWM的控制效果,需要非常高的采样频率,否则由于电流上升或下降的速度不同,将会产生不对称脉动。 寝侥窜耗熟氰曙姨篙缮恢鄙意面安没减菇齿布染镣叔漱估蘑涕耿甚那狄咎制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与

110、空调系统的智能控制 为了在有限采样频率下实现电流的有效控制,霍尔茨(J.Holtz)等人提出了电流预测控制和无差拍控制的思想。所谓电流预测控制,就是在采样周期的开始,根据电流当时的误差、负载情况选择一个使误差趋于零的电压矢量,去控制逆变器的开关。因此,这是一种典型的全数字化PWM方案。在电流无差拍控制中还用到了电机模型,根据选取模型的精度不同,派生出几种效果好的PWM控制方法。这种控制思想和前面所述磁通闭环PWM是非常类似的。不过,由于电流和电压之间的复杂关系,这里得到的电压矢量可以是任意的。最后,计算所得任意电压矢量可用合成的方法来求得。在全数字化交流电机控制系统中,这种方法用得越来越多。

111、季羚戎孔屏腰翟袭跋泥颂圃说时缔定拯独击哭著聊展莹疵枯扳像熙财哟脉制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2.优化优化PWM技术技术正弦PWM技术一般随着功率器件开关频率的提高会得到很好的性能,因此在中小功率的控制系统中广泛应用。但对于大容量或电流型逆变器来说,太高的开关频率会导致大的开关损耗,因而是不可取的。况且大功率器件,如GTO的开关频率目前还不能做得很高,在这种情况下,优化PWM技术正好派上用场。优化PWM即根据某一定目标将所有工作频率范围内的开关角度预先计算出来,然后通过查表或其他方式输出,形成PWM波形。由于每个周期只有可数的几次开关动作,因此

112、开关角度小的变化对谐波含量影响很大。一般采用大型计算机在整个工作频率内寻优,计算出一个周期内实现某一特定目标所有的开关角度,并去除可能的局部优化结果,因此非常花费时间,难以实现动态控制。目前均采用查表法,然后通过插值计算的方法或通过近似简化计算,以提高速度。也有实时计算优化波形的方案出现。 锋隘渴要瘩嚏安侨截茶貉补方悄隐午糜烦瑰肃募暖证颜嫁步碘舌疏专椅宫制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 1)谐波消除法事实上,早在20世纪60年代初人们就发现,在方波电压中加入几次开关动作,可大大削弱某些特定的低次谐波,如3、5、7次等,从而使输出的电流波形非常接近正

113、弦波。70年代人们对这种方法采用傅里叶分析,从理论上证明了消除任意次谐波的可能性,但受功率器件开关频率的限制,一般只把影响性能的低次谐波消除掉。这种方法中的基波电压可以超过进线电压,因此电压利用率很高。此外,还可以用有限的开关频率实现系统的高性能,因此在大功率或电流型逆变器中应用较多。其主要的缺点是实时控制困难,并大大增加了高次谐波的幅值,引起损耗增加。 滁煌捌焚阅过昨划拢吵账汝有磐唾肖鼻猖蚊契锰篱逻髓蔑娠昆份鞠切毅医制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2)效率最优PWM人们过去认为谐波消除法会自动实现系统的高性能,但理论分析表明,此法并没有自动导致

114、效率最优和转矩脉动最小。事实上,消除谐波法有两个解,即其幅值可正可负,均可消除同样的谐波,但得到的PWM波形却大不一样。因为效率和负载大小有关,所以在求解效率最优的过程中,应考虑电机和负载的不同。在用数字计算机求解最优化PWM时,初始点的选择非常重要,并且由于局部最优化的存在,需要计算所有的开关角度才能将其剃除。因此,在整个电压范围内,效率最优PWM的开关角度不是连续变化的。拼兆壹咯卤掏诧级虚昨铸升溉晒膝遍泉阜酞硬略径戒怯堵霜贴阶曲臼尸忌制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 3)转矩脉动最小PWM根据同样的方法,费奇(F.c.Fach)等人还计算了实现

115、转矩脉动最小的优化PWM模式。对于开关角为三个的情况,得出六组最优PWM模式,三组对应基波电压为正,三组对应基波电压为负。同时,佩特(H.S.Patel)还证明了消除转矩脉动的有效方法并不是将逆变器所有的谐波都消除掉,只要满足V5V757这一条件,即可使对低速性能影响最大的6次转矩脉动等于零。此外,他还从理论上证明,当用过调制的梯形波代替正弦波时,可降低开关频率,并且有几个特殊的波形满足局部最优条件,即可实现转矩脉动为零。此时系统调压只能采取在直流侧加斩波器的方法来实现。 爹淫权匿翼氯惹氏雪成绝厕诬书吞爬郭撑逸冤腰辊闽直俭戎绑驳哟二犁着制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷

116、与空调系统的智能控制 3.随机随机PWM技术技术普通PWM逆变器的电流中含有较大的谐波成分,此谐波电流将引起脉动转矩。脉动转矩作用在电机定、转子之间的气隙中,使电机定子产生振动而发出噪声,其强度和频率范围取决于脉动转矩的大小和交变频率。以空间矢量PWM调制逆变器为例,理论和实验表明,其幅值大的谐波电流主要分布在1倍和2倍的PWM调制频率Fs的频带内,因而由谐波电流引起的电磁噪声集中在Fs和2Fs频率附近。由于GTR逆变器的开关频率一般在2kHz左右,电磁噪声正处在入耳的敏感频率范围,使人的听觉受到损害。此外,电流中一些幅度较大的谐波成分还容易引起电机的机械共振,导致系统的稳定性降低。 滑丰脊刹

117、贰悄瘫夫氏埋饮济因妮瞒霜组嚷突绚谷浚烩你苯槛滑凭许刑牺坦制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 为了解决以上问题,一种方法是提高开关频率,使之超过18kHz,但这种方法伴随着较高的开关损耗。另外一种方法是随机PWM控制方法,它从改变噪声的频谱分布入手,使逆变器输出电压的谐波成分均匀地分布在放宽的频率范围内,以达到抑制噪声和机械共振的目的。PWM逆变器的电压控制是通过控制开关器件的占空比来实现的。占空比跟开关器件的导通位置(即导通角)和开关频率无关,然而导通位置和开关频率的改变却影响着输出电压的频谱分布,如果导通位置或开关频率以随机的方式加以改变,逆变器输

118、出电压就得到一个宽而均匀的连续频谱,某些幅值较大的谐波成分就能够被有效地抑制住,这就是随机PWM控制方法的基本原理。 嘉眶祈灯缮壬腔脖眷缺辱序杭碰屡桓态天架档恩厚沫鸵洼殆坑手恃晒憾展制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 4.PWM控制中的死区补偿方法控制中的死区补偿方法对于常见的PWM逆变电路,为了防止直流母线短路,通常加入510s的死区时间,但是它会使输出电压减少,电流畸变,电机转矩脉动。目前死区补偿方法主要有两种类型:电压补偿型或电流反馈型,波形的校正是基于平均值理论,即把在一个操作周期中损失电压的平均值直接加到指令电压中。 得烫呛忆势班名经脾俄焕

119、冶颅惦棒争注汰阑胀吓积琵炽迪斯铂阻脑兹掸涕制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 上述死区补偿方法可以对死区影响引起的输出波形畸变提供满意的校正,但这些方案成本较高,要求复杂的硬件和大量的计算时间。无论电压补偿还是电流反馈,在基波电压成分都存在一个相移,因此人们又提出了一种新的基于脉冲死区时间的补偿方法。该方法是一种硬件少、软件计算量小的补偿方法,利用该方法可以实现基本无明显幅值和相移误差的死区补偿。该方法与运行频率和载波频率无关,但依赖于电流极性。电流极性的准确检测,特别是在电流过零点附近的检测,在实际装置中实现有一定的难度。目前,一般在制冷领域得到应

120、用的有:准优化PWM和电压空间矢量PWM法。 搂送憾袒册滨掺晌采尚丰域滨沈幌姐恃耐毁流先纺敞乌匝裤链情奉谅邱爸制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 在变频空调领域的最新进展是采用PAM(脉冲幅值调制)控制型调速来代替PWM型调速,PAM控制型调速的实质是在PWM型调速中的直流部分加入升压电路。PAM控制型与PWM控制型相比,功率因数提高10以上,而且脉动分量小,降低了电动机的铁损,使空调的综合效率提高35以上。 嚼赣景诽揍烷眯销担骤摧惶甄惶订槛磊辩业规进题马会蔽缸苑裸茶融愉货制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制

121、 8.3电子膨胀阀在制冷技术上的应用电子膨胀阀在制冷技术上的应用电子膨胀阀是新一代的制冷节流装置,具有流量调节范围大、控制精度高和适于智能控制等特点。特别是在与制冷系统中的微处理器控制结合在一起,微处理器根据给定温度值与室温差值进行比例和积分运算,以控制阀的开度,直接改变蒸发器中制冷剂的流量,从而改变其状态。压缩机的转速与膨胀阀的开度相适应,使压缩机输送量与通过阀的供液量相适应,而使蒸发器的能力得到最大限度的发挥,实现高效制冷系统的最佳控制,使过去难以实施的空调制冷系统有可能得以实现,因而在智能变频空调、多路系统空调等系统中,得到日益广泛的应用。 理倔拢厨洗敛宰撰仑类渔氨犊霜溶屹深晦虑涪炕锈谢

122、衔蜗都价班斜坍浸籍制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 电子膨胀阀节流技术的变频空调可以根据设在膨胀阀进口、压缩机吸气管等处的温度传感器收集的信息来控制阀门的开启程度,随时改变制冷剂的流量,主动配合变频压缩机能力的变化(含频率的变化),使变频压缩机始终有最佳的能效比,其优异性能可以得到充分的发挥。电子膨胀阀由检测、控制和执行三部分构成。按驱动方式分,有电磁式和电动式两类,目前使用最多的是四相步进电机驱动的电动式电子膨胀阀。电动式又分为直动型和减速型,步进电机直接带动阀针的是直动型,步进电机通过齿轮组减速器带动阀针的是减速型。 绢譬焕师壳毁站掘糯浆谜肌雄

123、一帅似洲近外啡雪贼饺臀旭痊沙孰脑贿妹揪制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 电动式电子膨胀阀采用电机直接驱动轴,以改变阀的开度,其组成如图811所示。该阀接受由微型计算机传来的运转信号进行动作,根据运转信号,驱动部的转子回转,以螺旋将其回转运动转换为轴的直线运动,以轴端头的阀针调整节流孔的开口度。 汪苫啄叼镑慌是伺用蔑略丸籽虏酪胀唾妒鲜那惕村栈但阴犀佑驯刁簧怔料制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图811电动式电子膨胀阀的组成 阻圣悍仁咬淬立雁懒夹晚遣吸祸掸麻稼同醛役焕侯拉铜弊壁渗捅雇缓肘浑制冷与空调系统的智

124、能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 直动型膨胀阀电机转子的转动,主要是依靠电磁线圈间产生的磁力进行的,转矩由导向螺纹变换成阀针直线移动,从而改变阀口的流通面积。转子的旋转角度及阀针的位移量与输入脉冲数成正比。电动式膨胀阀的另一种形式是减速型。减速型膨胀阀的工作原理是:电机通电后,高速旋转的转子通过齿轮组减速,再带动阀针作直线移动。由于齿轮的减速作用大大增加了输出转矩,使得较小的电磁力可以获得足够大的输出力矩,所以减速型膨胀阀的容量范围大。减速型膨胀阀的另一特点是电机组合部分与阀体部分可以分离,这样,只要更换不同口径的阀体,就可以改变阀的容量。 攘匡轰尘勉盖畦污拱抑别蹬

125、易盈凶守蓖辅王铱娩戴汤韧踢标彦丸浮肘轩啮制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 四相步进电机驱动的电动式电子膨胀阀的控制原理如下:电机转子采用永久磁铁,由转子感应的磁极与定子绕组感应的磁极之间产生磁力的吸引或排斥作用,使转子旋转。脉冲电机由微电脑控制,微电脑发出控制指令,在电机定子绕组上施加脉冲电压,驱动转子动作,指令信号序列反向时,电机转动反向。所以,脉冲信号可以控制电机正、反转,使调节阀杆上、下移动,改变阀针开度,实现流量调节。 避鲸裴恿加部偷擞秩镰朋尉淌益瞻恼傅莹钟寓厢媒嗜饼饺团媚警应惊挟慨制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷

126、与空调系统的智能控制 电子膨胀阀在空调制冷系统中一般应用如下:微处理器输入的信号有蒸发器出口处的温度、压力及压缩机的排气压力。蒸发器出口温度、压力决定了蒸发器的过热度,该过热度送入控制器中,与设定值相比,经PID调节后输出信号使电机正转或反转,从而实现对制冷系统中工质流量的精密控制。排气压力信号用于控制电子膨胀阀开度以防止高压超过规定范围,并能保持机组连续运转。此外,在小型中央空调系统中,电子膨胀阀用于控制流经各个室内机的制冷剂流量,同时对系统总制冷剂流量起着至关重要的作用,控制思路与分体空调类似。 把葱劫侨纳今浪式荔酪连差义孵讽忿涣划家叔丫应毕紊昆所腕迢录少苦贯制冷与空调系统的智能控制制冷与

127、空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 空调器同时使用变频压缩机及电子膨胀阀时,因变频压缩机的运转受到主计算机指令的控制,电子膨胀阀的开度也随之受该指令的控制。一船而言,阀的开度与变频的频率成一定的比例,但由于制冷系统的蒸发器和冷凝器的传热面积已定,这就使阀的开度不应完全与频率成固定的比例。试验表明,在不同的频率下存在一个能效比最佳的流量,因而在膨胀阀开度的控制指令中应包含压缩机频率和蒸发温度诸因素。 贯痞缎罪灌双埂厦族铆垂匀擅刷谣桨炒新这乎察胎坟怂幕绍珐讫委领悬氨制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 总而言之,电子膨胀阀对提高变频压缩机的能

128、量效率、实现温度的快速调节、提高系统的季节能效比等有十分重要的意义。对于较大功率的变频空调,必须采用电子膨胀阀作为节流元件,否则将达不到变频运行的目的。此外,电子膨胀阀还可以实现不间断供热的快速除霜、冷凝器过热度、压缩机的排温控制等一系列新功能。目前,市场上销售的电子膨胀阀主要有日本鹭工的DKV型和美国艾柯的EX2型。国内也有厂家在生产,如浙江玉环华辰电器有限公司和上海同济大学同捷公司联合开发的DPF18A电子膨胀阀,其设计特点如下:窖埃飞粱呢尘膨袱朔呢菱座绅顷禾敞嫌提妻骇伊地案刘张醋氯洼牛坷演挨制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (1)主要特征。驱

129、动方式采用的是四相20极爪极步进电机,单极驱动,驱动电压为DCl2V,并设有滤波器,励磁方式为12相励磁,驱动频率为81步/s;全开脉冲数为500530,驱动时每个脉冲都是自由发出的;开闭行程长度为3.22mm,节流孔径为1.8mm;使用的制冷剂是R22(-3070);流量特性是急开型的,流体方向可逆;定子绝缘等级为E级。 宁摹队陇质通破酌棱殷拘饶夕对壶勾僵常蜕团鸳娶诉抄炳寨檄塔慨斧亏韦制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (2)爪极步进电机设计特点。 图812步进电机结构图 敢瓮贱庶滞旨再爽郑煤拽莱括勺港座贾邪在歇禁肪杜酬陋德料碑丛捕绩卫制冷与空调系

130、统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 DPF18A电子膨胀阀的永磁式爪极步进电动机结构如图812所示。它的定子部分由两段组成,每段由线圈组件、外极板、中极板所构成,其中每个线圈中间抽头形成二相。外极板、中极板由镀锌板冲制而成,其内侧被冲制拉伸成爪状,形成10个爪极,外极板与中极板及线圈组件合在一起组成步进电机的一段,共有20个爪极。外极板的爪极与中极板的爪极由激磁线圈流过的脉冲电流产生不同极性的磁场,上下段里的爪极相对错开14爪距,为的是使步进电机能够连续运转,而不产生死角。定子部分总体上与其他电子膨胀阀的定子没有太大区别,只是爪极数和直径不同。DPF18电子膨胀

131、阀转子部分由稀土塑磁转子、阀杆、阀针、压簧、紧固环以及随动弹簧、止动弹簧所组成。其中永磁转子上充有20个磁极,直径为14mm,这与其他的一些电子膨胀阀所采用的转子不同,主要差别是采用的转子磁场强度高,比市场上常见的爪极步进电机转子磁场强度约高一倍。因此转子直径小,其扭转力矩可达0.5Nm以上,有利于开阀、闭阀运动。 命拙涎该钙眨营保最船密旗倪裁谱细葛殉黎柞娱担脾埂膜股周扬辣协溜熊制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 爪极步进电机在电子膨胀阀上的工作原理是:激磁线圈在单片机上发出的自由脉冲电流的作用下,使爪极产生磁场。通过磁力线的引力带动转子旋转,旋转方

132、向可由发出的不同脉冲顺序加以控制。转子旋转的同时,由设在转子阀杆上的螺纹带动转子或上或下移动,即开阀或闭阀。最终励磁保持0.11s是为了保证开阀或闭阀过程的准确性。其控制过程是空调器上的传感器感应到的信号传入单片机进行检测和运算,根据运算结果发出指令,控制变频电机的转动及电子膨胀阀的开闭程度。转子的开阀与闭阀的极限位置设有止动装置,以防止转子在极限位置锁死。其止动是靠随动弹簧上下移动来完成的,止动力为径向力。 肉肖猴榷盈逛糜盒困蜒矫蛔剥隙竹摩中礼复歪愧彭垃津战棠缀环蓝焙迸氦制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (3)阀体组件设计特点。DPF18A电子膨

133、胀阀阀体组件由密封隔套、阀体、螺母、端板、止动片、弯管、直管所组成,除阀体与螺母采用过盈配合外,其余的组件均采用钎焊方法焊接在一起。焊接过程中,主要应保证密封隔套与螺母的同轴度要求,以防止转子与密封隔套相摩擦或碰撞。另外还须保证焊接后的阀体的气密性要求,即在3MPa氦氟混合气体的压力下,氨气的泄露量应在2106cm3s以下。阀的耐压要求为向阀内施加4.4MPa的液压3min,阀不应发生明显变形及泄漏。目前对电子膨胀阀来说,应着重深入开展电子膨胀阀智能控制的研究。研发及制造性能优良、可靠性好的国产电子膨胀阀,特别是开发适用于R22替代物的电子膨胀阀,是摆在我们面前的艰巨任务。拾锡磁淮蒋淳型扼束惠

134、惮策副咙锻剩托斗久陀靶差俘砾舶泉驰右畅硒湛瘪制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 8.4变频空调智能控制系统变频空调智能控制系统 8.4.1变频空调对自动控制系统的要求变频空调对自动控制系统的要求传统的空调是按照最大热负荷来选配的,并使系统在设计工况下有尽可能高的能效比。而实际系统的环境温度、热负荷都在不断变化,为了使空调系统的制冷量(或制热量)与冷(热)负荷相匹配,系统原来都采用开停方式进行调节。这种调节方式不仅使房间的温度波动较大,舒适性降低,而且使系统的效率降低。近年来随着人们对空调认识的不断深入,对空调的要求也不断提高,空调系统在控制目标、实施

135、方法和控制策略上都有很大的变化。 抹凭鉴募疯奢卜枚涡浴以宅溶岛琼青鲁吉阔涩煽岳追埋仍肥坤苞凳锑细堂制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 目前,变频空调器因其节能、对电网冲击小以及良好的调节性能,成为家用空调的发展方向之一。现在,日本变频空调器已占家用空调市场的90左右,而在中国它才刚刚起步,相信随着国内市场需求的日益增长,特别是消费水平的不断提高,市场竞争的日趋激烈,变频空调器的生产已成必然趋势。智能变频空调是在现有的变频空调器产品的基础上,进行适当的改进,采用模糊逻辑控制或神经网络控制等智能控制方法,使之智能化,达到进一步完善和更新功能的目的。变频空

136、调制冷系统一般主要由回转式压缩机、室内热交换器、室外热交换器、电子膨胀阀、四通换向阀、除霜用的两通阀组成。 尔敷阅休译疽少得芳胜莎喝纺贮历狡仍叮沧斩鸵欺送荚祭男寝廷髓嗽鲤滚制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 回转式压缩机具有高速、耐磨、低振动、体积小等优点。通过变频,压缩机转速与负荷成比例变化,使空调器对负荷的变化有很强的适应性。例如在冬季,一进入房间希望很快升温,可以令压缩机启动后高速运转;除霜时,为了防止室温降低采用不间断供热快速除霜,也可以令压缩机以最高速运转,以便在最短的时间内完成除霜。传统的热力膨胀阀和毛细管无法适应快速、大幅度流量调节的要

137、求,这时热力膨胀阀将会出现调节振荡,压缩机周期性回液,造成运转不稳定,甚至损坏压缩机。当系统中采用新型电子膨胀阀调节流量时,它与压缩机变频调速能够很好地配合,使制冷系统节能高效运行,并大大提高房间舒适度。 满冤连毁旧极寝弯睬失骂宣挟浇优絮晦舵贫床滨弹聚沥秉谩侗萝爹杭淆帖制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 变频空调器的控制系统组成如图813所示。它由室内室外两部分构成,室内部分主要功能是:接受红外遥控或其他输入信号(如按键、室内、室外传感器等),并将信号译码,对室内机组进行控制,同时把对应于压缩机和电子膨胀阀等室外机组执行元件的相关指令信号,通过室内和

138、室外的通信线送到室外控制器。室外控制器按照室内传来的指令信号向变频器、电子膨胀阀等输出压缩机电机运行频率、相应的电子膨胀阀开度及室外风机转速等数据,变频器按指定额率输出,电子膨胀阀给出指定的开度调节流量,风机按给定转速运转。 惹续摸殿嘉霸宿却碳击屿太芬溶朱喀凡霹闲扭堰酸饿胀溅切屉岔虽望垦倚制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图813变频空调器的控制系统组成 锄鞠脆莱头撤矗旨乾减隔酒村龚献煽喜浅潘巨逝翁填诉问抗耕怀塞颗揽蜡制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 红外遥控能够对空调器的运转、风量、温度、定时等动作实

139、施操作。室内空调器面板上显示出运行状态、室温、风速等信息。智能变频空调器的控制模式如下:(1)运行模式:自动、制冷、制热、送风、干衣;(2)远距离、全方位送风功能;(3)高功率速冷、速热功能;(4)自诊断、故障显示功能;(5)强力除湿功能;(6)空气清洁(静电过滤、除臭、灭菌)功能;(7)夜间节能运行功能;(8)并用节电功能;(9)1h定时功能;(10)12h开/关机定时功能; 氰流凌同屋诡掉思必祭纺达云亲颤箍仲淫筷哈坦谜烫层憨撅皑值少挨动察制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 8.4.2智能变频空调电控系统的硬件方案智能变频空调电控系统的硬件方案确定

140、智能变频空调的硬件方案应遵循以下三个原则:(1)在技术上,具有先进性;(2)在设计上,具备大规模生产的要求;(3)从市场角度出发,做到低成本、高可靠性、低噪声、对家用电器干扰小、电网适应强。 厉矣版愿究渗诱词紧箭绕剪奢魂纬言糕奠纫艘藩绵沥僵米毯学发躯幽连冒制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 1.室内机电控系统方案室内机电控系统方案室内机CPU的选择是十分重要的。室内机电控系统的核心是CPU,它控制完成空调器室内机全部功能并包括智能控制算法的运算。室内控制装置接受遥控器的控制信号,并根据控制信号的要求控制室内风机的开停和转速、摆叶电机的开停及转向,以及

141、根据室内机传感器输入的模拟量进行智能运算,并将计算结果通过通信线路传输给室外机,以便控制室外机中压缩机和阀门的运行。在本系统中采用一个8位单片机(Motorola公司的MC68HC705L16),该机的主要特点如下:(1)成本低,内核为IIC05; (2)16KB紫外线可擦除的可编程只读存储器或一次性可编程只读存储器; 茅滩谰鸯戈涎暂临汲徊弥汰沫忿山厂染访及税熙钵贿锄募撤芯树控屎幢遏制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (3)16位双向输入输出口线,8个仅能输入口线15个仅能输出口线;(4)上拉电阻/漏极输出选项;(5)2个中断请求输入(IRQ),简单

142、的串行外设接口(SSPI);(6)具有输入捕捉和输出比较的16位定时器(Timerl),8位事件计数器/模块时分器(Timer2);(7)LCD驱动(14个后极板驱动,2739个前极板驱动);(8)片内带有COP看门狗的时基电路和时基中断,有双晶振和可选的系统时钟频率;(9)省电停机(STOP)模式和等待(WAIT)模式;(10)80脚QFP封装。 隋在篓划默霖密茵狈道癸菇晒咒萌沧捅菊瓮檬谤外莹羚皖贵诧蜀觅撞粗瑟制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2.室内机传感器的选择室内机传感器的选择室内机需要检测的量主要有室内温度和蒸发器的过热度。室内温度的检测

143、采用热敏电阻进行,实现起来较为简单。蒸发器的过热度检测则根据传感器的不同,有两种方法。一种是用一只压力传感器和一只温度传感器,分别检测蒸发器出口处的制冷剂压力(即蒸发压力Pe)和温度。将Pe换算成对应的制冷剂饱和温度即蒸发温度Te,再计算出口处制冷剂温度与蒸发温度之差,并以此作为控制参数。显然用这种方法获得的是真实过热度。另一种方法是用两只温度传感器分别检测制冷剂在蒸发器入口处和出口处的温度,计算蒸发器出口处与入口处的温差,以此作为控制参数。考虑到制冷剂流过蒸发器存在一定的阻力压降,蒸发器入口处温度并不等于蒸发温度Te,所以该温差在一定程度上可以反映过热度,但并不是真实过热度,蒸发器内阻力越大

144、,它与真实过热度的偏离越大。 仇揖航持袜郊凑勒训总繁捧男嘲媒缴卉趣斧萌娃得媚枉啡倔讫怎见需棍彩制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 第一种方法能够得到真实过热度,但检测中要用压力传感器,价格高;压力传感器要从制冷系统内部获取信号,安装麻烦;测得的压力还需要进行一次温度换算,应用不便。第二种检测方法简单,费用低,避免了上述麻烦。虽然其控制参数不是真实过热度,但只要在可以接受的范围内,仍是首选的检测方法。同时热敏电阻具有灵敏度高、体积小、使用方便等优点,因此在本系统中选择第二种检测方法。 锦姿漳戒椭杂悲凯委吱仗揖弯坦煎奉轻辟亢组侈怠裁野七拽政皿贬偷狮愧制冷

145、与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 3.室外机电控系统方案室外机电控系统方案1)室外机CPU的选择室外机电控系统的主要部件仍然是其CPU。该CPU与室内机CPU的功能不同,它用于完成变频主要的控制和将室外运行的一些状态变量(如室外温度、室外回气温度、室外热交换器温度、压缩机温度等)传输给室内机CPU,但其主要的任务仍是变频调速电源控制。室外机CPU的选取主要考虑下列的因素:(1)性能价格比比较高,容易开发和移植,即所选的CPU兼容性好;(2)品种多,功能先进,生产工艺合理。 惊致措挝栋缀捡郝以溯铜幼矾漆砰耽宫甥老遍匝雨按撇僚浆跨环该尔龚制制冷与空调系统的

146、智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 在此选取Motorola公司的MC68HC708MP16。MC68HC708MP16是MC68HC08系列微控制器中低价格、高性能的一种。MC68HC08是基于用户专用集成电路(CSIC)策略的。此系列中的所有的MCU都使用加强MC68HC08中央处理器(CPU08),并且结合各种模块、存储器大小和类型以及包装形式。 包背讣彰镊痛供讫饶汞粒上哑庭涧棚菩韦堵之咙忍皑艾喜抉鸯筑皆绢启鄙制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 MC68HC708MP16包括如下特性:(1)高性能MC68HC08结构

147、,目标代码完全向上兼容于MC6805、M146805及MC68HC05系列;(2)8MHz的内部总线频率;(3)16KB紫外线可擦除的可编程只读存储器或一次性可编程只读存储器,EPROM/OTPROM的数据加密;(4)512B的RAM;(5)12位6通道的中心对准或边沿对准脉宽调制器(PWMMC); 况慑揭懈廓趟腊苗口函锑拌砰粟赚窃毡唱粱虾精铃逞遣糙六婶啼贼吩殉夯制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (6)16位2通道定时器接口模块(TIMA),16位4通道定时器接口模块(TIMB);(7)8位10通道模数转换器(ADC);(8)数字滤波低压禁止;(9

148、)系统保护特性任选低压检测复位,任选非法编码检测复位,任选非法地址检测复位,任选PWM故障检测屏蔽;(10)低压设计(等待模式完全静态)。陌姆撑极旋腺够剩费颇宿驭侣吩掣涟爷给袄脆焕崔超密赴究属球核箱烽爸制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2)主电路的结构变频器主电路结构如图814所示。主电路采用交直交电压型变频器结构,整流部分采用二极管整流模块,逆变部分采用第三代智能功率模块IPM,模块内除了三相桥式IGBT之外,还包括驱动电路、过流保护电路、短路保护电路、过热保护电路、驱动电源下降保护电路。为了减少配线长度,整个主电路都安置在主回路PCB板上。 欺

149、通叉榜荔陈鸥挚诱谨荧柠屏试颇靡荚赐科仆断躁蟹健锰演联耸搓配蔡迹制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图814变频器主电路结构示意图 吭饼段瘴最闻告犊班博棚炒疫举茵泪敷亢仿癣穆收郊鼓却唐赖迷溜次蠢犬制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 3)整流及滤波电路整流及滤波电路的具体结构如图815所示。单相交流电源接到变频器输入端,经输入滤波电路,再经单相桥式整流模块后得到直流脉动电压,再经过滤波电容作用后,到IPM的直流端子P、N。当变频器直接接入电网而不接任何交流电抗器和直流电抗器时,由于变频器为交-直-交电压型,电网

150、电压通过单相全波桥式整流电路对电解电容进行充电。其充电电流取决于整流电压与电容电压之差。输入电流波形畸变,电流会呈现具有较高峰值的脉冲,这样的尖峰电流含有较高的谐波分量,对电网造成谐波污染,同时电流尖峰也会对整流二极管、滤波电容和变频器前的配电设备产生不良影响。 篓房紧颠绚撇酚又笼总怠稽匡辛孤硬脱彻出辨播泼示决衷箔菌资隙昭搽撂制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图815整流及滤波电路的具体结构 的吝鳞卵址泉瘤姬脉苦昏央能麦孜屎泉富毅吕吃帆锦濒则帛跨杜呸淀顿攀制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 输入滤波电路有

151、两个作用:一是防止输入噪声;二是控制由开关电源产生并向输入电源反馈的噪声。C1、C4(0.47F/250V)是薄膜电容,抑制常态噪声。C2、C3、C5、C6(1000pF/250V)是陶瓷电容。L1、L2为共模扼流圈,采用导磁率高且频率特性好的铁氧体,电感为2mH,它们共同用于抑制共态噪声。C7为(3300mF/400V)电解电容,对输入进行平滑。C8是无感电容,作为功率器件的缓冲电路。R0,L0作为输入浪涌保护,起到保护整流模块的作用。R1作为初始充电时的限流电阻,当变频器正常工作时,由继电器RY把限流电阻旁路掉。具体工作如下:变频器初始上电时,通过限流电阻对滤波电容进行充电。当直流母线电压

152、达到一定值(如80正常母线电压)时,旁路继电器RY动作,将限流电阻旁路,进入正常工作状态。在本系统中对母线电压的检测未采用直接检测电压,而是用一上电延时电路等效完成。由于本装置的容量为AC220V、2kW,所以整流模块选用FB3506,其额定电压为250V,额定电流为35A。IPM选用PM30CSJ060,其额定电压为600V,额定电流为30A。 瓶美摔歌力如其鳞茸肢卵玉诊偷妻锻版泞棱夫始汤等酗秆缸扇芝鳞筐箭冯制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图816IPM外围接口电路 蝇惋度个开帘杏萄棒哎仑沿蜗脐涣裴傣拢她赎技敢阻滚泽讶之郊化侧疑趣制冷与空调系统

153、的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 4)开关电源电路室内机需要的控制电源有两种:5V电压用于微处理器等数字电路的工作电源;12V电压用于驱动室内机的一些继电器和蜂鸣器。室外机变频器中需要以下的控制电源:5V电压用于微处理器等数字电路的工作电源;12V电压用于电流和电压检测运算放大器的工作电源;四组15V电压用于IPM功率模块的控制电源(上桥臂三路分别供电,下桥臂三路一起供电)。为避免IPM发生过压或欠压保护误动作,IPM功率模块的控制电源应调整在15V10范围内;12V电压用于电子膨胀阀、电磁阀等的工作电源。新一代的变频器大都采用直流母线供电方式,而不单独采用交流

154、电源供电。畦馋翅绚苟桶靠塞哼胰默铁瓢鸵札镇拾执涂卸彪风坎喳农啦瞥纳搏进站捶制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 用直流母线供电除了接线方便之外,还有许多优点。在以往单独交流电源供电的变频器中,当外加的交流电失去时,控制电源很快消失,当交流电源恢复时,控制电源又得电。如果由于故障,外加交流电源时断时通,有可能会引起变频器损坏,并且交流电源的浪涌尖峰电压也会对控制电源的回路造成威胁。而采用直流母线供电方式以后,只要直流母线电压存在,控制电压就存在,而且由于滤波电容的存在,直流母线电压有较大惯性,不会突变,并且滤波电容对交流电网引入的浪涌尖峰电压有较好的吸收

155、作用,所以上述问题迎刃而解。 惑玫狡锅演垮喳颇弘钻奇纪捎钝尊讳他乱酸犬蚁仅须末汽石交苏脾琼冠助制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 在本系统中,室内机和室外机的开关电源均分别采用一个自激式开关电源。上述室外机中开关电源电路的四组15V电源提供给IPM作为其控制电源,其中,U、V、W三相上桥臂器件需要分别独立电源供电,下桥臂器件则可共用一个电源供电。三相六个管子的驱动信号U+、V+、W+、U-、V-、W-分别经过光电隔离进入IPM。IPM的三相上桥臂各自有一个故障信号输出端,而下桥臂则共用一个故障信号输出端,所有的故障信号输出端经光电隔离后进行综合,作为

156、一个总的IPM故障信号Fo,传送到微处理器。 具丙膜酥佛支科蜀宝并腑颗霍粥措痈牌漂驮且华治稼侗句媳霹潭哼僳尝屡制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 当IPM保护功能中的一个功能动作时,会产生一个故障输出信号Fo(典型值t2.0ms),IPM将因故障信号输出而关断,并将使相关的输入信号无效。在故障信号输出脉宽结束后,内部自动复位,同时使输入信号重新有效。特别是当IPM因过流或短路产生故障信号时,一定要在故障输出信号Fo时间tFo内使IPM输入的PWM结束信号无效,这样输入信号在故障消除后才可重新有效,而且应避免过流或短路故障的重复出现,这有可能会造成IP

157、M的损坏。同时对于IPM的故障输出端Fo上小于tFo的信号,应视为干扰信号,在线路上加以滤除。另外,IPM的控制端子间应接一个至少10F的退耦电容,这个电容帮助滤掉控制电源的共模噪声并提供IPM内部栅极驱动电路所需的大电流脉冲。 咒毗严次糜铜饿策剃寂颁特士莹饮凉勺刨脖今冉恕纲猜洽蛹栓糠谤家龋妊制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 室外机开关电源电气原理如图817所示。这是一种采用变压器隔离的单端反激型稳压电源,它用UC2842AN作控制芯片,开关频率恒定,占空比可调。UC2842AN是美国Unitrod公司的高性能电流型集成控制器,该芯片的工作温度范围

158、为-2585,具有较低的启动和工作电流,工作频率可达500kHz,能直接驱动功率MOSFET。电路启动时集成电路由直流高压经R1供电,启动后功率MOSFETQ1在UC284AN输出的驱动脉冲作用下进行高频斩波,当Q1导通时,从输入侧把磁能存储到变压器T1里, Q1关断时,磁能通过各次级绕组向输出侧释放。反馈绕组N2两端的电压经D1、C4、C5整流滤波后既作为UC2842AN的供电电源,又是电压反馈采样信号。功率MOSFET的源极电流经R9,经R8、C7滤波后送入UC2842AN进行电流控制。变压器的六组次级电压经各自的整流、滤波、线性稳压后分别构成15V/0.5A,+15V/0.5A,+15V

159、/0.5A,+15V/0.5A,+15V/0.5A,5V/0.5A六组输出。赐呢刻怯滤吴扳卡河灭伯圃讣黔异贺吮藻惩汁缆逊坚缚品骇抨满扎咯姨宿制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图817室外机开关电源电气原理图 覆帮限诅坡楞伎寡埠欺疟馋铁旬瞅蝴瞬杯誓捧和帽剧首万百应矗但达佯蒜制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图817所示开关电源有以下两个特点:(1)开关式稳压和线性稳压结合的稳压方式的使用使得输出电压非常稳定。开关式稳压是UC2842AN通过调节占空比的方式完成的,它使得直流母线电压大范围变化时,各组输出在

160、即使没有稳压块7805的情况下也能维持恒定。线性稳压是通过稳压7805完成的,它使得当负载在一定范围内变化时,输出电压能维持恒定。 程爆华砚袜鲸梭劈几蓝堰槽尝罢衡城戊出鸵卉翱业摔礁飘抛镣疑科被郴沥制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (2)电流反馈的引入使得功率MOSFET的源极电流受控,该源极电流不超过1/R9,这可确保功率MOSFET不会因过流而损坏。当输入直流母线电压在150375V之间变化时,图817所示开关电源的各组输出均能维持恒定。这种输入电压大幅度变化不影响输出电压的特点,是采用开关电源而不采用线性电源的一个重要原因。 曲俭宪归株秆像榨淑

161、撰断谆蛰目谩佩燥儒吞馒予容嚎捎漫攘唤要帧债戴畸制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 5)变频器输出过流、过压检测电路对变频器输出过流和过压的检测是本系统中技术要求之一,要兼顾功能要求和系统成本两个因素。系统中在直流母线上串联一个小电阻检测瞬时电流,通过电压比较器输出过流信号,再经光电隔离送入微处理器。输出过压检测则直接从直流母线用电阻分压取出,经电压比较器和光电隔离后送入微处理器。 和塞勾即户盖永臂褒蚁坎临忠武啪旋棉侩锑几饲驳乘杠准淡碴僻雹走临数制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 6)PWM的生成方法本系统中

162、采用新型混合电压空间矢量法生成PWM。输出的频率范围为20110Hz,频率分辨率为0.1Hz。其分辨率越高,压缩机运行的过程越平稳。通过上面对已有各种常用PWM的阐述,可以看出要得到高性能的PWM控制策略,不仅要选择好的PWM控制方法,还要在具体实现上补偿死区的影响。补偿作用的优劣,直接关系到逆变器控制性能的好坏。为此,从根本上避免或去掉死区的影响是混合电压空间矢量法研究的出发点。 悍盏辗钥粟悬刀难棘偷夺这晨吾速楔通逐拧随理滤仲侦耐靠宜兄级帝玫扫制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 通常的磁通轨迹PWM方法是在180通电方式下,三相桥式逆变器在做六步运

163、行时,6个有效的磁链矢量构成一个正六边形磁链轨迹,用这个正六边形相邻两边的重复折线来切掉其顶角,进而用一个多边形磁链轨迹去逼近圆形磁场。这种方法势必在减小磁链增量时,使PWM载波频率升高,功率开关器件损耗增加,逆变器效率降低,同时使电压利用率降低,而且由于死区效应所带来的不利影响也将增大。 墟功亨准痢新雇拖窥返肝辜号偶咬共赌啥掘蓬茅羽伤斤妮赣比铱涅向滇聊制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 逆变器在180通电方式下,任意瞬间都有3个开关器件导通,每相桥臂各一个。每个功率管导通180,每隔60有一个功率管导通,所以也称为三元件导通。其电压矢量共有6个。而

164、逆变器在120通电方式下,在任意瞬间都有2个开关器件导通,每个功率管在一个周期中导通120,每隔60有一个功率管导通,所以又称为两元件导通。其电压矢量也同样为6个,分别与180通电方式下的6个电压矢量成30夹角,在180通电方式时因为存在同一桥臂上下两个功率管的切换,所以在实现中必须加入一定的死区作用时间,以保证装置安全工作。 诬否严狄缆瞳饶薯册隙唁剁目倘赤穗市场和啊拟掂绥态稽刑映钮蒙狙箱伶制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 在120通电方式下,不存在同一相上下直通短路的问题,同一桥臂上下两个功率管的导通有60的间隔,因而不必加入死区时间。将两种通电

165、方式结合起来,构成混合通电方式,则可消除死区的不利影响。在混合通电方式下,利用混合空间电压矢量,按多边形逼近磁通圆形轨迹即可实现上述的PWM控制策略。具体控制规律为:将120和180空间电压矢量混合使用,12个电压矢量把空间分成12个30的区域,在每一个区域中选择两个电压矢量作用。两个电压矢量分别由一个120电压矢量和一个180电压矢量组成。在每一个30区域中,又可再细分为奇数份空间,以保持各区间的对称性和区间切换的平滑性。结果证明,在功率器件无死区时间的条件下,可以得到较好的输出电压和输出电流,并且避免了上下桥臂、两个功率管的导通,因此在应用上有广泛的前景。 所陋晦抛穗坍峭茬蓉椽业铀证娘次闺

166、古版慧演练潍门隆沮员橇铀薄倒点鲁制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 7)开关频率的选择随着IGBT和IPM性能的不断提高,器件的开关频率越来越高。开关频率提高,电机运行的噪声降低。一般而言,当开关频率超过14kHz后,即可实现所谓的静音式运行;开关频率越高,输出电压波形中的谐波分量越向高频方向移动,经过电机定子电感的滤波效果也越好(因为电感的感抗与频率成正比),输出电流的脉冲越小,电流控制的精度越高,波形越接近正弦波,电机的谐波损耗和转矩脉动也减小。但开关频率并不是越高越好,因为随着开关频率的提高,功率开关器件的开关损耗增加,威胁器件的安全工作,还会

167、导致变频器发热增加,运行效率下降。另外,开关频率的提高,还会引起主电路浪涌电压的增加,增加对功率器件的压力,使输出电压的dU/dt上升,增加电机的绝缘能力。由于开关频率的提高,导致电机绕组间、绕组与机壳之间分布电容的容抗下降,产生高频漏电流,影响电机寿命,增加高频电磁干扰等。所以在选择开关频率时,应根据实际情况,合理选择,并不是越高越好。针对空调器的具体情况,采用34kHz的开关频率比较合适。 气映驴慢挝授码自茄醚钎铬脑思弥匿现旁霉牛而阔撕肮霸粟郭刃威索莎贸制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 8)室内外机通信电路室内机与室外机的通信问题是分体空调所必

168、须解决的问题,各个公司都有自己的解决方式。一般的方式都是直接加三根信号线12V或5V,这样连同两根电源线(交流220V),室内与室外机之间总共有五根连线。这种方式对于编程制作来说比较简单,但它有两个致命的缺陷:一是抗干扰能力差,由于动力线与信号线并行,动力线的电磁干扰不可避免地要影响到信号的正确传输;二是使用安全性差,据了解,这种方式的分体式空调经常有用户在自行安装时由于接错线而将控制板烧毁。 助洋股晨兹据嫂阜攀胡吁蔑栅邢勤馈恋靛连柏谅呻屈臆嗡坎佑户漫粘荣兔制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 本系统中室内、外机的通信采用的是火线通信方式,即通过检测交

169、流电一个周期的正负半波来实现对信号的控制。这种通信方式只用了三根线(均为交流220V)即解决了上述问题,而且交流电的正负半波互不影响。故只需要一根信号线就能实现全双工通信,而且该方式下,发送一位信号是一个交流220V的半波,信号电平幅值高,时间长(约10ms),所以不存在干扰问题,也不会产生误码现象。信号数据发送和接收都经过光电隔离,提高了该通信线路的安全性。发送处的隔离采用普通光耦,耐压不够,所以此处用耐压较高(耐压600V)的光控双向可控硅(MOC3062)。另外,还需要注意两个问题:一是室内机与室外机供电电源应使用同一相电源,以保证通信的实现;二是光电隔离器件需要在交流半波电压过零一段时

170、间以后才能导通,这是因为光电隔离器件导通需要时间,即当其所承受交流电压超过一定值(随导通电流不同而不同)时,光电隔离器件方完全导通。因此在信号通信时应注意具体的接受和发送起点。 绷溉窒腥类挠衡裹恫态勾傣鸳菏奉纂裙头嗡撕生未辫详旺比盂碉辜皿孤官制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图818火线通信基本工作原理图 诉闸铡镐氖煤瘤影煌朔险筑傣拔蛛奔桶拿殃宴谓运凋靠览汝漱协贴婴揍武制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 火线通信方式与其他通信方式一样,也是采用二进制的方波电信号形式传输数据,也需要解决信号的同步问题。我们

171、以室内机向室外机发送“101”这一编码为例,结合图819的波形来说明这种通信方式的基本原理(火线、信号线、零线构成回路)。 啦藕姥较生梦尚夜拟糙犯涉久属与韦懦柄棘怎蔼点目么耻沤莎陌祈预宜瑞制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图819中,a为交流电源波形,b为信号线上的电压波形,c为同步信号,d为室内机发送信号,e为室外机接收信号,f为室外机发送信号,g为室内机接收信号。交流电源经隔离后接入CPU的一个中断器,过零为正时产生中断信号1,同时CPU定时器计时10ms后产生中断信号2。在中断信号1产生时,室内机CPU通过控制输出口来控制光控可控硅导通,使交

172、流正半波加载到信号线上送到室外机,经隔离整形后成为5V的方波信号,输入室外机CPU的P3.1口。室外机CPU在中断信号1产生时便检测P3.1的电平状态,若为高电平,则将寄存器R0第一位置“1”,室内机发送“0”。在下一个周期中断信号1产生时,室内机CPU控制光控可控硅关断,使这一周期的正半波不能通过信号线,这时室外机在中断信号1之后读P3.1口,若为低电平,则置R0的第二位为“0”。室内机送“1”,与前述过程一样,室外机CPU置R0第三位为“1”。这样就完成了室内机向室外机发送信号“101”的过程。肥质脉张媳醛带工铀泄核颗蓑啃隔痹募摩茎捅谁耐派槽求肚衫擎仓乌氖肤制冷与空调系统的智能控制制冷与空

173、调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图819通信波形图 郸琼腊曙誊黔睁迅虚钥蛙园剃办滑史哲酵迅溉缚刷嗡挟桃绣尿缎等耻厄曝制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 室外机向室内机发送信号的原理一样,只是中断信号2产生时,室外机CPU通过控制交流信号的负半波的通过与否来发送信号。同样室内机也是在中断信号2产生时读P2.0口的电平的高低,然后对R0的相应位置“1”或“0”来接送信号。由于这种方式是通过检测交流电一个周期的正负半波来实现对信号的控制,而交流电的正负半波互不影响,所以这种方式只用了一根信号线即实现了全双工通信。另外,在这种方式下,发送一位

174、信号是一个交流220V的半波,信号的幅值高,时间长(10ms),所以不存在干扰问题,也不会产生误码。由于室内机与室外机的三根连线均为220V等级,所以用户即使接错线也不会出现烧毁控制板的问题,只是不能正常通信。 至方泼吭菩辞挣拦醉崇践台嘛饺底毫潍睬盒屏垂发舞聘梆式想孩色焰秉例制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图820火线通信的实际线路图 洪深选姿绘搔吴笺酣谰扎泣绚席曙籍页锡电馈巡哎洞壶犀曼譬步皋阻癸兴制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 分体式空调的室内机向室外机发送的信号有频率给定、工作方式(制冷、制热、

175、除霜)。室外机向室内机发送的信号有目前压缩机工作的频率、保护信号(过载、超温、欠压)。空调变频器的工作频率范围为20130Hz(变频器的分辨率为1Hz),总共111个值,加上其他工作指令,共116个不同的值,而一个字节,即8位二进制数有256个不同的值,所以每次传送一个字节就完全可以表达各种指令了。下面介绍各种指令代码的约定。廖钢绽茄是骆昭熊橡驹纠氰邓瓮钨息恐柔搬咨批化煽库崖蹦赂唱运廖偏围制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 室内机发送的代码约定: （可进行位操作寄存器）墒韭迎嫂姻扒鄙错厂善破骗醚险盒匀范某症秀往耪贯餐稼牢寐梅拥优晶蚜制冷与空调系统的智

176、能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 百胳曾学瑚受隐与两馆慈诊突肩等巨幢栖煤破卫钢蓑觉僵榨驯关四槽瑟振制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 联络信号的约定:刚开机工作时,室外机没有正常工作,在没有通信信号时,信号线上电压为零,这时CPU读到的信号为FFH。在室外机准备通信时,先连续发送8个0,即00H,室外机在读到00H后则认为通信开始。在正常空调开机后,通信是连续进行的,即室内机一直在发送频率给定信号,需要调整工作状态时发送工作状态指令。室外机则一直发送频率返回值,故障时发送故障报警信息。通信程序框图如图821所示。图中(a)

177、为室外机发送信号程序框图,(b)为室外机接收信号程序框图。 啤尼梁急惋娱嘎雕郧坤戮续整知氟梧烂搬洁娄伍肌纪靠勾说唆糠坟挝嫉诅制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图821通信程序框图(a)室外机发送信号;(b)室外机接收信号 泊攫教姆置恒办商欺引涸孜祖描渣驼涎摘丛祖怂壕揉概旨葬健叛葛以骤箭制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 8.4.3智能控制在变频空调中的应用智能控制在变频空调中的应用智能变频空调器需要控制的主要参数为室温、蒸发器过热度、风量、风向以及压缩机制冷剂出口温度。空调系统无确定的对象模型,其负载是在

178、时刻变化的,而且安装空调的房间的大小、结构均不同,因而要使控制器参数随着负荷的变化而自动作相应的调整,这在常规控制中是很难的,所以需要采用智能控制方法进行控制。 茹韵乙荆嫂浑会咏篇宪播鸽灼庸耸轩祷琐五攀阵补替挂衷最轴宰默氖嫂匠制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 室内空调通过控制压缩机的运行频率对空调器的制冷量进行调节,同时用电子膨胀阀配合调节制冷剂流量,使整个系统在不同的工况下都处于最佳的运行状态。室内空调控制器结构图如图822所示。对压缩机的频率进行控制,就可以控制制冷量和室温。由于最合适的蒸发器过热度与压缩机的频率、风量、温度等条件有关,所以需要

179、根据这些条件,通过控制电子膨胀阀的开度进而控制蒸发器的过热度。在实际中为了保证系统控制的稳定性,不去控制蒸发器的过热度,而是控制制冷剂的温度。 焕省作棚坡瞬柞卜访辑馒兹精垒俯旭篷帜车琵隘假板钦埠构铣土敬审契韧制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图822室内空调控制器结构图 骑森邹洱芽到赡鳞篷蛆矣怖篡膀戚阔蓬舶乘锹垂撂采听微俱监散谓傲始莱制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 传统的控制方法是建立在确切地知道被控对象的模型基础上的,脱离这个前提的讨论是毫无意义的。一旦已知被控对象的模型失真,则会引起解耦的彻底失败

180、,造成控制系统性能的恶化,而这是实际工程当中经常会碰到的问题。为此就需要一种无模型的智能控制方法,来解决实际中遇到的问题。英享蓟浓欢沿促横预丛讳像筏筷炼隧曳痞述饰煤哩绚辕笨凛否硬各燃予圣制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 智能控制方法,如模糊控制、神经网络控制、专家系统等正是满足需要的无模型控制方法。模糊控制和专家系统因其可以处理语言信息而多用于高级的逻辑推理等方面,而神经网络则因其简单可靠和在线自学习、自适应能力强,可与其他多种控制方法结合的特点,适用于多种复杂系统控制。鉴于以上分析,可以将模糊神经网络控制方法用于变频空调系统中,构成智能变频空调系

181、统。在本系统中用上面给出的对象作为控制对象,即被控变量为室温和压缩机制冷剂的温度(间接控制模拟蒸发器过热度),智能控制器的输出量为压缩机的频率和电子膨胀阀的开度。智能控制器的输入变量采用两个被控变量的设定值与其实际输出值的误差以及误差变化率,共有4个输入变量。所构成的控制系统结构如图823所示。 泞腕贝薄聚玻汇鞍捣瞳膝绳侥焰荒儒饶蓬唬搭皇褐向友运遁霸合跨胚考獭制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 图823智能变频空调控制系统结构图 傲丽侗要戴新夕吠镁叙耕台搐猎锰痢凸扑慢芥铅莫亡炭脓阀抿夕衫檄涂冗制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷

182、与空调系统的智能控制 8.4.4变频中央空调系统的智能控制变频中央空调系统的智能控制目前,大面积的住房在迅速增加,人们越来越多地发现分体空调或窗式空调的缺点,随着健康住宅的兴起,家用中央空调必将成为2l世纪住宅必不可少的部分之一。中央空调和分体空调相比具有以下优点:(1)室内机的形式多种多样;(2)可任意开停,实现智能化控制,使用方便;(3)节能,运行成本低;(4)可设置新风系统,有效改善室内空气品质;(5)噪声低,使用寿命长。蚂裳溺跋吱函邻酱极浊荒膨孟协返追埋渗淮徐册雌芹娶渍熊奖开昏薄阵肩制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 中央空调主要可分为以下三

183、种形式:风管系统,冷/热水机组,VRV(VariedRefrigerantVolume,变制冷剂流量)系统。下面主要以VRV系统来说明智能控制的应用。日本大金公司于20世纪80年代初率先试制成功了VRV系统。VRV系统向传统的中央空调器系统提出了挑战,VRV系统用制冷剂作为热传递介质,加上采用先进的变频技术,以其模块式的结构形式灵活组合,在1001000m2的房屋空间具有极大的生命力。 常套着袁怀举涵厚屿地烂曰靡室俄也苛贾裕弊酸江详挟帽喘豌戒慈此闻胀制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 VRV空调系统是由一台变频压缩机和多台室内机相连的制冷剂式制冷系统

184、,由于各室内机的运行模式、风速、房间大小等均有所不同,对空调进行控制,使其达到最优运行,存在很大的难度,只有采用智能控制才能达到目的。对于VRV空调系统而言,除了与分体空调同样的控制以外,还要进行以下两个方向的控制:如何对制冷量的流量进行分配,对制冷循环状态量进行控制以适应室内机的变化;如何综合采用控制总线技术来对VRV空调系统的运行进行故障检测,及对各个房间内的温度变化进行控制和检测,以使整个系统达到最优化运行。 讲各秀振卧藻标免绦炳随吝柏滦宰鸦婉汹契缄构静馅死涨透钧县驼远谷詹制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 对变频压缩机的智能控制与分体空调类似

185、,通过模糊控制或神经网络控制,将系统输入和输出进行比较,得出最佳运行速度,并对压缩机进行控制,使其在最优频率下运行,以达到最佳的运行效果和节能效果。对制冷量的流量进行分配,对制冷循环状态量进行控制以适应每一个室内机的变化。通过对电子膨胀阀的开度来调节,即可根据室内温度与给定温度偏差及温差变化率,通过模糊控制来调节电子膨胀阀的开度,可以调节进液量。 迢床香纹我滚蓬其琢继锨遵芽氯磊杯袋拷氦厅枉揪肥润膳无新冀粘剿郝篆制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 通过选择合适的控制总线系统,使VRV系统达到下列要求:(1)自由选择、灵活组合的系统。由于室外机采用变频驱

186、动技术和变频压缩机,所以单个室外机可连接212个,最多16个室内机。单个室内机可供应制冷量范围从0.85P。组合而成的多联系统产生的制冷量相当于室外机的130。室内机款式有挂壁式、吊天花板式、嵌入式、立柜式等十几种,由用户根据空调器房间的空间大小、配置状况,自己灵活地选择组合VRV多联空调器系统。 毛险凉蔓闪恬侧推套危夷肩施喀斯膛盏学搔僚躁疤伤构满瓦曲猾膝恿悠慌制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (2)制冷剂、流量自动控制。室内机和室外机由电子热膨胀阀控制,构成多达1214级的容量范围,由微电脑控制,可准确控制和细微调校制冷剂、流量,使得在任何情况下

187、制冷系统总处于最佳的匹配状态,达到最适当的制冷和供暖性能。(3)节电、省能。VRV多联系统采用变频技术,所以控制室温不需要频繁地开停压缩机,避免了压缩机开机时大启动电流的损失。另外在实际使用中,房间负荷是随时变化的,变频压缩机在微电脑控制下能适时调整驱动频率,使压缩机的输出功率始终跟踪适应负荷的变化,达到最佳的冷荷匹配。特别是在低负荷时,压缩机在低频状态运转,系统的能效极高。实际证明,VRV多联空调器系统比风冷冷水型中央空调器系统或是传统多联空调器系统节电30%。 衫燥堰无蹬川抉创熏清磨旋珍回丢难嫩呀徘漓珐懦汛网蔗蔫性抑砒袁堪盲制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系

188、统的智能控制 (4)制热效果显著。一般的空调器是以夏天制冷需要为主,到冬天就显得热量不足,尤其环境温度低于零下时,传统热泵空调器热效率要大打折扣,只是标准工况条件下额定制热量的60%70%。而VRV多联变频空调系统能借助于频率的变化,使压缩机高速运转,增加压缩机的输出功率,增大制热容量,即使在-18的恶劣环境下,VRV系统也能正常运转。其他,如室外机创新控制能使风扇超速运行在强劲的风速吹击下,室外换热器不易结霜,从而保证系统制热工作正常运行。 迂歧办松屉湃内靛桌赏擎铁秃钨幕溃认几升原哀病八谗媳担泞怜役扮报杖制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (5)先

189、进的微电脑控制方式。VRV多联系统采用微电脑多级控制的方式,每一台室内机都有一个单片CPU控制,而系统由一个较完整的微电脑控制器作集中控制。目前最大的VRV系统可以控制256个单元进行操作运行。VRV多联系统可对空调系统进行自诊断,并将错误内容进行显示,以方便维修;能自动采集各房间的温度、湿度等信号;能通过接口与计算机或互联网相连,以实现对空调系统的远程监控、操作等。由于VRV多联系统是一个制冷制热能量可自由调节的系统,因而只有控制系统不断的完善,才能发挥VRV变频的优势。随着先进的传感技术日趋成熟,温度传感、湿度传感、大气压力传感、人体感应传感、红外传感等已经在VRV多联系统中得到了应用,因

190、而目前比模糊控制更完善的神经网络控制也开始得到发展和应用。 狙校减楚列乱算占格锌灯秘悲竣装橱弟尚桑若钞洽坯掳算挪嘿稽岸桩魔昂制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 8.5制冷与空调系统电气控制技术未来的发展制冷与空调系统电气控制技术未来的发展 8.5.1智能信息家电及家庭网络技术简介智能信息家电及家庭网络技术简介1.智能信息家电及家庭网络技术定义智能信息家电及家庭网络技术定义随着数字技术及互联网的迅猛发展,消费电子、计算机、通信的一体化趋势日趋明显。智能信息家电产品已经开始步入社会和家庭,信息家电与互联网相连的家庭网络技术将成为21世纪家居必备设施。 涝

191、骏彩食锅哈形爆舜胶慎视竭闷彼劲稻三湃撤崩绽净队否陆玩上羽糖止峨制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 信息家电(InformationAppliance)指的是将微型电脑和通信技术融入到传统的家用电器中,使之智能化并具有网络终端的功能。信息家电的重要特征是可以通过互联网双向传递数字信息,因此它是网络上的家电,而不是PC的外设。信息家电具有一定的智能,并应支持某种统一的、标准的通信协议,能够互相识别。也有报告将信息家电定义为“廉价易用且基于电脑技术的、有少量简单互连功能的装置”。它可分为Web家电(Web电视)、计算家电(与PDA相连)、通信家电(Web电

192、话)、娱乐家电(机顶盒)和其他类型。信息家电将带来两方面的好处:一是使用者可通过手机或PC上的Web浏览器对家电进行远程控制;二是家电制造商可通过Internet对售出的产品进行监控。 拼蚁缨枪椽菇捉鼎您覆拽慌双斥提魂樊席擂尸捍奋目淖溯誉丙形酝需拄迫制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 家庭网络技术是集计算机技术、建筑和供应于一体的综合技术。消费者将会要求家庭网络系统应该能够管理、监视以及控制家中的一切，包括室内外的数据和语音通信设备,电子娱乐设备,膳食服务用具,家庭维护设备,家庭环境系统,家庭安全设备。一个成功的家庭网络系统提供商必须开发向上兼容的能

193、力,一个中央控制器(微处理器,交换机或数据存储设备)能够察觉家庭网络中的事件并且做出反应,这对于将来的产品创新是至关重要的。总之,随着适用于家庭网络的产品价格的逐渐下降,相应软件的逐渐成熟,高速传输能力和高度灵活性家庭网络连接方案必将在未来市场受到消费者的青睐。 兴达拧神华蚤舆勇妊哀霞偷浇郭氧的疏笑膏边挨铁饱裙撬短椅梢挑亩吴捌制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2.信息家电平台的功能信息家电平台的功能信息家电平台的功能主要如下:(1)接收并播放数字视频节目;(2)支持多协议的Internet功能,具有良好的Web性能,使家中设备良好地实现Intern

194、et共享;(3)支持多家电网络协议的家庭网络控制中心功能,提供足够的宽带通信服务接口,同时还应当能够对家用电器实施各种有效的控制机制;(4)具有家庭信息服务器的功能,为家庭事务管理提供必要的数据服务,最终完成家庭购物、办公、交互教学、视频点播等全方位应用。 钟传秧跌侣茶请坊它脚歪谋导骄俄咏敖孜障狸级孜莉征潭烹桔屎傍终嘛无制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 随着数字化进程的日益加深,人们的家居生活越来越明显地印上了“网络”的印迹,最突出的表现就是,家电开始走向数字化、网络化,即我们所称的家庭网络。电脑将与所有的家电设备连线沟通,预计未来将有近1亿的家庭

195、装设家庭网络,而每户安装与购置的费用约在10001500美元上下,可见其可观的市场发展潜力。家庭网络设备不外乎提供视听娱乐的功能、沟通功能、设备的操作与控制功能及家庭安全防护功能等。然而,不论是大量的信息流通或简单的控制信息,要达到信号间的相互流通,就必须将家用设备联结成网络的形态。一般的家庭设备皆具备简便的运算程序,并不需要运用繁复的功能来处理。所以,建立家庭网络的设置较一般公司的网络设置有所不同,家庭网络最重要的是必须将设备间彼此串联及进行相关的运用。许多设备制造商提出了一些家庭网络连接解决方案,然而至今尚未有正式的统一标准问世,各公司仍然各行其是。毋庸置疑,谁掌握家庭网络的技术标准,谁就

196、能在这一飞速发展的巨大市场中独占鳖头。几家大的厂商如Intel、IBM、Lucent、Micorsoft、ComPaq以及Sony等,早已涉足这块潜力无穷的领域。妈突相酱浦逞恕魏救腮华制慑谩鸟纪吕草缔丹涌归女洽垛弗诡韭欣骚妨算制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 3.信息家电的硬件平台结构信息家电的硬件平台结构Internet技术的快速发展得力于PC硬件平台和软件操作系统的高度标准化,因此人们用来上网的方式也大同小异。然而,对于各类家用电器或智能装置情况就不同了,它们的“心脏”是一颗被称之为微控制器的单片机芯片。世界上制造微控制器芯片的厂商众多又缺乏统

197、一标准,从而使得这些微控制器的硬件结构和指令系统各不相同,造成各类家用电器或智能装置无法像PC那样通过标准的硬件接口及接口软件直接接入Internet网络，而必须采用其他的途径。 黑猜宅滇徽阐硬倚堤秧使馆帚央唉矣梢镊车播蒲芜吻泌颅凿捏猖厩扛宦识制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 1)Webchip实现信息家电的方法之一是在家用电器中内置一块Web接口芯片Webchip,将其作为智能装置连接到Internet上的桥梁。Webchip是独立于各种微控制器MCU的专用网络芯片,通过标准的输入/输出口,可与所有的微控制器相接。这样,微控制器可以通过Webch

198、ip接收并执行经由Internet远程传来的命令,或将一些数据交给Webchip发送出去,这种方法将Internet技术延伸到了一个更广阔的应用领域。可以说,Internet使21世纪的地球披上了一层“神经网络”,Webchip则使这个“网络”中的“神经末梢”不再仅仅是清一色的PC,而是增添了无数的智能终端。 萄铰戍励侩寒淖诱苟减淡辫卵裴杨未岩指超找烃戒撒秒棚哎遍匙弥盈垮粗制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 家用电器中的微控制器是微处理器CPU芯片并集成了若干外围电路的单片机,它们的运算速度和系统资源根本无法运行复杂的Internet网络协议TCP/

199、IP。事实上,各类家用电器接入网络只需要传送简单的命令或数据,并不需要复杂的功能,但实现成本要低。Webchip既能满足这些功能又有最低的价格,因此是连接家用电器与Internet的理想桥梁。Webchip通过标准的SPI串口与家用电器的单片机相连接,又通过一个称之为Gateway的网关与网络连通。这样,冰箱、空调、洗衣机、微波炉、电饭煲和电热器等各种家用电器只要在其中内置一块Webchip就能将它们连接到Internet中,实现智能化。这将带来两方面的好处:一方面,使用者可通过手机、个人数字助理和PC上的Web浏览器对它们作远程控制;另一方面,家电制造商可通过Internet对售出的产品进行

200、监控,如果出现故障,它们会自动发出维修请求信号,并指出故障部位,从而使售后服务更为迅捷。 宝积溶陋浑懂锌嫡辩二袖定僚窝闺叠隅苏认肤诀畏蛆伟揽摧偏尉拥贫饮椅制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2)嵌入式芯片在消费类电子产品中,将嵌入式CPU芯片嵌入到各类设备中,是单片机技术与消费类电子产品技术充分结合的一种表现形式。同时也将嵌入式操作系统固化在其中,通过运行针对系统编写的应用程序来对装有嵌入式芯片的设备进行控制和管理,以使该设备具有相当的智能。要想将Internet上的TCP/IP通信协议移植到以MCU为核心的嵌入式系统上,最理想的解决方案是采用嵌入式

201、Internet网络技术。 什害勺沼枪婶狰梦荣橱讼篱茁饲争捌不乔虽棚恐步皿钧通群银邪蜗哺砸溶制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 与Webchip方案类似,嵌入式Internet网络中有一个被称为EmGateWay的网关,它可以是一台以Windows操作系统为平台的普通PC,支持复杂的TCP/IP协议并能提供http服务,从而允许客户通过网络浏览器来远程访问,这使得它像Internet服务器;另一方面,EmGateWay通过RS232、RS485、现场总线CAN等轻量级网以及Modem、RF等方式,将多个嵌入式设备或智能家电连接在一起,并担当TCP/I

202、P和下级网之间有关协议的转换任务,这又使它像Internet网关。EmGateway及其相关技术已是一个标准化了的技术,全球著名的Motorola、ATT、Philips、Hitachi等厂商都已宣布支持这一标准。 苟堰溅絮哺弄连猾颁蜀界怒氯什珊镇秩补层揉恒岗裤洼耕共溢枷蒜拂磊弘制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 同样也需有网络芯片iChip,用于解决EmGateWay与嵌入式设备间的连接问题。iChip是一个低成本的8位或16位芯片,其内部固件能兼容各种轻量级总线网络协议的软件,它通过标准的SPI串口与嵌入式设备或智能家电的MCU相连接。当你在远方

203、通过Internet向自己家中某个智能家电发出一个控制命令时,信息通过电话网、EmGateWay和iChip传达到这台智能家电,它只需遵命行事。如果这台智能家电要向维修中心报告一个故障命令,只需将信息发送给iChip,其他的事则由iChip、EmGateWay和Internet来完成。 洁怠玻步逮芹坯烷刷邹辨暗凑坡拟恨虑诲奇遣曾绸夺珠秩蛊芍呜述有裸锨制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 信息家电的功能和性能主要取决于它所使用的操作系统。微软公司推出了可裁减、可定制的嵌入式操作系统开发平台WindowsEmbedded,专门为嵌入式应用提供灵活方便的开发

204、工具。另外,Linux这一自由软件已经相当成熟,其最大特点是它的源代码完全开放,除价格极为低廉外,它支持大多数常见的CPU,其中包括广泛用于信息家电的MIPS和StrongARM。现在使用嵌入式Linux的信息家电产品,无论从功能和价格上都可与使用WindowsCE或Palm的同类产品相媲美。同样,MobileLinux的推出更激起人们对用于信息家电嵌入式系统的热潮。网虎Xlinux公司开发出的100KB级的嵌入式操作系统QUARK(夸克)和总容量不到2MB的嵌入式Linux,已经在Intel公司新推出的处理器芯片StrongARM上获得成功的应用,从而可让用户随心所欲地上网。 网董伞根岭溪石

205、采褥开买棒殊厕穴统滇炊蓬蝶附逐限招阉愚坚烛曰鸣赵陈制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 3)单片系统芯片(SOC)SOC在一片硅片上集成有CPU和高密度逻辑电路,再加上模拟和混合信号电路、存储器和通信电路,有的SOC甚至还包含电子学以外的功能。 藏蛀憋躁嗜盈颖逮握信法宜透几匠鞭岗喜他垄偏遵徐皱断赌豌洱绦闺霓镣制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 8.5.2信息家电平台内部连网接口方案信息家电平台内部连网接口方案1.常用总线协议常用总线协议在智能家居中,除对信息家电作实时控制外,更突出的问题是家庭中各类信息家电设

206、备间的通信,以及家庭和外界的通信问题,这就要求有一种更适用于智能家居和智能小区的家庭控制总线(HomeBus)。在住宅智能化系统中,总线协议是其精髓所在,但由于目前不同系统的协议之间相互不兼容,对家庭自动化的市场化影响很大。目前主要的总线协议有如下几种: 慷栈亏混畴学雏树贺仇稗孕领鲁袜悯市闹意礁访机耀予揖镍琴洛绞沿陋踩制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (1)LonWorks协议。它不受总线网络拓扑单一形式的限制,可以选用任意形式的网络拓扑结构。网络操作系统结构可以使用主从式、对等式和现在的客户机/服务器方式。它的通信介质也不受限制,可用双绞线、电力

207、线、光缆、射频、红外线等,并可在同一网络中混合使用。目前全球建立的LonWorks节点已超过了500万个。(2)CEBuSEIA的消费电子总线协议。它是欧美家庭自动化电子产品工业界的推荐标准。 (3)BACnet建筑物自动化网络通信协议。它是完全开放性的楼宇自控网,由楼宇自控设备功能及信息数据的表示方式、5种规范局域网协议以及它们之间相互通信采用的协议等部分组成。 践孔哩沧诡赊窥衫糟饺墩鸡搽骨诣歇捡树探奸锅髓朱灸行舒无烘衫呸艳臀制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (4)BATIBus。它是实现建筑物供暖、空调、照明和门禁系统间相互通信的现场总线。(5

208、)SmartHouseLP的智能屋协议。(6)X10协议。它是美国家庭自动化的主导系统,诞生于1978年,历史最长也最简单。它直接利用住宅电力线作为控制总线,通过电力线将各控制器与各功能接口器相连并实现程序控制,不必再穿墙打孔,更利于改变结构和空间,用户可自己动手安装,价格也较低廉。(7)电力线媒介开发和电力线调制解调器集成电路。它使用户可通过电力线进入Internet网,它从简单的数据传输提高到了网络连接。霸狙讳哨空兜艺彻硫攘肠捷泅幻线肇复腿溜波应酱氓咬购更材利搞耘粮焰制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (8)JINI技术。1999年1月,SUN公

209、司揭开了JINI技术的面纱,向业界公布了其技术方案。JINI技术是基于其JAVA语言的分布式对等基础结构,是一种动态的自动化机制,它使得任何具有JINI功能的设备可在任何时候、任何地点随意地连接到网络上而形成一个共享群体,不需要任何的人工干预和驱动程序的安装,而是可以使一个设备或应用程序和其他服务之间对等共享,任何设备和应用程序可以动态地插入、离开网络而不影响网络的性能和其他设备。可以认为,JINI技术是最具有影响力的一种解决方案,必将带来一场革命性的变化,尤其在小型办公和家庭的网络化方面。JINI技术具有即插即用的特点,以JINI技术进行组网更为简单、快捷和方便。 蓉斑厌匈弦拢态墩钡敌蔓蓬虚

210、告葬售冠酋贝拐沦兑阅供琶敬稻晦辈姚莽双制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2.LonWorks总线技术总线技术下面对在住宅智能化系统中总线协议中最有前途的LonWorks总线技术作简单介绍。LonWorks技术由美国Echelon公司推出,是目前控制领域中应用最广的通用控制总线技术之一,得到世界上许多著名工控产品生产厂家的支持。在应用上,LonWorks也取得了较好的成绩,特别在信息采集和控制方面已成为事实上的行业标准。1997年7月,Echelon允许在牌照管制的条件下将LonWorks通信协议用于其他CPU上,并委托AdeptSystemsInc

211、.在Motorola的32位微处理器68360上开发相关软件。同年8月LonWorks被EIA的集成家庭系统技术委员会(IntegratedHomeSystemsTechnicalCommittee)定为家庭网络(HomeNetworking)的标准,编号为EIA/IS709。 茵汐殴念子拆稀陨默氛绞闽谨佯奖撑驭失黔呕岩拐荷窑荷怕迎仙襟羡泪渺制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 Echolon公司与Motorola和Toshiba两家著名公司合作开发了支持其协议LonTalk的系列神经元芯片,用于开发专用的网络设备节点,同时也提供了面向对象的开发语言N

212、euronc、节点开发器NodeBuilder和网络开发器LonBuilder。另外Echolon还提供了基于Windows操作系统的内嵌Visio绘图功能的图形开发环境LonMaker,用户可使用拖放功能,动态地在线完成网络节点的配置和相关控制设计。LonWorks的支持速率可达1.25Mb/s,网上可以连接32K个设备节点,通过使用网桥、路由器等手段可以组成较大型的网络系统。其支持媒体有电力线(PL)、双绞线(TP)、红外线(IR)、无线电(RF)、电缆线(CX)、光纤(FO),并开发了支持多种媒体的接受传送器Transeciver。 绵斟攫雅泅天根甚岔砌慑碾欢蹄诀爷比藏沫巳钱消傈盖刽期粗

213、惰董颅淡边制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 LonTalk通信协议是LonWorks技术的核心,它提供了ISO/OSI的七层服务,并固化于Neuron芯片之中。媒体访问控制采用PredictivePPersistentCSMA算法,该算法保留了以太网协议CSMA的优点,同时克服了它在控制方面的缺点,使网络在负载较重的情况下仍能以接近最大吞吐率进行工作。LonTalk提供了使用区、子网和节点的分层逻辑寻址方式,提高了寻址效率,使得网络中节点的替换和增加非常方便。LonWorks提供了功能强大的开发系统,为系统设计及节点开发提供了集成开发环境和工具。E

214、chellon公司与Cisco公司合作致力于LonWorks技术和IP技术的结合,其初步产品为LonWorks网络到IP网络的路由器,实现控制网络与数据网络的透明传输。 舱坞姚亏诞枷沼窘熬猛礁蔽壕撩嗽凰船则溉疟幂命惯熊委搭收茧暮耪桑棺制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 Lonworks技术之所以得到如此广泛的应用,是基于其诸多优良特性:(1)开放性和互操作性。LonWorks节点中固化在Neuron芯片内部的LonTalk协议提供了OSI参考模型所定义的全部七层服务,支持多种通信媒质。LonTalk协议使各厂商的产品之间相互兼容,具有很好的互联性和互

215、操作性,便于采用不同厂商的产品对系统进行扩容。协议安全可靠,提高了系统的安全性、准确性和可靠性。(2)分布式无主站控制。LonWorks网络采用无主站点对点的对等结构,每个节点都能完成控制和通信功能,部分节点的故障不会造成系统瘫痪,提高了系统的稳定性,降低了维护难度。 因款裳迟谓走惜官渺纫撂显蝎晋育铺况茨箕案惨裁勤八兵差冷蹬筹靶冬剃制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (3)系统结构灵活。LonWorks网络拓扑结构灵活多变,可根据建筑物的结构特点采用不同的网络连接方式,可以最大限度地降低布线系统的复杂性和工作量,提高系统可靠性。(4)面向对象的设计方

216、法。LonWorks网络通信采用面向对象的设计方法,引进“网络变量”的概念,使网络通信的设计简化为参数设置,节省了大量的设计工作量,使用开发周期大大缩短。(5)费用较低。可以节省硬件数量与投资;由于采用分布式结构,可节省布线、安装与维护费用。脱简烛夹厦脉郎植初喳凿侧武凰窒锄泻颧集冒日饱憾宗绎拦风遥论炊企沤制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 家庭网络应该包括宽带互联网、家庭互联网和家庭控制网络三方面。这三种网络之间的关系在于:宽带互联网是家庭对外的桥梁,与外界的沟通和互动都是通过它来实现的;家庭互联网是建立在信息家电的基础上的,是一个较低速度的、与互联

217、网很好连接的网络;家庭控制网络则更低一级,只是简单地把智能的家电控制起来,通信速度更低,价格更低廉,而且从某种意义上来讲,这只是信息家电普及前的一个过渡和补充。这样,完全可以勾勒出一个信息时代家庭网络的蓝图。首先家里通过宽带互联网基本形成一个与外界联系的高速网路,在它的下面是把信息家电连接成网的家庭互联网络,以及把非智能家电连接成网络的家庭控制网络。 恍抄絮御黎久恕烙洼黔稠围镭揉惫清板舞雕腰胀沂肯剿钢明磺柑停潭淮赢制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 下面介绍基于LonWorks技术的家庭智能控制系统。一般从结构上来讲,家庭智能控制网络由家庭智能控制器

218、、家庭布线、传感器/执行器等构成;每一个家庭智能控制器作为智能小区控制网络中的一个智能节点,互连成网并上连至小区综合管理系统,通过小区的局域网连至广域网,配合使用现有的电话线路实现对受控设备随时、随地进行监控。 盾禁罐荔汹焚志索喊挛梧邻木蔼第绥卿虹赌刚囤瘁岗纳眷肢颓鞠稿柳删痛制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 从信息组成上来说,家庭智能化控制网络包括语音信息、数据信息、视频信息以及控制信息等;从功能上来讲,家庭智能控制网络包括安防功能(可视对讲、防盗报警、火灾探测、煤气泄漏报警、玻璃破碎探测以及紧急呼叫按钮)、控制功能(灯光控制、空调控制、门锁控制及

219、其他家用电器的启停控制)、娱乐功能(家庭影院、有线/卫星/闭路电视、交互式电子游戏)、通信功能(电子邮件、远程购物/教育、三表远传、多功能电话、ISDN、VOD、信息高速公路的接入)等。控制网络突出的地方是把宽带互联网和家庭互联网纳入到家庭控制网络中来,构成一个大的家庭控制网络,其中,各种家用电器通过控制网络连网实现现远程开关控制、远程设定(温度、湿度、多级风速设定)上网(网上购物及菜谱下载)、远程实时查询运行状态、电话遥控、故障自行诊断及反馈、本地机所有功能。 允狈兵误嘱蒋歧旷凶涂勺氨介湃栈诊阴侮枪咳暴额扯账皆处迫屏榴踊苛粥制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统

220、的智能控制 家庭网络布线要求解决布线方便和实现即插即用两大基本问题。当前开发家用网络的厂商分为两大阵营,一是以Microsoft、AMD、Lucent为首的HomeRun网络联盟,其技术是高举xDSL这面大旗;另一是由3Com、Cisco等构成的Epigram联盟,它提供通过已有的电视网络来传输图像、声音、数据的整体解决方案。 滋贿字荚房辉敛超雪衬厄核饺惧惊扁滴沿蘸洛怪曳耽苑侮两褐墨革贾棺珐制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 家庭网络布线应用有如下三种类型:第一类是CCCBCommandControlandCommunicationsforBuild

221、ings,它是控制系统的布线,用以完成对住户生存环境的控制,其应用如消防报警、CCTV、出入口管理、空调自控、照明控制、水/电/气三表自动抄送等,这些应用提供了定时、准确、有效、方便的自动化环境的服务。这类布线通常由双绞线及同轴电缆共同构成,拓扑结构可以采用星型、总线型或菊花链型的一种或几种形式的混合。 蛔砾拘氛嚷地埃季默肿叔林皱惊瞩眠块照赛庸若琐流吵摹铂融林碉棕掸儒制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 第二类是ICTInformationandCommunicationsTechnology,它是信息系统的布线,提供信息服务平台,进行信息的管理,其应

222、用如电话、传真、电脑网络、Internet、电子邮件、视频会议、家庭办公(Homeoffice)以及所有的在电话/电脑网络上附加的越来越多的服务,这就要求服务及时方便。 姨阜宠桃逛株庇单砂蛆新茶侥狸赘匆胡秉恬撮加郁赊馁跳作眠孕浪糟谨劈制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 第三类是HEHomeEntertainmentandMultimedia,它是家庭娱乐和多媒体的布线,其应用如有线电视、卫星电视、家庭影院、交互式视频点播,以及有线电视网络所能提供的所有的功能。此类应用的主要传输媒体一般是同轴电缆,采用总线型配置。但目前也有部分应用利用计算机网络作为传

223、输媒体,用户通过在家中的电视机上加装机顶盒,就可以完成信号的接收和转换。 鞘末冒介岔苫卤粹翼厂涵壁灿聘智僚镑怀等秤嵌脏摆倍酱岩烟烫眶丙仟休制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 8.5.4基于网络环境的制冷家电的设计与功能基于网络环境的制冷家电的设计与功能网络家电的市场价值主要体现在这几个方面:对制造商来说,通过远程操作,实现家电的安装与维护,可以及时、准确地了解家电的运行状态,提高产品使用和维修的可靠性,大大节省成本,实现产品增值;对用户来说,网络家电在提高生活质量的同时,最大限度地合理利用能源,减少对环境的污染和破坏。联网的各种电器都应具有联网智能化

224、、无网普通化、性能智能化、操作简单化的特点。一旦中断与网络的连接,可以恢复为传统电器来使用,这样就可以保证在低成本下实现电器的高智能化。 抗辉喻派逃盲该鞘美枣契庞割懈凯胀阑昏轿救是薪粥海假鹿法澄替渐醇弊制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 我们认为,作为信息化的制冷系统除了应具备常规制冷系统的特点以外,还应具备以下两个条件:(1)具有完善的通信联网功能,使人们可从远程计算机上对其进行控制和参数设定,并具有双向通信功能。(2)采用数字化传感器。数字化传感器是以专用微处理器控制的具有双向通信功能的先进传感器系统,微处理器能够按照给定的程序对传感器实施软件控

225、制,把传感器从单功能变成多功能,包括自补偿、自校正、自诊断、远程设定、状态组合、信息存储和记忆等功能。它能够消除许多与模拟电路有关的误差源,从而明显提高测量精确度。这样通过智能住宅内的数字化传感器,可以通过上位机来控制制冷系统的工作。 洽萨筹础滋钞撤朴情株梳焕冯辟督济径帖簿胀锰烩佐客鹅铝焦怎图突闲裔制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 对于基于网络环境的空调的功能,分家用空调和中央空调两部分来论述。1.基于网络环境的家用空调的功能基于网络环境的家用空调的功能到了20世纪90年代以后,人们对舒适性的要求趋向于自然环境的特征。人们希望空调环境能感觉到温度和

226、气流的变化,能感觉到温暖和凉爽,有音乐声、有芳香感和明亮感等待征,总的目的是让人处于一个精神愉快的空调环境中,这就是人们追求的感知空调阶段或动态自然环境阶段。要实现这种模拟自然环境,必须采用包括人体感觉输入控制、热环境因素综合控制、空气质量控制、音/光情景控制在内的环境变化控制技术。环境变化控制技术的实现不仅需要开发出相应的传感器,更重要的是要建立一套符合人体生理和心理需要的人工环境智能控制理论。 枫向炮霉形淮镭焦恐缆喧豹柬硅沁塔蓉幕队罩嫉篷奏卯瘴佣承曳肃其夸睡制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 目前在变频空调中,除通常的室内温度传感器、室外温度传感

227、器、室内盘管温度传感器、室外盘管温度传感器外,还设有压缩机温度传感器、排气温度传感器等。增设的温度传感器通过得到的温度信息,可更合理地控制变频空调的运转状态,达到最佳运转的目的。为了达到以上目的,除增设温度传感器外,新型变频空调中还有空气污浊度传感器和湿度传感器。空气污浊度传感器用于探测室内空气二氧化碳的含量,与空调换新风技术相结合,可保持室内空气的清新。湿度传感器用于探测室内空气的湿度,与空调除湿技术和加湿技术相结合,可达到控制室内湿度的目的。 屑软偿绸锐壁辣促绩歇纤元秃韧椎坟拍册脆蝉浚榷赂行弃兰宰柯啃稠鳞幽制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 此外

228、,我们还希望空调可以根据不同的季节、气候及用户自己的感觉,自动调节其工作状态,使之成为具有独特个性化的空调,能够对空调进行远程控制,或空调本身能够自己自动调节温度、湿度,使之完全成为智能化的空调。希望制造商能够对空调进行远程检测和维护,让空调可以通过家庭服务器直接从制造商的网站上下载更新驱动或保护程序,实现新功能的自动扩展。 适播瓷密镑嚏燕晌陋裕阳他邹悔歉凌刀疲烽楷妈积臆你屹玖甜脐潍踩刁辫制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 实现这一切的唯一方法就是让空调连网,与房间内的其他数字传感器构成家庭控制系统中的空调控制系统。而这一系统又通过家庭网关与家庭互联

229、网系统相连,进而与外部广域网相连。这样,家庭互联网中的服务器就可以成为空调的上级控制器,接受数字传感器、用户指令及外部的其他相关信息,来对空调及其他相关电器进行智能化的控制,换句话说,空调就是信息化家居中的一部分。 蔓琴促会屉僻茹绰敦威营步岁户帖字脱孽摈呛监肾晃顶扳涸丹夷咏粤蕉宙制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 2.基于网络环境的中央空调的功能基于网络环境的中央空调的功能基于网络环境的中央空调是智能建筑的重要组成部分,智能化住宅强调人的主观能动性,重视人与居住系统的协调,从多方面方便居住者的生活环境,全面提高生活的质量。为达到这一目的,网络环境的中

230、央空调控制系统应运用计算机数据处理、自动测量及控制技术,对智能建筑内的各种分散的空调设备进行自动控制和统一管理,充分体现“集中管理、分散控制”这一智能建筑的最新控制理念,达到节约能源、提高工效的目的。 喧姜反礁巴说庐俺榷病淌箩森租锥炸条蠢掸央尽胚睫早诲桐尔甭棉娄肛鸿制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 其具体功能如下:(1)动态监视控制整个大厦的空调系统,包括风机盘管控制、冷热水泵旁通控制、冷却水塔进水控制等;(2)通过冷冻水的供/回水温度和流量测量,自动计算出空调系统的冷负荷,并在楼宇自动化系统的CRT上显示;(3)根据实际的冷负荷,通过空调冷冻水机

231、组带的群控装置来决定冷冻水机组的启停数,以达到最佳的节能效果;(4)测量并自动控制冷冻水系统供/回水总管的差压,维持系统要求的差压值; 嫩脑边痹亢摄造烬父梁酿枣溢严入顷侮靛得疼瞬挑娇玲嘉邀谍灌涕嘶性肇制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (5)冷冻水泵/冷却水泵的联锁控制,当一台冷冻水泵发生故障时,自动投入备用水泵;(6)监控空调系统的如下设备:空调柜机、风机盘管、新风机组、排风机(含正压风机)、冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、集水器、冷冻水膨胀水箱;(7)智能化房间控制系统能够实现可靠的单一房间温度控制和空气流量控制,通过诸如加压/减压、夜间净

232、化、早晨预热以及终端调节风量等方式以最大限度地节省能源;(8)节能控制软件可以根据室外的温度、相对湿度,充分发挥自然潜力,控制空调系统的运行,节约能源; 笋汁授疡蓬强担涝集番众设盘澳巳檄宫竿揪便升量盔裴粳总绢骚覆浅翘东制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 (9)制造商能够对中央空调进行远程检测和维护,让空调可以通过智能住宅内的服务器直接从制造商的网站上下载更新驱动或保护程序,实现新功能的自动扩展,节约维护成本;(10)与照明、窗帘等其他系统及每个房间主人的指令协调工作,共同达到满意的家居温度控制。 八尝续俘低命方举樟罢镰稳铆罕田床锌践蜒疑政鹏竭遇玄悍纶

233、属宿裴盛杭制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制第8章制冷与空调系统的智能控制 目前,智能信息家电及智能家居系统的普及尚需解决一些具体问题:由于还没有统一的互操作规范,还无法实现设备之间的直接通信;由于下层多种协议及媒体的存在,使得网络的集成复杂化;对家庭网络用户接口的规划缺少研究,接口的非标准性直接影响到家庭网络市场的普及。但智能信息家电及智能家居系统具有的安全、方便、高效、快捷、智能化、个性化的特点,对于改善现代人类的生活质量,创造舒适、安全、便利的生活空间具有非常重要的意义,因此也具有非常广阔的前景。随着科学技术的发展,智能信息家电及智能家居系统必将走入千家万户,而信息化的制冷系统也必将在这个浪潮中扮演重要的角色。 炯厄浊稳弥人润稠沽句企痛嗜共直西谭钮模耘癸误状豁清量试掏弃钢分两制冷与空调系统的智能控制制冷与空调系统的智能控制