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基于嵌入式的制冷机控制器研究

吕梁年  
【摘要】: 制冷行业覆盖面广,在国民耗电总量中所占比例很大,而制冷行业中,能源主要被制冷机消耗。当前的制冷机的设计主要基于单一线性模型给定工作点,在非额定工作点下能量浪费十分严重。因此,更有效地控制制冷机,使之高效节能运行,对于节约用电意义重大。 本文以水冷大型制冷机为研究对象,对制冷系统的工作原理进行了详细分析。在已有的风冷系统模型的基础上,补充了冷冻水和冷却水两个热交换环节,针对该模型中参数过多,不易于在实际中应用的问题,提出多条假设,在工程允许的范围内对模型做简化,使参数大大减少,建立了一个更加完整且易于在实际工程中应用的大型水冷系统数学模型。为验证该模型的有效性,在将外侧环热环节统一到相同换热能力的前提下,对本文建立的模型和风冷模型做仿真对比,观察阶跃相应曲线。结果证明,该模型简单、有效。 在系统控制中,本文提出一种智能控制策略,以蒸发压力协调压缩机转速和膨胀阀开度,使制冷系统和谐稳定地工作在平衡状态附近。采用模糊控制算法和PID算法分别控制蒸发压力回路和过热度回路,以达到满足制冷量和提高换热效率的双重目的。为验证控制器的有效性,利用MATLAB仿真工具对蒸发压力—压缩机转速回路和蒸发器过热度—电子膨胀阀开度回路分别仿真。结果证明,使用了协调变量的模糊控制和PID控制可以使系统响应时间短,响应过程平稳,并且对冷冻水泵和冷凝水泵带来的扰动有较好的抑制作用。在这种控制策略下,系统一直跟踪平衡工作状态,大大优化系统的控制特性。 为将控制器应用于工程实际,在嵌入式平台上进行了制冷机控制器的设计与开发。以ARM7-TDMI系列微处理器S3C44B0X为核心搭建硬件平台,以嵌入式实时操作系统μc/os-Ⅱ为软件载体,进行核心应用程序的设计与开发,以满足控制系统实时性要求,从而完成控制器的各项功能。


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