节能环保型抽油烟机芯片级集成控制模块研究与实现

【摘要】：抽油烟机行业普遍存在着耗能严重和舒适度差的问题,风机由于采用普通单相电机,噪声严重且耗能较大；同时由于不具有实时调速功能造成转速浪费。针对这种情况,本文设计了一款基于FPGA的芯片级抽油烟机集成控制模块,运用模糊自适应控制和SVPWM变频技术促进抽油烟机向节能环保转型。该模块可以方便得移植到常规抽油烟机上对其进行升级,具有较大的应用潜力。 本文的主要完成的工作有： 1、抽油烟机的转速自适应模糊模型建立：通过对厨房废气信息的实时采集,模糊计算得到最适宜的转速,指导风机以最适宜的转速来净化厨房环境。 2、SVPWM空间矢量变频算法实现：针对抽油烟机使用的普通单相异步电机,设计一种两相电机不平衡SVPWM空间矢量变频算法对其实现变频调速。从驱动模式上实现电机节能；同时提高风机运行稳定性,减少运行噪声,达到环保降噪的目的。 3、基于FPGA的芯片级控制模块的设计：模块包括转速自适应模糊控制模块和SVPWM变频模块等二部分,转速自适应模糊控制器采用了优化的模糊推理算法和并行流水线方式,提高了推理速度。SVPWM变频模块采用五段式开关顺序合成空间电压矢量,并按照这种合成方法自顶向下地实现了扇区判断、时间参数计算模块、基本电压作用时间计算模块、过调制控制模块、调制波生成模块、脉冲生成模块的具体实现。 模块的逻辑综合、功能时序仿真在第三方软件modelsim上完成。芯片级集成控制模块的性能测试表明：模糊控制器能够根据废气的偏差值,较好的进行模糊自适应计算;SVPWM信号实时性好、可靠性高,满足抽油烟机对厨房环境的实时调控和无级变频要求。 控制模块的节能环保性能实际测试表明：转速自适应控制对于电机的节能降耗作用显著；在SVPWM矢量变频下,电机转速、功率、运行噪音、出风量相比单相异步电机均有较为明显的改进,达到了设计的目标。 【关键词】：模糊控制器 SVPWM控制器 转速自适应 变频性能测试
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM925.57;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• CONTENTS10-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 本课题研究的目的和意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 基于高速硬件实现的模糊控制技术15-17
• 1.2.2 单相异步电机的SVPWM空间矢量控制技术17-18
• 1.2.3 本文所做研究的创新性18
• 1.3 论文的研究内容及结构安排18-20
• 1.3.1 课题来源及研究内容18-19
• 1.3.2 论文结构安排19-20
• 第二章 抽油烟机的转速自适应模糊模型建立20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 油烟和蒸汽等废气的产生机理20-21
• 2.3 抽油烟机模糊自适应控制基础21-22
• 2.4 抽油烟机智能变频控制模型设计22-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 抽油烟机的SVPWM变频原理及实现算法28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 电容起动式单相电机矢量控制基本思想28-29
• 3.3 两相电机不平衡SVPWM变频调速原理29-37
• 3.4 SVPWM控制算法的实施过程37-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 基于FPGA的芯片级集成控制模块实现42-61
• 4.1 引言42
• 4.2 集成控制模块的芯片选型42-43
• 4.3 基于FPGA的转速自适应模糊控制模块的实现43-54
• 4.3.1 模糊控制器的FPGA实现44-50
• 4.3.2 RS-232串口通信的FPGA实现50-52
• 4.3.3 A/D转换器及其采样控制电路设计52-53
• 4.3.4 D/A转换器及其采样控制电路设计53-54
• 4.4 基于FPGA的SVPWM空间矢量变频模块的实现54-60
• 4.4.1 扇区判断模块54-55
• 4.4.2 基本矢量作用时间计算模块55-57
• 4.4.3 过调制控制模块设计57-58
• 4.4.4 调制波生成模块58
• 4.4.5 脉冲生成模块58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 芯片级控制模块的功能仿真和实地测试61-75
• 5.1 引言61
• 5.2 芯片级集成控制模块的性能测试61-64
• 5.2.1 自适应模糊控制模块的功能测试61-62
• 5.2.2 SVPWM变频模块的综合测试62-64
• 5.3 控制模块的节能环保性能的实际测试64-74
• 5.3.1 测试平台搭建64-67
• 5.3.2 抽油烟机转速自适应控制的能耗实验67-70
• 5.3.3 二相电机SVPWM空间矢量变频的性能改善测试70-74
• 5.4 本章小结74-75
• 总结与展望75-77
• 1、全文总结75
• 2、研究展望75-77
• 参考文献77-81
• 攻读学位期间发表的学术论文81-82
• 攻读学位期间参加的科研项目82-84
• 致谢84

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