PAGEPAGE11技術(shù)研制報(bào)告某某電子科技有限公司二0一三年六月180度矢量變頻空調(diào)控制器工藝技術(shù)研究矢量變頻空調(diào)控制器作為一種專用控制系統(tǒng)，有著穩(wěn)定、環(huán)保、低功耗、響應(yīng)迅速、可在惡劣環(huán)境下正常工作等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于家電制造等電子電器領(lǐng)域。180度矢量變頻空調(diào)控制器研發(fā)是公司為響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，充分利用公司現(xiàn)有的基礎(chǔ)研究平臺，重點(diǎn)推進(jìn)的關(guān)鍵項(xiàng)目。采用DSP實(shí)時算法，實(shí)現(xiàn)空調(diào)壓縮機(jī)無位置傳感器180度矢量驅(qū)動；采用高端MCU，實(shí)現(xiàn)變頻空調(diào)系統(tǒng)控制及PID恒溫控制算法。180度矢量變頻技術(shù)研究進(jìn)展空調(diào)器的技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了從定頻―交流變頻―120度直流變頻―150度直流變頻―180度矢量變頻的演變。目前180度矢量變頻是最為前沿的技術(shù)。一般空調(diào)機(jī)采用固定的50Hz電源頻率，其壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速是固定的，也就是被稱為“空調(diào)機(jī)血液”的冷媒（氟利昂）的循環(huán)是恒量的，在一定時間內(nèi)冷媒的循環(huán)量越大，空調(diào)機(jī)的輸出功率就越高。也就是說，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速決定了空調(diào)機(jī)的輸出功率。其開啟后的制冷/制熱量不能改變，必須依靠不斷地“開、停”壓縮機(jī)來調(diào)整室內(nèi)溫度，其一開一關(guān)之間容易造成室溫忽冷忽熱，并消耗較多電能。而變頻空調(diào)是一種使用變頻壓縮機(jī)和模糊控制技術(shù)的空調(diào)器，能根據(jù)室內(nèi)氣溫的變化，調(diào)節(jié)制冷速度。具有低噪音、耗能低等特點(diǎn)。一個15平方米的房間，變頻空調(diào)比定頻式調(diào)溫速度快6－10分鐘。達(dá)到設(shè)定溫度后，變頻空調(diào)又能以僅為定頻空調(diào)10％的功率低速運(yùn)轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)溫度細(xì)微損耗，維持恒溫狀態(tài)。試驗(yàn)顯示，較之定頻空調(diào)，變頻空調(diào)噪音低5－6分貝，壽命長5－8年，是空調(diào)市場未來的發(fā)展方向。2009年《房間空調(diào)器能源效率限定值及能效等級》國家標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施，對空調(diào)能效限定值進(jìn)一步提升，有力的促進(jìn)了變頻空調(diào)在國內(nèi)的推廣。國外變頻空調(diào)控制技術(shù)起源于日本，目前已形成了較為完備的開發(fā)體系，具有較高技術(shù)含量；國內(nèi)的研發(fā)起步教晚，近十年才得到較快發(fā)展，目前以格力為代表的國內(nèi)廠家，采用AC、DC變頻驅(qū)動技術(shù)生產(chǎn)的變頻空調(diào)產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)大量出口?？照{(diào)器的技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了：定頻――交流變頻――120度直流變頻――180度矢量變頻的演變。目前180度矢量變頻是最前沿的技術(shù)。各變頻驅(qū)動技術(shù)方案的狀況如下：1、交流變頻驅(qū)動：是變頻空調(diào)早期產(chǎn)品，國內(nèi)一些廠家已擁有成熟的技術(shù)，目前，因技術(shù)升級換代，交流變頻空調(diào)的市場在減小。2、120度直流變頻驅(qū)動：該方案技術(shù)相對成熟，已有部分國內(nèi)廠家掌握。市場上已有大批量成熟產(chǎn)品。3、150度廣角波變頻驅(qū)動：作為120度直流變頻驅(qū)動的改進(jìn)方案，推廣該方案的企業(yè)主要以日系企業(yè)為主，因即將被180度矢量變頻驅(qū)動方案取代，目前國內(nèi)研究的企業(yè)較少。4、180度矢量變頻驅(qū)動：該技術(shù)初期在日本較為成熟，進(jìn)入國內(nèi)較晚，初期主要是日系企業(yè)在推廣，目前國內(nèi)兩大空調(diào)廠商：格力、美的均在全力推廣。與交流變頻、120度直流變頻、150度直流變頻驅(qū)動等方案相比，具有噪音低，振動小，壽命長，壓縮機(jī)體積小，節(jié)能等特點(diǎn)，符合壓縮機(jī)及空調(diào)系統(tǒng)高效能化的發(fā)展要求，代表了變頻空調(diào)技術(shù)的發(fā)展方向。我國家電行業(yè)發(fā)展迅猛，具備了一定的基礎(chǔ)，但是與國際上相比，我國的家電產(chǎn)業(yè)還相對集中于技術(shù)含量較低的產(chǎn)業(yè)鏈低端，缺乏核心技術(shù)的支持，與美日等先進(jìn)國家的差距在3～5年之間，在產(chǎn)業(yè)化方面的差距更大些。高端市場仍被國外產(chǎn)品占據(jù)，國內(nèi)產(chǎn)品以中低檔為主，且規(guī)模偏小，仍不容樂觀。因此立足自主知識產(chǎn)權(quán)，開發(fā)裝置通用化，產(chǎn)品系列化，生產(chǎn)過程環(huán)保，質(zhì)量與國際接軌的高性能矢量變頻空調(diào)控制器產(chǎn)品是必然趨勢。公司在國內(nèi)家電控制器行業(yè)里具備較明顯的技術(shù)和市場優(yōu)勢，先后申報(bào)了4項(xiàng)專利，授權(quán)1項(xiàng)發(fā)明專利，技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)先；與松下、美的、格力、TCL、奧克斯等多家知名企業(yè)建立了良好的供銷關(guān)系，已初步形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，在省內(nèi)同行業(yè)處于領(lǐng)先地位。公司通過180度矢量變頻空調(diào)控制器的研發(fā)，整合現(xiàn)有資源，突顯變頻控制器的節(jié)能優(yōu)勢，順應(yīng)當(dāng)前低碳節(jié)能的趨勢，在未來的3～5年內(nèi)，大規(guī)模推廣高端矢量變頻空調(diào)控制器產(chǎn)品，不僅有利于加快推動中國家電行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)行業(yè)結(jié)構(gòu)升級優(yōu)化，而且也將為實(shí)現(xiàn)"十二五"節(jié)能減排目標(biāo)、應(yīng)對全球氣候變化做出積極貢獻(xiàn)。二、研究內(nèi)容1、基于DSP算法的主動式功率因素調(diào)整（APFC）。2、基于DSP的無位置傳感器180度矢量壓縮機(jī)驅(qū)動技術(shù)。3、180度矢量變頻空調(diào)系統(tǒng)保護(hù)邏輯及系統(tǒng)匹配。4、180度矢量變頻空調(diào)系統(tǒng)PID恒溫控制算法。三、工藝路線：1、壓縮機(jī)驅(qū)動采用DSP芯片進(jìn)行控制，電路主要包括PFC控制、電流檢測與控制、過流保護(hù)、位置估算、速度控制、SVPWM等部分。其采用的技術(shù)方案如下：PFC控制部分：通過檢測輸入電壓、輸出直流電壓和輸入電流，通過對PFC開關(guān)的控制來使輸入電流相位跟蹤輸入電壓相位。并使輸出直流電壓維持在要求范圍內(nèi)。電流檢測與控制：電流檢測在逆變橋的3個下橋臂與直流母線的負(fù)極之間串接電流取樣電阻，將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，?jīng)運(yùn)算放大器濾波放大后進(jìn)入DSP進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，得到的三相電流經(jīng)做標(biāo)變換后進(jìn)行位置估算和電流閉環(huán)控制。并通過PI調(diào)節(jié)器完成d軸和q軸電流的閉環(huán)控制，輸出d軸和q軸的給定電壓。過流保護(hù)：壓縮機(jī)相電流經(jīng)取樣電阻轉(zhuǎn)變成電壓信號，并送入比較器進(jìn)行比較，一旦電流超過設(shè)定值，比較器輸出信號給IPM模塊，將IGBT輸出封閉，并向DSP給出故障信號。位置估算：位置估算是180度矢量驅(qū)動的核心，只有得到正確的位置信息，直流壓縮機(jī)才能得到良好的控制。位置估算單元利用電流檢測單元檢測的電流和輸出的電壓，按照電機(jī)Z軸下的假定坐標(biāo)系統(tǒng)模型，構(gòu)造一個模型電機(jī)，通過閉環(huán)控制，將模型電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與實(shí)際電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)相一致，此時模型電機(jī)的位置就是對實(shí)際壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的估算位置。可以采用模型參考自適應(yīng)位置估算法、Kalman濾波法、滑模觀測器法及狀態(tài)反饋法等進(jìn)行。轉(zhuǎn)速控制：轉(zhuǎn)速給定信號與轉(zhuǎn)速觀測器估算的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，進(jìn)入速度PI調(diào)節(jié)器，得到轉(zhuǎn)矩電流Iq給定信號，轉(zhuǎn)矩電流經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后的到轉(zhuǎn)矩電壓。SVPWM：按照電流控制輸出的qd軸給定電壓，經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，形成αβ的電壓給定，然后采用SVPWM輸出6路PWM脈沖驅(qū)動信號到IPM中，對壓縮機(jī)線圈繞組進(jìn)行驅(qū)動。系統(tǒng)控制部分采用MCU，通過采集空調(diào)系統(tǒng)各點(diǎn)溫度，確定壓縮機(jī)運(yùn)行頻率，并根據(jù)系統(tǒng)工況決定壓縮機(jī)的升降頻，采用PID算法通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)運(yùn)行頻率，在系統(tǒng)平衡狀態(tài)下將室內(nèi)溫度控制在±0.1℃

生產(chǎn)工藝流程電阻套件集成電路套件電阻套件集成電路套件直插芯片成型機(jī)電阻成型機(jī)直插芯片成型機(jī)電阻成型機(jī)元器件無鉛波峰焊插件成型機(jī)元器件無鉛波峰焊插件成型機(jī)挑孔挑孔壓件壓件清洗清洗焊件焊件挑錫挑錫組裝組裝貼標(biāo)簽貼標(biāo)簽ICT檢驗(yàn)ICT檢驗(yàn)緊固緊固老化老化合格成品合格成品4、組織架構(gòu)驅(qū)動開發(fā)系統(tǒng)方案介紹驅(qū)動程序代碼驅(qū)動程序名稱配套驅(qū)動控制程序版本程序版本生成年月日時分控制參數(shù)表控制參數(shù)表名稱配套壓縮機(jī)配套驅(qū)動控制程序版本參數(shù)表版本生成年月日時分相關(guān)控制參數(shù)參數(shù)計(jì)算軟件輸入電機(jī)參數(shù)輸入設(shè)定參數(shù)計(jì)算控制參數(shù)輸出控制參數(shù)表輸入控制參數(shù)表顯示控制參數(shù)表內(nèi)容可靠實(shí)驗(yàn)軟件CAN-USB通訊參數(shù)下載可靠實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲先生成壓縮機(jī)功率輸出單元驅(qū)動程序代碼驅(qū)動程序名稱配套驅(qū)動控制程序版本程序版本生成年月日時分控制參數(shù)表控制參數(shù)表名稱配套壓縮機(jī)配套驅(qū)動控制程序版本參數(shù)表版本生成年月日時分相關(guān)控制參數(shù)參數(shù)計(jì)算軟件輸入電機(jī)參數(shù)輸入設(shè)定參數(shù)計(jì)算控制參數(shù)輸出控制參數(shù)表輸入控制參數(shù)表顯示控制參數(shù)表內(nèi)容可靠實(shí)驗(yàn)軟件CAN-USB通訊參數(shù)下載可靠實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲先生成壓縮機(jī)功率輸出單元功率輸出控制信號隔離驅(qū)動控制單元2406ST直流驅(qū)動控制PFC控制CAN-USB信號轉(zhuǎn)換通訊信號隔離DC-DC電源轉(zhuǎn)變壓器信號輸入驅(qū)動AD信號輸入輸出固定信息輸出設(shè)定信息參數(shù)表寫入驅(qū)動程序代碼寫入下載參數(shù)表控制參數(shù)表切換CAN接口SPI接口LED指示SPI-COM操作單元SPI-232信號轉(zhuǎn)換設(shè)定運(yùn)行頻率顯示運(yùn)行設(shè)定信息緩存記錄故障前后信息顯示記錄故障信息顯示記錄運(yùn)行信息顯示參數(shù)表格名稱、版本存儲參數(shù)表、程序代碼參數(shù)表、程序代碼寫入DC-DC電源考慮上位機(jī)CAN通訊驅(qū)動控制軟件控制驅(qū)動起停設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)頻率顯示設(shè)定信息顯示相關(guān)信息曲線設(shè)定信息顯示格式記錄相關(guān)信息顯示故障信息顯示運(yùn)行信息顯示參數(shù)表名稱、版本顯示程序名稱、版本調(diào)入?yún)?shù)表、程序代碼下載參數(shù)表、程序代碼驅(qū)動監(jiān)控軟件控制驅(qū)動起停設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)頻率顯示設(shè)定信息顯示相關(guān)信息曲線設(shè)定信息顯示格式記錄相關(guān)信息顯示故障信息顯示運(yùn)行信息顯示參數(shù)表名稱、版本調(diào)入?yún)?shù)表下載參數(shù)表控制參數(shù)表切換轉(zhuǎn)子位置傳感器CAN-USB通訊單元CAN-USB信號轉(zhuǎn)換通訊信號隔離DC-DC電源變頻空調(diào)控制系統(tǒng)技術(shù)核心示意圖智能穩(wěn)壓PFC恒壓型PFC無源PFC電壓跟隨型PFC直流180度驅(qū)動技術(shù)直流120度驅(qū)動技術(shù)交流電機(jī)驅(qū)動技術(shù)風(fēng)向控制技術(shù)電機(jī)驅(qū)動技術(shù)研究PFC技術(shù)EMC電氣安全變頻空調(diào)控制技術(shù)電氣可靠性變頻空調(diào)防護(hù)控制技術(shù)防冷風(fēng)技術(shù)電子膨脹閥控制技術(shù)變頻空調(diào)溫度控制技術(shù)壓縮機(jī)頻率調(diào)節(jié)技術(shù)除霜技術(shù)變頻驅(qū)動技術(shù)電控設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)變頻空調(diào)器控制技術(shù)智能穩(wěn)壓PFC恒壓型PFC無源PFC電壓跟隨型PFC直流180度驅(qū)動技術(shù)直流120度驅(qū)動技術(shù)交流電機(jī)驅(qū)動技術(shù)風(fēng)向控制技術(shù)電機(jī)驅(qū)動技術(shù)研究PFC技術(shù)EMC電氣安全變頻空調(diào)控制技術(shù)電氣可靠性變頻空調(diào)防護(hù)控制技術(shù)防冷風(fēng)技術(shù)電子膨脹閥控制技術(shù)變頻空調(diào)溫度控制技術(shù)壓縮機(jī)頻率調(diào)節(jié)技術(shù)除霜技術(shù)變頻驅(qū)動技術(shù)電控設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)變頻空調(diào)器控制技術(shù)技術(shù)發(fā)展路線規(guī)劃180度驅(qū)動標(biāo)定軟件180度驅(qū)動ST產(chǎn)品板變頻空調(diào)通信軟件變頻空調(diào)綜檢軟件變頻空調(diào)綜檢工裝變頻空調(diào)通信工裝180度驅(qū)動模擬電機(jī)負(fù)載180度驅(qū)動實(shí)驗(yàn)壓縮機(jī)180度驅(qū)動測試儀180度驅(qū)動程序?qū)懭牍ぱb180度驅(qū)動程序?qū)懭胲浖嚎s機(jī)配置設(shè)備180度驅(qū)動模塊180度驅(qū)動DSP產(chǎn)品板180度驅(qū)動生產(chǎn)測試軟件180度驅(qū)動監(jiān)控軟件180度驅(qū)動監(jiān)控工裝180度驅(qū)動生產(chǎn)測試工裝180度驅(qū)動技術(shù)開發(fā)平臺變頻空調(diào)監(jiān)控工裝變頻空調(diào)監(jiān)控軟件變頻空調(diào)控制器軟件開發(fā)平臺變頻空調(diào)控制器生產(chǎn)測試工裝180度驅(qū)動標(biāo)定軟件180度驅(qū)動ST產(chǎn)品板變頻空調(diào)通信軟件變頻空調(diào)綜檢軟件變頻空調(diào)綜檢工裝變頻空調(diào)通信工裝180度驅(qū)動模擬電機(jī)負(fù)載180度驅(qū)動實(shí)驗(yàn)壓縮機(jī)180度驅(qū)動測試儀180度驅(qū)動程序?qū)懭牍ぱb180度驅(qū)動程序?qū)懭胲浖嚎s機(jī)配置設(shè)備180度驅(qū)動模塊180度驅(qū)動DSP產(chǎn)品板180度驅(qū)動生產(chǎn)測試軟件180度驅(qū)動監(jiān)控軟件180度驅(qū)動監(jiān)控工裝180度驅(qū)動生產(chǎn)測試工裝180度驅(qū)動技術(shù)開發(fā)平臺變頻空調(diào)監(jiān)控工裝變頻空調(diào)監(jiān)控軟件變頻空調(diào)控制器軟件開發(fā)平臺變頻空調(diào)控制器生產(chǎn)測試工裝變頻空調(diào)控制器1變頻空調(diào)控制器1PFC驅(qū)動模塊PFC驅(qū)動模塊PFC驅(qū)動ICPFC驅(qū)動IC變頻空調(diào)控制器2變頻空調(diào)控制器2變頻空調(diào)控制器3變頻空調(diào)控制器3四、性能指標(biāo)1、采用單DSP芯片同時實(shí)現(xiàn)APFC和180度矢量驅(qū)動，即單芯片單板實(shí)現(xiàn)APFC和壓縮機(jī)驅(qū)動。2、實(shí)現(xiàn)寬頻驅(qū)動，驅(qū)動頻率范圍15Hz～130Hz，頻率調(diào)整步距為1Hz?？梢赃M(jìn)行精細(xì)的系統(tǒng)平衡調(diào)整。3、匹配驅(qū)動國內(nèi)主流壓縮機(jī)三洋和上海日立各一款，并實(shí)現(xiàn)外置參數(shù)式壓機(jī)匹配方案，即通過改變EEPROM中的預(yù)置驅(qū)動參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)匹配驅(qū)動不同型號規(guī)格的壓縮機(jī)。4、實(shí)現(xiàn)可將室內(nèi)溫度控制在±0.1℃五、結(jié)論根據(jù)對項(xiàng)目實(shí)施情況的分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)