节能环保型抽油烟机智能控制模块的研究与实现

【摘要】：在传统的抽油烟机控制系统中,风机(单相交流电机)的主要调速方法是通过手动开关,倒换定子线圈的接线方式,实现电机极对数的改变,完成电机转速的调整,以达到抽油烟机抽风量变化的效果；考虑电机制作的成本和电机本身的局限性,在这种定频调速方式下风机一般只具有高、中、低三档转速,且噪声较大；另外,随着中国抽油烟机工业产量的迅速上升,其产品的智能化水平较低,市面上的抽油烟机都存在无法按照厨房的烹饪油烟大小进行实时抽风量调整的缺点,工作时普遍以最大功率运行,造成大量的电能浪费。 随着人们生活质量的提升,这种仅有三档转速的定频手动式抽油烟机已不能满足人们的要求。为了满足人们对新一代抽油烟机绿色节能、环保降噪、智能化的要求,本文设计了一款基于TMS320F28035的抽油烟机集成智能控制模块,该模块对单相交流电机(即风机)应用磁链跟踪(SVPWM)技术,将单相交流电机转化为两相电机模型研究,利用先进的电机变频控制策略以实现风机节能,提高风机运行稳定性,减少噪声；同时,结合模糊自适应控制算法,最优化输出控制转速,以实现抽油烟机运行过程效能优化,并提高其智能化水平。该模块可以方便地替换传统型抽油烟机控制系统以进行升级换代,具有较大的市场应用潜力。为此,本文主要工作有如下两点： 1、设计油烟、湿度和温度传感器检测电路,感知厨房烹饪参数,提出抽油烟机环境下的模糊自适应控制算法,综合分析厨房烹饪参数,输出最优控制转速,以实现抽油烟机运行过程效能优化,并完成抽油烟机的智能化运行。 2、针对单相交流电机普遍存在定子主、副绕组匝数不相等现象,提出基于磁链跟踪的非对称两相电机控制策略,引入电压因子转换角δ,调整基本电压空间矢量分布,从而改变非对称两相电机主、副绕组电压相角与幅值,以完成非对称参数下两相电机的对称运行,实现风机节能,提高风机运行稳定性,减少噪声。 对本文设计的智能控制模块进行了实验验证,结果表明：抽油烟机消耗功率、抽风量以及噪声均比传统的抽油烟机控制系统有了较明显的性能提升,可实现净化厨房环境,节约能源的效果,达到设计目标。 【关键词】：抽油烟机 模糊自适应 非对称两相电机 SVPWM 两相三桥臂 IR2110s
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP273.5;TM925.57
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 本课题研究的目的和意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-21
• 1.2.1 两相电机逆变器拓扑结构研究14-17
• 1.2.2 两相电机控制策略研究17-18
• 1.2.3 模糊自适应控制模型的研究18-20
• 1.2.4 本文所做研究的创新性20-21
• 1.3 课题来源21
• 1.4 论文的研究内容及结构安排21-23
• 1.4.1 论文研究内容21-22
• 1.4.2 论文结构安排22-23
• 第二章 抽油烟机转速模糊自适应控制模型设计23-29
• 2.1 引言23
• 2.2 模糊控制基本理论23-24
• 2.3 转速模糊自适应控制模型设计24-28
• 2.3.1 输入输出量模糊化25-26
• 2.3.2 输入量输出量模糊子集与领域26-27
• 2.3.3 转速模糊自适应控制规则确立27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 非对称单相电机变频调速原理分析29-37
• 3.1 引言29
• 3.2 非对称两相电机基本数学模型29-31
• 3.3 非对称两相电机磁场理论分析31-33
• 3.4 变压变频调速基本控制方式33-36
• 3.4.1 基频以下调速34-35
• 3.4.2 基频以上调速35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 非对称两相电机SVPWM控制策略37-52
• 4.1 引言37
• 4.2 两相对称SVPWM控制理论与实现37-42
• 4.3 非对称两相电机SVPWM控制策略优化与实现42-50
• 4.3.1 不平衡电压SVPWM控制策略分析43-47
• 4.3.2 不平衡电压SVPWM控制策略实现47-49
• 4.3.3 调制比M、步调夹角和目标电压空间矢量相位角49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 节能环保型抽油烟机智能控制模块硬件电路设计52-66
• 5.1 引言52
• 5.2 主回路设计52-58
• 5.2.1 整流桥的计算与选择53
• 5.2.2 功率逆变器与IGBT驱动电路设计53-58
• 5.2.3 直流侧滤波电容缓冲电路设计58
• 5.3 主控芯片TMS320F28035介绍58-59
• 5.4 光电隔离电路设计59
• 5.5 故障检测电路设计59-61
• 5.5.1 电机绕组过流检测电路设计60-61
• 5.5.2 直流母线过压检测电路设计61
• 5.6 传感器检测电路设计61-65
• 5.6.1 温度检测电路61-62
• 5.6.2 湿度检测电路62-63
• 5.6.3 油烟检测电路63-65
• 5.7 本章小结65-66
• 第六章 节能环保型抽油烟机智能控制模块软件设计66-71
• 6.1 引言66
• 6.2 主程序设计66-67
• 6.3 电机SVPWM程序设计67
• 6.4 中断服务子程序设计67-69
• 6.5 模糊自适应控制程序69-70
• 6.6 本章小结70-71
• 第七章 实验研究与分析71-87
• 7.1 引言71
• 7.2 实验装置组成71-74
• 7.3 非对称单相交流电机变频调速实验74-83
• 7.3.1 上下桥臂PWM波形75-76
• 7.3.2 IR2110s驱动波形分析76-78
• 7.3.3 SVPWM波形和定子电流波形78-83
• 7.4 噪声、风量功率测试83-85
• 7.5 模糊自适应转速测试85-86
• 7.6 本章小结86-87
• 总结与展望87-89
• 参考文献89-93
• 攻读学位期间发表的学术论文93-94
• 攻读学位期间参加的科研项目94-96
• 致谢96

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