冰箱线性压缩机控制系统研究

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目前电冰箱上使用的制冷压缩机大多数是以旋转电机作为动力源的往复活塞式压缩机,其中曲柄连杆机构带来了摩擦损耗等问题,降低了压缩机的效率。线性压缩机取消了曲柄连杆机构,摩擦力损耗的功率降低,性能提高,但因此行程不固定,系统的运动规律及控制和传统压缩机有很大不同,如何对其进行有效合理的控制,是线性压缩机研究的重要方向。线性压缩机因无传统无传统压缩机的旋转机构,需要开发新型油泵,以提高性能。   本文在总结了国内外线性压缩机控制系统的研究上,确立了研究目标:一是对动磁式线性压缩机仿真分析,在此基础上研究其特性;二是在分析系统控制算法的基础上,开发了一套基于单片机的行程和上止点控制系统;三是开发新型实用油泵以降低摩擦功耗。本文结合非线性动力学、电磁学、电工电子学理论以及信号处理技术,围绕动磁式线性压缩机展开了以下研究工作:   1、为便于线性压缩机控制系统的开发,对动磁式线性压缩机作了动力学特性分析。本文针对模型微分方程的特点,对气缸内非线性气体力进行线性化处理。采用Matlab/Simulink仿真分析和讨论了线性压缩机中重要的运行参数(如工作频率、固有频率、吸排气压力、摩擦力、输入功率、电量相位差极值、位移等)之间的相互影响。   2、在比较了过零法、FFT法和最小二乘法的基础上,采用了最小二乘法作为计算电量相位差的方法。把存在高次谐波的SPWM调制电压信号经过隔离、滤波等处理后送入A/D转换器进行采样,利用最小二乘法的性质,有效地将噪声与有用信号分离,并进行电量相位差计算。通过实验研究,此方法误差在±3.25%以内。   3、比较硬件软件各部分的方案,提出了线性压缩机的控制系统方案。硬件上以单片机作为核心,选取SPWM为功率驱动,以电量相位差的极值作为反馈,达到上止点控制的目的。将开发的控制系统与动磁式线性压缩机联机实验,从控制系统本身的精度、启动过程、变排量三个方面进行了实验研究和数据分析。   4、为线性压缩机设计并制造了一种利用压缩机机体振动来供油的新型油泵系统,进行了Simulink和S函数联合的仿真研究与优化设计。实验研究了其泵油量与机体振幅及振动频率的关系,对比了有无油泵时输入功率的变化情况,结果表明该油泵系统结构简单、体积小、可靠性好、效率高,可提高线性压缩机整体效率。
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