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项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。