压缩机用直线振荡电机驱动控制技术研究

摘要

经济的飞速发展使人类对能源的需求量大大增加，化石燃料因为其不可再生性也最终会被消耗殆尽，同时化石燃料燃烧副产物导致了严重的环境问题，对自然环境的承载能力带来很大挑战。节能减排是应对不可再生能源稀缺与环境承载能力有限的必然选择。压缩机广泛应用在空调、冰箱等制冷设备中。随着居民生活水平的提高，这些产品将越来越普及。应用广泛的传统往复式制冷压缩机使用“旋转电机+曲柄连杆”的结构，存在多个中间环节，效率不能得到有效的提高。
　　论文针对传统往复式制冷压缩机的缺点，设计并制作了压缩机用直线振荡电机驱动控制系统。对直线振荡电机进行了理论推导，工作特性分析及控制方法的仿真;搭建了直线振荡电机驱动控制平台，主要包括硬件部分、上位机界面软件和下位机软件:硬件部分包含电源板、控制板和驱动板，重点对电源板的电磁兼容性进行了分析和测试;上位机界面由若干子模块构成，如串口设置模块、参数设置模块、绘图模块;下位机软件和上位机界面配合，完成参数设定、波形绘制以及对直线振荡电机的驱动控制。最后，在所搭建的实验平台上进行了相关的实验，如电机本体工作特性实验、带气体负载实验、行程闭环控制实验等。
　　整套系统运行平稳，电源板效率可达89％;行程闭环调节，实现对行程的稳定控制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 直线压缩机

1．2．1 制冷压缩机种类及特点

1．2．2 直线振荡电机介绍

1．3 国内外研究现状

1．3．1 共振频率控制

1．3．2 行程控制

1．4 论文主要工作和章节安排

第2章 直线振荡电机及其数学模型

2．1 引言

2．2 直线振荡电机的模型

2．2．1 直线振荡电机的电磁模型

2．2．2 直线振荡电机的电路模型

2．2．3 直线振荡电机的动力学模型

2．2．4 直线振荡电机的系统方程

2．3 直线振荡电机的控制方法

2．4 基于S函数的单相SVPWM仿真

2．4．1 单相SVPWM原理及算法实现

2．4．2 基于S函数的单相SVPWM仿真

2．5 本章小结

第3章 直线振荡电机硬件电路系统设计

3．1 控制平台硬件电路总体设计

3．2 控制平台位移测量电路设计

3．2．1 位移传感器选型

3．2．2 位移信号调理电路设计

3．3 控制平台硬件结构设计

3．3．1 控制芯片STM32F103介绍

3．3．2 电源电路

3．3．3 功率器件驱动电路及逆变电路

3．3．4 电压、电流检测电路

3．3．5 串行接口电路

3．4 控制平台硬件电路的PCB电磁兼容性考虑

3．4．1 电磁兼容的基本概念

3．4．2 电磁干扰的抑制

3．4．3 硬件电路PCB辐射传导测试及整改建议

3．5 本章小结

第4章 基于直线振荡电机硬件电路的软件系统设计

4．1 引言

4．2 软件系统的总体结构设计

4．2．1 主程序设计

4．2．2 中断子程序设计

4．2．3 上位机界面设计

4．2．4 系统保护设计

4．3 行程闭环控制

4．3．1 有感行程测量

4．3．2 行程闭环PI参数整定

4．4 系统调试

4．4．1 控制平台实物介绍

4．4．2 实验调试结果

4．5 本章小结

第5章 直线振荡电机实验研究

5．1 开环实验

5．2 动子中心位置偏移

5．3 撞缸实验研究

5．3．1 电机启动和停止方法

5．3．2 防撞缸行程闭环控制

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及成果