单效吸收式制冷机组变频控制系统

摘要

吸收式制冷系统是一个时变的、强耦合的、非线性的复杂系统。在分布式能源市场日益扩大的今天，吸收式制冷系统因其具有的强大能源适应性，再次引起了众多研究人员的关注。传统的吸收式制冷机组往往按标准的设计工况定频运行，然而当环境温度、热负荷需求变化，特别是发生器的供热量不足时，定频运行的制冷机组很难达到制冷效率的实时最优值。因此，对吸收式制冷机组进行变频调速控制，提高系统的实时运行效率，在满足制冷需求的前提下实现节能，具有广泛的现实意义。 本文针对以上问题，开发了一种变频控制一体化装置。该装置根据吸收式制冷机组的特点将控制器与变频器结合在一起，从而简化吸收式制冷机组变频控制系统的结构，节约成本、减少系统体积。本文的研究内容主要包括以下几个方面： 首先对变频器和吸收式制冷系统控制器的研究现状进行了文献综述，提出了本课题的研究意义。通过对吸收式制冷机组工作原理的分析，描述了吸收式制冷系统控制量与被控量之间的关系，阐明了开发适用于吸收式制冷机组的变频优化控制的必要性。 然后针对吸收式制冷系统的运行效率受外界环境影响较大、被控变量耦合性较强等特点，设计开发了适应于该系统多变量优化控制的一体化变频控制装置。该装置由变频器和控制器两部分构成：变频器部分使用交直交的变频拓扑结构，将从电网中引入的三相交流电通过电容滤波的三相桥式不可控整流电路整流为直流电，再将此直流电通过三相全控桥逆变为可以控制频率大小的交流电。通过计算选择功率合适的PIM模块作为变频器的整流和逆变桥，利用限流电路防止冲击电流对整流桥的损坏。控制器部分包括电源模块、电压电流检测模块、电子膨胀阀控制模块、IGBT驱动模块、串口通讯模块、LCD按键与显示模块和DSP最小系统模块。控制器部分用于检测系统运行状态，采集系统运行所需的温度和压力信息，输出PWM波以及控制电子膨胀阀开度。为了实现变频控制一体化装置控制部分和变频部分的功能，编写了变频控制一体化装置的软件控制程序。利用CCS软件，针对装置硬件各模块，编写了串口MODBUS通信程序、LCD显示和按键程序。使用SPWM正弦脉宽调制的规则采样法设计PWM产生部分软件，控制三相输出脉宽的宽度。编写故障检测软件，当直流母线电压及三相输出电流检测出现问题或硬件检测故障时，将控制器的PWM输出中断。 最后提出了一种用电子膨胀阀对蒸发器出口制冷剂过热度进行控制的PID控制策略。该策略利用一种新型的鲁棒辨识方法获得一阶加滞后的系统参数，并借助于改进的Zizegler-Nihcols参数整定方法获得PID控制器的P、I参数值。使用C语言对该控制策略进行编程，并应用于已开发的变频控制一体化装置中，对吸收式制冷系统中蒸发器出口制冷剂的过热度进行控制，仿真实验结果表明控制效果良好。对变频控制一体化装置变频功能进行测试，测试结果表明本课题设计的变频控制一体化装置满足了吸收式制冷系统对溶液泵变频控制的要求。 本课题所研发的变频控制一体化装置为多变量智能控制策略在吸收式制冷装置中广泛应用奠定了基础，必将推动新型智能化高效的吸收式制冷系统的研发。

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摘 要

ABSTRACT

第1章绪 论

1.1课题背景

1.2变频器及吸收式制冷变频控制器的研究现状

1.2.1变频器研究现状

1.2.2吸收式制冷变频控制器的研究现状

1.3本课题的主要研究内容

第2章吸收式制冷机组变频控制系统

2.1吸收式制冷系统结构与工作原理

2.1.1吸收式制冷系统的结构

2.1.2吸收制冷的工作原理

2.2单效吸收式变频控制系统的控制策略

2.3本章小结

第3章变频控制一体化装置硬件设计

3.1变频控制一体化装置硬件系统总体设计

3.2整流逆变电路

3.2.1整流滤波逆变电路

3.2.2整流滤波电路计算

3.2.3限流电路

3.2.4逆变电路

3.3控制器部分设计

3.3.1电源模块设计

3.3.2电压电流检测电路

3.3.3IGBT驱动电路

3.3.4电子膨胀阀控制电路

3.3.5串口通讯电路

3.3.6LCD显示电路

3.3.7LED驱动电路

3.4DSP28335最小系统设计

3.4.1最小系统中电源模块

3.4.2JTAG模块

3.4.3时钟电路

3.4.4EEPROM

3.4.5插针滤波电路

3.5本章小结

第4章变频控制一体化装置软件设计

4.1程序设计环境

4.2主程序设计

4.3通讯部分设计

4.3.1串口MODBUS通信处理程序

4.3.2LCD显示与按键处理程序

4.4PWM产生设计

4.5电子膨胀阀控制程序

4.6故障检测

4.7本章小节

第5章变频控制一体化装置在吸收式制冷变频控制系统中的应用

5.1吸收式制冷变频控制系统平台的搭建

5.2 PID参数辨识方法

5.3电子膨胀阀PI控制器的设计

5.4变频控制一体化装置变频调速测试

5.5本章小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致 谢

附 录I