某某電子科技****
二0一三年六月
向量變頻空調控制器作為一種專用控制系統，有著穩定、環保、低功耗、響應迅速、可在惡劣環境下正常工作等諸多優點，被廣泛應用於家電製造等電子電器領域。
180度向量變頻空調控制器研發是公司為響應國家節能減排政策，充分利用公司現有的基礎研究平台，重點推進的關鍵專案。採用dsp實時演算法，實現空調壓縮機無位置感測器180度向量驅動；採用高階mcu，實現變頻空調系統控制及pid恆溫控制演算法。
1、180度向量變頻技術研究進展
空調器的技術發展經歷了從定頻―交流變頻―120度直流變頻―150度直流變頻―180度向量變頻的演變。目前180度向量變頻是最為前沿的技術。
一般空調機採用固定的50hz電源頻率，其壓縮機的轉速是固定的，也就是被稱為「空調機血液」的冷媒（氟利昂）的迴圈是恒量的，在一定時間內冷媒的迴圈量越大，空調機的輸出功率就越高。也就是說，壓縮機的轉速決定了空調機的輸出功率。其開啟後的製冷/制熱量不能改變，必須依靠不斷地「開、停」壓縮機來調整室內溫度，其一開一關之間容易造成室溫忽冷忽熱，並消耗較多電能。
而變頻空調是一種使用變頻壓縮機和模糊控制技術的空調器，能根據室內氣溫的變化，調節製冷速度。具有低噪音、耗能低等特點。乙個15平方公尺的房間，變頻空調比定頻式調溫速度快6－10分鐘。
達到設定溫度後，變頻空調又能以僅為定頻空調10％的功率低速運轉，以調節溫度細微損耗，維持恆溫狀態。試驗顯示，較之定頻空調，變頻空調噪音低5－6分貝，壽命長5－8年，是空調市場未來的發展方向。
2023年《房間空調器能源效率限定值及能效等級》國家標準正式實施，對空調能效限定值進一步提公升，有力的促進了變頻空調在國內的推廣。
國外變頻空調控制技術起源於日本，目前已形成了較為完備的開發體系，具有較高技術含量；國內的研發起步教晚，近十年才得到較快發展，目前以格力為代表的國內廠家，採用ac、dc變頻驅動技術生產的變頻空調產品已實現大量出口。空調器的技術發展經歷了：定頻――交流變頻――120度直流變頻――180度向量變頻的演變。
目前180度向量變頻是最前沿的技術。各變頻驅動技術方案的狀況如下：
1、交流變頻驅動：是變頻空調早期產品，國內一些廠家已擁有成熟的技術，目前，因技術公升級換代，交流變頻空調的市場在減小。
2、120度直流變頻驅動：該方案技術相對成熟，已有部分國內廠家掌握。市場上已有大批量成熟產品。
3、150度廣角波變頻驅動：作為120度直流變頻驅動的改進方案，推廣該方案的企業主要以日系企業為主，因即將被180度向量變頻驅動方案取代，目前國內研究的企業較少。
4、180度向量變頻驅動：該技術初期在日本較為成熟，進入國內較晚，初期主要是日系企業在推廣，目前國內兩大空調廠商：格力、美的均在全力推廣。
與交流變頻、120度直流變頻、150度直流變頻驅動等方案相比，具有噪音低，振動小，壽命長，壓縮機體積小，節能等特點，符合壓縮機及空調系統高效能化的發展要求，代表了變頻空調技術的發展方向。
我國家電行業發展迅猛，具備了一定的基礎，但是與國際上相比，我國的家電產業還相對集中於技術含量較低的產業鏈低端，缺乏核心技術的支援，與美日等先進國家的差距在3～5年之間，在產業化方面的差距更大些。高階市場仍被國外產品佔據，國內產品以中低檔為主，且規模偏小，仍不容樂觀。
因此立足自主智財權，開發裝置通用化，產品系列化，生產過程環保，質量與國際接軌的高效能向量變頻空調控制器產品是必然趨勢。
公司在國內家電控制器行業裡具備較明顯的技術和市場優勢，先後申報了4項專利，授權1項發明專利，技術水平國內領先；與松下、美的、格力、tcl、奧克斯等多家知名企業建立了良好的供銷關係，已初步形成產業規模，在省內同行業處於領先地位。
公司通過180度向量變頻空調控制器的研發，整合現有資源，突顯變頻控制器的節能優勢，順應當前低碳節能的趨勢，在未來的3～5年內，大規模推廣高階向量變頻空調控制器產品，不僅有利於加快推動中國家電行業技術進步，促進行業結構公升級優化，而且也將為實現"十二五"節能減排目標、應對全球氣候變化做出積極貢獻。
二、研究內容
1、基於dsp演算法的主動式功率因素調整（apfc）。
2、基於dsp的無位置感測器180度向量壓縮機驅動技術。
3、180度向量變頻空調系統保護邏輯及系統匹配。
4、180度向量變頻空調系統pid恆溫控制演算法。
三、工藝路線：
1、壓縮機驅動採用dsp晶元進行控制，電路主要包括pfc控制、電流檢測與控制、過流保護、位置估算、速度控制、svpwm等部分。其採用的技術方案如下：
pfc控制部分：通過檢測輸入電壓、輸出直流電壓和輸入電流，通過對pfc 開關的控制來使輸入電流相位跟蹤輸入電壓相位。並使輸出直流電壓維持在要求範圍內。
電流檢測與控制：電流檢測在逆變橋的3個下橋臂與直流母線的負極之間串接電流取樣電阻，將電流訊號轉變為電壓訊號，經運算放大器濾波放大後進入dsp進行ad轉換，得到的三相電流經做標變換後進行位置估算和電流閉環控制。並通過pi調節器完成d軸和q軸電流的閉環控制，輸出d軸和q軸的給定電壓。
過流保護：壓縮機相電流經取樣電阻轉變成電壓訊號，並送入比較器進行比較，一旦電流超過設定值，比較器輸出訊號給ipm模組，將igbt輸出封閉，並向dsp給出故障訊號。
位置估算：位置估算是180度向量驅動的核心，只有得到正確的位置資訊，直流壓縮機才能得到良好的控制。位置估算單元利用電流檢測單元檢測的電流和輸出的電壓，按照電機z軸下的假定座標系統模型，構造乙個模型電機，通過閉環控制，將模型電機的執行狀態與實際電機執行狀態相一致，此時模型電機的位置就是對實際壓縮機電機轉子位置的估算位置。
可以採用模型參考自適應位置估算法、kalman濾波法、滑模觀測器法及狀態反饋法等進行。
轉速控制：轉速給定訊號與轉速觀測器估算的轉速進行比較，進入速度pi調節器，得到轉矩電流iq給定訊號，轉矩電流經pi調節器後的到轉矩電壓。
svpwm：按照電流控制輸出的qd軸給定電壓，經過座標轉換後，形成αβ的電壓給定，然後採用svpwm輸出6路pwm脈衝驅動訊號到ipm中，對壓縮機線圈繞組進行驅動。
2、系統控制部分採用mcu，通過採集空調系統各點溫度，確定壓縮機執行頻率，並根據系統工況決定壓縮機的公升降頻，採用pid演算法通過調節壓縮機執行頻率，在系統平衡狀態下將室內溫度控制在±0.1℃，實現恆溫控制。
3、生產工藝流程
4、組織架構
驅動開發系統方案介紹
變頻空調控制系統技術核心示意圖
技術發展路線規劃
四、效能指標
1、採用單dsp晶元同時實現apfc和180度向量驅動，即單晶元單板實現apfc和壓縮機驅動。
2、實現寬頻驅動，驅動頻率範圍15hz～130hz，頻率調整步距為1hz。可以進行精細的系統平衡調整。
3、匹配驅動國內主流壓縮機三洋和上海日立各一款，並實現外接引數式壓機匹配方案，即通過改變eeprom中的預置驅動引數即可實現匹配驅動不同型號規格的壓縮機。
4、實現可將室內溫度控制在±0.1℃範圍的pid恆溫控制演算法。
五、結論
根據對專案實施情況的分析，得出以下幾點結論：
（1）專案符合國家和當地**鼓勵發展的產業政策，以及2023年黃山市重點科技計畫專案申報要求；
（2）設計中所採用的工藝成熟、裝置先進、布局合理，能滿足技術和生產的要求；
（3）建設專案中產品附加值高，技術先進、***、適銷對路，有利於提公升資訊產業，有利於增強國際競爭力；
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