第43卷第1期2009年1月西安交通大学学报JOURNALOFXI′ANJIAOTONGUNIVERSITYVol.43№1Jan.2009直线冰箱压缩机活塞位移的模糊控制张金权,畅云峰,邢子文(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安摘要:为了有效地控制直线冰箱压缩机的活塞位移,提出了一种以活塞上死点位移为控制目标的可自调整规则的模糊控制系统.基于模糊控制模型和活塞运动模型,开发了模糊控制系统的硬件和软件,控制系统主要由位移测量模块、中央处理器模块、功率驱动模块、电源模块及上位机等组成.为了研究模糊控制系统的性能,实验测量了其响应曲线,实验结果表明:模糊控制系统在无需压缩机系统模型的前提下,可以成功地控制直线压缩机的活塞位移,其在上死点附近几乎无超调,稳态误差小于0125mm.这种新型的模糊控制系统对于冰箱、空调、斯特林制冷机及气体等领域的直线压缩机活塞位移控制具有很大的应用前景.关键词:直线压缩机;冰箱;活塞位移;模糊控制中图分类号:TH457;TB652文献标志码:A文章编号:02532987X(20090120038205FuzzyControlofPistonDisplacementofaLinearRefrigeratorCompressorZHANGJinquan,CHANGYunfeng,XINGZiwen(SchoolofEnergyandPowerEngineering,Xi′anJiaotongUniversity,Xi′an710049,ChinaAbstract:Inordertoeffectivelycontrolthepistondisplacementofalinearrefrigeratorcompres2sor,anewfuzzycontrolsystembasedonself2adjustingwasproposed.Thehardwareandsoft2wareofthefuzzycontrolsystemweredevelopedwiththepistonmotionmodelandthefuzzycon2trolmodel.Thecontrolsystemismainlycomposedofadisplacementmeasurementunit,aDSP,apowerdriverunit,anelectricitysourceunit,andacomputer.Theresponsecurveofthefuzzycontrolsystemwasmeasured.Theexperimentalresultsshowthatthepresentcontrolsystemcaneffectivelymeasureandcontrolthepistonstrokeandthetopclearancedistanceofthelinearcom2pressor.Thesteady2stateerrorofthetopclearancedistanceissmallerthan0125mm,andthereisalmostnoovershootnearbythetopdeadcenter.Keywords:linearcompressor;refrigerator;pistondisplacement;fuzzycontrol压缩机是制冷系统的心脏,现在的冰箱用压缩机都是由旋转电机驱动曲轴带动活塞或通过曲轴连杆机构带动活塞做往复直线运动,由于其存在多处摩擦副,使得摩擦损耗大,机械效率低,进一步提高其效率已非常有限.直线压缩机是一种由直线电机直接驱动活塞做往复直线运动的新型高效压缩机.文献[123]指出,在相同的测试工况下,直线压缩机的效率要比目前最高效的往复活塞压缩机的效率高20%~30%,其性能系数CCOP可达到210以上(标准工况.由于直线压缩机没有曲柄连杆机构,其活塞行程和上死点位置不受限制,与所加给系统的能量大小有关,因此活塞位移是可变的.为了保证冰箱压缩机高效、高可靠性地运行,必须对活塞位移进行有效控制,以避免活塞撞击缸盖,特别是在余隙非常小的时候.对压缩机活塞行程进行有效控制,必须知道活塞的位移及上死点位置.早期的系统中安装了位移传感器进行活塞位移检测,但位移传感器的引收稿日期:2008203226.作者简介:张金权(1980-,男,博士生;畅云峰(联系人,男,副教授.基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(2007AA05Z209.入不仅增加了系统的成本,而且使得压缩机的结构变得复杂,一旦出现故障,则冰箱压缩机系统就无法正常工作.因此,国内外各大研究机构致力于研究开发一种简单可靠、性能稳定、经济性的无传感器的控制系统.文献[4]介绍了一种用于斯特林制冷机的直线压缩机模糊控制系统.文献[5]介绍了一种利用直线电机本身作为位移传感器的模式识别冰箱压缩机控制系统.文献[6]介绍了一种利用直线电机作为压缩机活塞位移的传感器技术.本文主要对电冰箱用直线压缩机的模糊控制系统进行理论和实验研究,并开发了用于冰箱的直线压缩机活塞位移的模糊控制系统.1活塞运动模型直线压缩机的结构如图1所示,由直线电机、活塞、机械弹簧、吸气阀、排气阀及机体组成.直线电机动子在内、外定子间交变磁场的作用下带动活塞做往复直线运动,从而完成压缩机的吸气2压缩2排气过程.图2为压缩机活塞的运动示意图,活...