基于变排量压缩机的车载空调控制系统的研究

作     者：葛钊 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈冲

授予年度：2017年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：车载空调 变排量压缩机 AMESim 抗饱和积分 

摘      要：随着人们生活水平的不断提高,对车载空调控制系统的智能性、运行情况的稳定性、控制系统的合理性都有较高要求。因此,如何对系统进行更加细致的分析,如何对复杂工况进行更加合理的调控,就成了各大汽车制造企业和科研机构所关注的问题。本课题通过对基于变排量压缩机的车载空调控制系统进行分析,提出了一种从硬件选型到台架模拟的整套开发过程,并且通过实验验证了控制系统的快速性、准确性和稳定性,使得此控制系统及其研发流程能得到广泛的应用。首先,本文对车载空调系统的基本结构和制冷原理进行了分析,针对车载空调系统面临的工况和实际问题,对系统的各项需求进行分析。通过对传统的几种空调制冷系统的比较,提出了以变排量压缩机为主要控制对象的系统控制结构。其次,着重分析了其中的压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、混合风门等部件的物理学结构,利用基于功率键合图法的仿真软件AMESim建立了系统控制对象的数学模型。并在此基础上建立系统框图,通过对开环系统进行分析,确定了前馈PI控制结构。然后对系统的PI控制器进行优化分析,提出了三种抗积分饱和方式,并采用钳位法抗饱和作为控制策略;对不同干扰进行补偿,提出目标蒸发器温度的概念,通过加入了前馈控制,使系统形成两个闭环,解决了由工艺问题带来的风量干扰,并建立了控制系统的仿真模型。利用仿真软件AMESim对控制部分进行建模,研究了两种不同的求解模式对仿真的影响,并对系统进行了仿真验证。将控制部分嵌入Matlab中的Simulink环境中进行联合仿真,通过仿真实验验证了联合仿真的可行性,并利用实时仿真工具包将控制系统的控制软件转化为C代码。联合仿真解决了在AMESim下难以实现代码转换的难题,同时也避免了在Simulink环境下对整体的车载空调系统进行简化而引起的误差。最后,设计了以S9S12GN48为主处理器的空调控制器,并将转换完成的系统控制软件的C代码烧写到控制器芯片中;搭建了空调控制器和实验台架组成的空调控制实验系统,通过实验测量的数据,验证了此系统在台架中的控制效果。实验结果表明,所设计的空调控制系统仿真模型符合实验要求,在车速干扰下,可以很好的将车内温度仿真值控制在设定温度的±0.1℃之内;且联合仿真后所转化的C代码可以成功烧写,实现了实际台架对出风口温度的控制,精度在±1℃之内。证明此系统具有良好的快速性、准确性和稳定性,满足实际应用要求。