臺灣博碩士論文加值系統

本論文以低溫熱泵系統為研究對象，將脈波寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)控制技術應用在低溫熱泵系統上，用以調節電磁式電子膨脹閥開啟與閉合時間，使電子膨脹閥形成間歇性導通，完成對蒸發器冷媒流量之類比控制，並利用蒸發器出入口端之溫度差 (ΔTe)與蒸發器出入口端之壓力差(ΔPe)計算系統過熱度，調控冷凝器之發熱量及蒸發器之散熱量，以達到對庫內進行加熱及凝水作用。
本研究同時進行蒸發器出入口端之壓力差(ΔPe)之前饋控制與蒸發器出入口端之溫度差(ΔTe)之回授控制，並使用傳統的PID控制演算法，以其比例、積分和微分動作皆在順向路徑上進行計算，利用此方式做偏差之修正，因此提高了熱泵乾燥溫度的穩定性以及精確度，本論文並以ADAMView圖控軟體完成整體系統監控與紀錄，達到初步智慧化，而後整合上人機介面，以達到更加智能化與節省成本之效益。

This thesis takes the low temperature heat pump system as the research object. Pulse Width Modulation (PWM) control technology is applied to a low temperature heat pump system. To adjust the opening and closing time of the electronic expansion valve. Make the electromagnetic electronic expansion valve intermittently conductivity. Completion of Analog Control of Evaporator Refrigerant Flow. The system superheat is calculated by using the temperature difference (ΔTe) at the inlet and outlet of the evaporator and the pressure difference (ΔPe) at the inlet and outlet of the evaporator. Regulates the amount of heat generated by the condenser and the amount of heat dissipated by the evaporator so as to heat and condense the inside of the reservoir.
In this study, the feedback control of the pressure difference (ΔPe) between the inlet and the outlet of the evaporator and the temperature difference (ΔTe) between the inlet and the outlet of the evaporator are controlled simultaneously. Using the traditional PID control algorithm and calculate on the forward path with its proportional, integral and derivative actions. Used this method to correct deviations. This improves the stability and accuracy of the heat pump drying temperature. This thesis completes the overall system monitoring and record with ADAMView software. Achieve initial intelligence. Then integrate the human-machine interface to achieve more intelligent and cost-effective benefits.

摘要 i
ABSTRACT ii
目錄 iv
圖目錄 ix
表目錄 xiv
符號說明 xv
第一章緒論 1
1-1 背景說明與研究動機 1
1-2 文獻回顧 3
1-2-1 應用研究方面 3
1-2-2 節能研究方面 4
1-2-3 PID控制研究方面 5
1-2-4 控制方案和演算法改進研究方面 6
第二章熱泵系統原理 7
2-1 莫里爾線圖(Molier charter) 7
2-2熱泵性能表示方法 9
2-2-1 性能係數(Coefficient of Performance)簡稱C.O.P.：(為無因次單位) 9
2-2-2 性能因數(Performance Factor)簡稱P.F.：(為無因次單位) 10
2-3 反卡諾循環(Reverse Carnot Cycle) 11
2-4 熱泵循環原理 12
2-5 熱泵乾燥的原理 13
2-5-1 不同之熱泵形式 15
2-5-2 乾燥方法的種類 17
2-6 過熱度 18
2-7 PID控制器理論分析及特點 19
2-7-1 開迴路控制系統 20
2-7-2 閉迴路控制系統 20
2-7-3 比例控制(Proportion control,P) 21
2-7-4 積分控制(Integral control,I) 22
2-7-5 微分控制(Derivative Control,D) 23
2-8 Ziegler-Nichols頻率響應法 26
2-9 Smith預估器控制 27
2-10 反饋控制 31
2-11 前饋控制 32
2-12 PWM控制原理 34
第三章實驗設備 36
3-1 低溫熱泵乾燥機設備系統元件 36
3-1-1 往復式壓縮機 36
3-1-2 冷凝蒸發盤管 37
3-1-3 輔助冷凝器 38
3-1-4 電子膨脹閥 39
3-1-5 電子膨脹閥驅動器(Eliwell V800) 40
3-1-6 乾燥機本體 41
3-2 其他附屬元件 42
3-2-1 PID控制器 42
3-2-2 溫度感測器(PT-100) 43
3-2-3 壓力傳送器 44
3-2-4 溼度計 45
3-2-5 電磁閥 46
3-2-6 乾燥過濾器 46
3-2-7 液器分離器 47
3-2-8 視窗 47
3-2-9 SSR固態繼電器 48
3-2-10 積熱電驛 48
3-2-11 PWM IC 49
3-2-12 UA741 50
3-2-13 ADAM−4561 51
3-2-14 ADAM-40系列 52
3-2-15 ADVANTECH WOP-2070T 53
第四章系統辨識與PID控制參數求法 54
4-1 系統辨識原理 54
4-1-1 系統特性圖 54
4-1-2 系統辨識步驟過程 55
4-1-3 實驗設備系統辨識過程 56
第五章 PID+PWM控制器設計及製作 61
5-1 前饋控制+反饋控制概念整合 61
5-2 PID+PWM控制器製作 62
第六章低溫乾燥機實驗方法及設計電路 63
6-1 系統架構 63
6-2 低溫熱泵乾燥機空氣循環設計系統 67
第七章人機介面的整合 68
7-1 人機介面建立流程 68
7-2 檔案建立及通訊設定 69
7-3 建立畫面 70
7-3-1 數值顯示器 70
7-3-2 歷史趨勢圖 71
7-3-3 切換開關 72
7-4 建立標籤 73
7-5 設定命令與狀態 73
7-6 建立數據收集器 74
7-7 編譯 74
7-8 模擬 75
7-9 燒錄人機介面 76
第八章結果與討論 77
8-1各百分比壓力在各控制策略下與市售V800控制器之比較 77
8-1-1 6%壓力Z-N、Smith與V800溫度控制之性能比較 78
8-1-2 8%壓力Z-N、Smith與V800溫度控制之性能比較 79
8-1-3 10%壓力Z-N、Smith與V800溫度控制之性能比較 80
8-1-4 12%壓力Z-N、Smith與V800溫度控制之性能比較 81
8-2各百分比壓力在Ziegler-Nichols控制策略實驗結果 82
8-2-5 Ziegler-Nichols控制策略在各百分比壓力實驗溫度結果 82
8-2-7 Ziegler-Nichols控制策略在各百分比壓力實驗濕度結果 83
8-3 各百分比壓力在Smith控制策略實驗結果 84
8-3-1 Smith控制策略在各百分比壓力下之控制溫度結果 84
8-3-2 Smith控制策略在各百分比壓力下之控制濕度結果 85
8-4 運用SMITH控制策略做壓力差之性能測試結果 86
8-4-1 壓力差實驗中換新盤管 87
8-4-2 自製控制器(純PID)實驗結果 89
8-4-3 自製控制器(PID+PWM)實驗結果 91
8-4-4 自製控制器(有無PWM)實驗結果比較 93
第九章結論 97
第十章參考文獻 99

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