專利名稱：模擬自然風的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種送風裝置和方法，更具體地，涉及一種模擬自然風的裝置和方法。
背景技術：
目前在室內環(huán)境中所使用的空調大多是僅有定向、擺動送風和方向選擇變化的機 械風送風模式，送風方式單調、吹風感受差，長時間容易產(chǎn)生吹風不適的感覺，而且往往會 因為室內環(huán)境中空氣流動速度過低，頻率變化小，與自然環(huán)境差異較大，長期處于這樣的熱 中性環(huán)境中，使人體缺少適當剌激，會引起人們對自然環(huán)境變化適應能力的降低，導致人體 體溫調節(jié)和抵抗力衰退，而使人們易患感冒和中暑等疾病。 送風動態(tài)化技術指通過控制裝置改變氣流流速，來產(chǎn)生風速隨時間變化的氣流， 風速呈正弦波動、脈動波動、隨機波動的氣流和我們常說的仿自然風均屬于動態(tài)風范疇。送 風動態(tài)化可以有效改善使用者對環(huán)境沉悶、單調的抱怨，能夠在很大程度上減小病態(tài)建筑 綜合癥的發(fā)生，提高室內人員對氣流的可接受程度。 實用新型專利[ZL200510086921. 5]"—種個體化空調系統(tǒng)的末端動態(tài)送風裝置" 通過把自然風、正弦風、脈沖風、隨機風氣流的動態(tài)風樣本風速信號存儲在單片機的存儲器 中，執(zhí)行器讀取數(shù)字量的風速信號，經(jīng)D/A模塊轉換為模擬量，作為電壓放大電路或變頻電
路的輸入信號，控制變速電機的轉速，產(chǎn)生自然風、正弦風等動態(tài)化氣流。該裝置的控制方 法屬于動態(tài)送風，但所產(chǎn)生的動態(tài)風都與自然環(huán)境的動態(tài)氣流有較大的差異，達不到真正 自然風的舒適性；對電機的轉速控制采用開環(huán)控制，控制準確度難以保證，導致控制信號與 輸出風速之間失真現(xiàn)象明顯。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為空調系統(tǒng)的末端(如風扇，空調送風端)送風提供一種響應迅 速準確度高的解決方案，使末端出風為具有自然風紊動特征的動態(tài)氣流，提高吹風者的舒 適感覺。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種模擬自然風的裝置，包括電機；控 制裝置，連接至電機，用于輸出電機控制信號，以控制電機的轉速；以及傳感裝置，用于檢測 電機的狀態(tài)信息，并連接至控制裝置，將狀態(tài)信息反饋至控制裝置，其中，控制裝置根據(jù)所 述狀態(tài)信息，來對電機的轉速進行控制。 其中，所述控制裝置包括存儲模塊，用于存儲多個自然風風速樣本信號；隨機模 塊，用于向控制裝置隨機輸出多個自然風風速樣本信號中的一個；轉換模塊，用于根據(jù)所述 自然風風速樣本信號與所述電機轉速信號之間的對應關系，將自然風風速樣本信號轉換為 所述電機給定轉速信號；比較模塊，用于對所述電機給定轉速信號和由傳感裝置獲取的實 際轉速信號進行比較，得到轉速偏差；以及調節(jié)模塊，用于根據(jù)轉速偏差來調節(jié)電機控制信 號。 此外，還可以包括驅動電路，連接至控制裝置和電機之間，用于接收電機控制信
3號，并對其進行功率放大；逆變電路，連接至驅動電路和電機之間，用于根據(jù)所述功率放大 的電機控制信號，將電源功率分配給所述電機各相繞組，以驅動電機。 本發(fā)明另一方面提供了一種模擬自然風的方法，包括以下步驟步驟一，從多個自 然風風速樣本信號中隨機選擇一個，以控制電機的轉速；步驟二，將由一個自然風風速樣本 信號轉換的所述電機給定轉速信號與由傳感裝置獲取的實際轉速信號進行比較，得到轉速 偏差；步驟三，根據(jù)轉速偏差，調節(jié)電機控制信號，以調節(jié)電機的轉速；以及步驟四，當達到 預定時間時，返回步驟一，而當未達到所述預定時間時，返回步驟二。 其中，步驟三進一步包括使用驅動電路接收電機控制信號，并對電機控制信號進 行功率放大；使用逆變電路將電源功率分配給所述電機各相繞組，以驅動電機。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點及突出效果與常規(guī)的送風裝置相比，裝置 響應迅速，能夠真實再現(xiàn)控制信號，具有體積小、噪音低的優(yōu)點；以單片機為控制核心，采用 整體設計，把電機的驅動功能與自然風模擬功能做在一個系統(tǒng)中，減少了數(shù)字量與模擬量 之間相互轉換的信息丟失，且生產(chǎn)成本低；風速控制采用閉環(huán)控制，準確度高，產(chǎn)生的動態(tài) 氣流與實際風速差異??；單片機存儲的森林風、海洋風、草原風等動態(tài)風樣本風速信號，屬 于真實的自然風，吹風感受好，舒適性高。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限定。在附圖中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的模擬自然風裝置的硬件結構示意圖；
圖2為根據(jù)本發(fā)明的模擬自然風方法的程序流程圖；
圖3為根據(jù)本發(fā)明的模擬自然風方法的控制過程示意圖；
圖4為根據(jù)本發(fā)明的開關電源的電路圖；
圖5為根據(jù)本發(fā)明的逆變電路的電路圖；以及
圖6為根據(jù)本發(fā)明的驅動電路的電路圖。
具體實施例方式
如圖1、圖3所示，單片機內部存儲器中存儲有森林風、海洋風、草原風等自然風樣 本，首先通過實驗建立風速與電機轉速的數(shù)量對應關系，系統(tǒng)運行時，每間隔時間T提取一 個風速信號，通過對應關系得到一個電機轉速，將其作為電機的給定速度，同時通過霍爾傳 感器檢測電機的實際轉速，根據(jù)兩者的偏差來調整單片機P麗占空比的大小，對電機實際 轉速進行實時校正，精確輸出風速。 在自然環(huán)境中，自然風是一個連續(xù)的隨機過程。但用于自然風模擬的控制信號樣 本是一個在有限時間內的離散數(shù)據(jù)樣本，要實現(xiàn)對自然風的模擬，首先必須解決有限數(shù)據(jù) 樣本的周期性問題。本方案在保證自然風樣本頻譜特征不變的前提下，采用可變化數(shù)據(jù)樣 本、將樣本數(shù)據(jù)首尾相連、任意拾取起點數(shù)據(jù)，然后通過順序或倒序的方法加以解決。
如圖1所示，本方案以單相交流電(220V/50Hz)為輸入電源，經(jīng)開關電源轉換后， 得到單片機工作需要的+5V電壓，驅動電路所需的+15V電壓，以及無刷直流電機的輸入電 壓，以上三種電壓均為直流電壓。逆變電路或變頻電路和驅動電路根據(jù)單片機的跟定信號控制無刷直流電機轉動，帶動扇葉產(chǎn)生動態(tài)氣流，輸出自然風。同時霍爾傳感器檢測出電機 的轉速，輸入到單片機中。單片機是控制的核心，其內部存儲器中存儲有自然風的風速樣本 信號，提取樣本時通過隨機化過程處理解決輸出周期性的問題，再通過對應關系得到電機 轉速，作為速度調節(jié)器的給定值，與霍爾傳感器測得實際轉速比較，輸出P麗信號，控制電 機的轉速，這個過程如圖2所示。 對于圖1中的開關電源，如圖4所示，交流220V經(jīng)二極管整流得到直流電壓，通過 大電容濾波平穩(wěn)后分為兩路，一路加到逆變電路頂端，作為逆變電路的直流輸入電壓；另一 路作為開關電源的輸入，經(jīng)T0P243Y、高頻變壓器以及TL431等元件構成的開關電源電路變 換出兩路直流電壓+15V、+12V。 +15￥作為驅動電路中芯片的輸入電壓，+12￥經(jīng)1117805變 換得到+5V，作為單片機及外圍電路的電源電壓。 對于圖1中的逆變電路，圖5為三相全橋逆變電路，Ql、 Q3、 Q5為上橋臂MOSFET， Q2、 Q4、 Q6為下橋臂MOSFET，任一時刻只有兩個MOSFET導通，何時開通哪兩個MOSFET開通 由電機中霍爾傳感器的輸出信號來決定，通過MOSFET的開關組合把直流電壓分配給電機 的三相繞組，驅動電機運轉。采樣電阻用于檢測電機繞組的電流。 對于圖1中的驅動電路，圖6為逆變電路其中一相MOSFET管的驅動電路，其他兩 相電路結構相同，只是輸入信號不同。圖3中P1、P2為單片機輸出的控制信號，P1為P麗信 號，P2為普通高低電平。IR2103S把單片機的輸出信號進行功率放大，開通和關閉M0SFET。 其中Pl為高電平時Ql開通，為低電平時Ql關閉；P2為高電平時Q2關閉，為低電平時Q2開通。 以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人 員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、 等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內。
權利要求
一種模擬自然風的裝置，其特征在于，包括電機；控制裝置，連接至所述電機，用于輸出電機控制信號，以控制所述電機的轉速；以及傳感裝置，用于檢測所述電機的狀態(tài)信息，并連接至所述控制裝置，將所述狀態(tài)信息反饋至所述控制裝置，其中，所述控制裝置根據(jù)所述狀態(tài)信息，來輸出不同的電機控制信號，從而對所述電機的轉速進行控制。
2. 根據(jù)權利要求1所述的模擬自然風的裝置，其特征在于，所述控制裝置包括 存儲模塊，用于存儲多個自然風風速樣本信號；隨機模塊，用于向所述控制裝置隨機輸出所述多個自然風風速樣本信號中的一個；轉換模塊，用于根據(jù)所述自然風風速樣本信號與所述電機給定轉速信號之間的對應關 系，將所述自然風風速樣本信號轉換為所述電機給定轉速信號；比較模塊，用于對所述電機給定轉速信號和由所述傳感裝置獲取的實際轉速信號進行 比較，得到轉速偏差；以及調節(jié)模塊，用于根據(jù)所述轉速偏差來調節(jié)所述電機控制信號。
3. 根據(jù)權利要求2所述的模擬自然風的裝置，其特征在于，還包括驅動電路，連接至 所述控制裝置和所述電機之間，用于接收所述電機控制信號，并對其進行功率放大。
4. 根據(jù)權利要求3所述的模擬自然風的裝置，其特征在于，還包括逆變電路，連接至 所述驅動電路和所述電機之間，用于根據(jù)所述功率放大的電機控制信號，將電源功率分配 給所述電機各相繞組，以驅動所述電機。
5. 根據(jù)權利要求4所述的模擬自然風的裝置，其特征在于，所述傳感裝置是霍爾傳感器。
6. 根據(jù)權利要求4所述的模擬自然風的裝置，其特征在于，所述電機是無刷直流電機。
7. —種模擬自然風的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一，從多個自然風風速樣本信號中隨機選擇一個，以控制電機的轉速； 步驟二，將由所述的一個自然風風速樣本信號轉換的所述電機給定轉速信號與由傳感裝置獲取的實際轉速信號進行比較，得到轉速偏差；步驟三，根據(jù)所述轉速偏差，調節(jié)電機控制信號，以調節(jié)所述電機的轉速；以及 步驟四，當達到預定時間時，返回步驟一，而當未達到所述預定時間時，返回步驟二。
8. 根據(jù)權利要求7所述的模擬自然風的方法，其特征在于，步驟三進一步包括 使用驅動電路接收所述電機控制信號，并對所述電機控制信號進行功率放大。
9. 根據(jù)權利要求8所述的模擬自然風的方法，其特征在于，步驟三進一步包括 使用逆變電路將電源功率分配給所述電機各相繞組，以驅動所述電機。
10. 根據(jù)權利要求9所述的模擬自然風的方法，其特征在于，所述多個自然風風速樣本 信號存儲在存儲器中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模擬自然風的裝置，包括電機；控制裝置，連接至電機，用于輸出電機控制信號，以控制電機的轉速；以及傳感裝置，用于檢測電機的狀態(tài)信息，并連接至控制裝置，將狀態(tài)信息反饋至控制裝置，其中，控制裝置根據(jù)狀態(tài)信息，來對電機的轉速進行控制。
文檔編號F24F11/04GK101749839SQ200810185769
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月10日 優(yōu)先權日2008年12月10日
發(fā)明者喻耀明, 廖承喜, 張有林, 袁琪, 趙天光, 馬穎江 申請人:珠海格力電器股份有限公司