第一章绪论
1.1本课题研究的目的和意义
中国是一个讲究美食的国度，在食品加工中，煎、炒、烹、炸占有很大的比例。因此，中式厨房中的油烟很大。油烟在伤害烹饪者身心健康的同时严重污染了厨房环境，抽油烟机可以将炉灶燃烧的废气和烹饪过程中产生的对人体有害的油烟迅速抽走，排出室外，减少污染，净化空气，并有防毒、防爆的安全保障作用，是现代家庭必不可少的健康卫士。
一款好的抽油烟机就成了改变厨房环境的一个"有力武器"，能有效改善厨房环境，减少油烟对厨房环境和人体健康造成伤害。据中国房地产业协会有关统计显示，目前我国家庭厨房每年以1300万个的速度递增。而有关资料显示，目前国内注册住宿型酒店和餐饮业法人单位约10万个，企业职工食堂约460.9万个，各类学校食堂约10万个。预计2010-2015年，我国抽油烟机年产能将达到1500万台套。若实施高效、节能降耗型抽油烟机产业升级方案，抽油烟机平均过程能耗降低30%，则一年可节电总量接近9000万KWH,年节电效益达到1.2亿。
中国抽油烟机行业经过20多年的发展，已成为一个较为成熟的产业，方太、万和、西门子、帅康等各大抽油烟机生产企业占据了国内抽油烟机市场上的主要份额。虽然目前市场上抽油烟机产品不断推陈出新，产品的结构和造型渐趋完善，但大都属于普通型，采用手动开关来控制排风速度，智能化的带自动调速的抽油烟机产品远没有普及。在中国抽油烟机工业产量上升迅速同时，生产出的抽油烟机存在智能化水平低，耗能严重和舒适度差的问题，风机转速无法随着油烟量的多少实时调节，工作时都以电机最大功率运转，造成大量电能浪费。2008年5月贵州大学研制出基于ATmega 16的变频抽油烟机，用一种气敏传感器根据油烟浓度控制风扇的转速，但是由于成本过高和控制稳定性不够，一直没能得到大规模的推广应用。就目前的抽油烟机行业发展来看，国内尚未出现节能环保型智能抽油烟机的成型产品，西方国家由于饮食结构的不同，也尚未研制该方面的产品。新一代抽油烟机正朝着在节能降耗和智能化方向发展，必需符合节能、绿色的要求。
本文通过分析抽油烟机普遍存在的能耗高、智能化程度低的现状，着眼于研究一款能适用于大多数常规抽油烟机的芯片级集成数字控制模块，重点突破：
1、基于FPGA硬件实现的模糊控制技术：传统控制器如DSP在实现控制功能时，必须依托相应的执行程序，很大比例的时钟周期消耗与软件的运算处理上，控制器的速度和效率受到较大影响。基于FPGA的硬件处理器，由百万单位级的逻辑门直接实现逻辑判断，延时很小，在速度、稳定性上具有无可比例的优势。
2、单相电机的SVPWM空间矢量变频控制技术：采用SVPWM空间矢量脉宽调制技术对普通的单相异步电机实现变频调速，在降低能耗的同时加减速平稳、风量幅宽大、卨频运转时噪声低。
第二章抽油烟机的转速自适应模糊模型建立
2.1引言
市面上大多数抽油烟机不能实时分析排烟量的多少，转速无法随着废气量进行实时调节，造成大量电能浪费。针对此行业共性问题，作者对风机的自动调速问题展开研究，采用模糊自适应控制的方法，用烟雾、湿度检测传感器对烟雾、湿度数据进行实时采集，对烹饪环境进行综合分析，模糊计算得出最适宜的转速，最终达到抽油烟机智能调速以节能降耗的目的。基于硬件实现的模糊控制器具有较好的实时性，能满足抽油烟机对废气的快速调控。系统通过对废气的灵活处理，保证其在节能降耗的基础上具有良好的稳定性和动态性能。
2.2油烟和蒸汽等废气的产生机理
中国的烹饪习惯以煎、炒、烹、炸为主，因此在烹饪过程中会产生大量有害废气。烹调过程产生的第一大废气是油烟，油烟是食用油脂煎炸食物时发生剧烈化学变化后产生的成分复杂的混合物。在食用汕的加热过程中，当到达i7(rc时,油分解形成直径以上的小油滴；到时，分解形成(DlCr3—Kr7cm的微油滴。由锅底溢出的油气混合物无规则的向上、向外扩散，接触锅底的空气被烤热后快速上升，在锅底形成负压，锅外的冷空气不断涌向锅底，油烟废气则不断向灶外倾斜扩散外逸。烹调产生的另一种主要污染物是水蒸汽，例如煲汤过程就会产生大水雾，加热阶段时水蒸汽随温度升高呈比例，至沸腾后产生的水蒸汽均匀且燃烧工况成正比。
第三章 抽油烟机的SVPWM变频原理........................................28-42
3.1 引........................................28
3.2 电容起动式单相电机矢量控制........................................28-29
3.3 两相电机不平衡SVPWM变频........................................29-37
3.4 SVPWM控制算法的实施过程 ........................................37-41
3.5 本章小结 ........................................41-42
第四章 基于FPGA的芯片级集成实现........................................ 42-61
4.1 引言........................................ 42
4.2 集成控制模块的芯片选型........................................ 42-43
4.3 基于FPGA的转速的实现........................................ 43-54
4.3.1 模糊控制器的FPGA实现........................................ 44-50
4.3.2 RS-232串口通信的FPGA实现........................................ 50-52
4.3.3 A/D转换器控制电路设计........................................52-53
4.3.4 D/A转换器控制电路设计........................................ 53-54
4.4 基于FPGA的SVPWM空间矢量........................................54-60
4.4.1 扇区判断模块 ........................................54-55
4.4.2 基本矢量作用时间计算模块........................................ 55-57
4.4.3 过调制控制模块设计 ........................................57-58
4.4.4 调制波生成模块 ........................................58
4.4.5 脉冲生成模块 ........................................58-60
4.5 本章小结 ........................................60-61
第五章 芯片级控制模块的功能仿真....................................... 61-75
5.1 引言........................................ 61
5.2 芯片级集成控制模块的性能测试 ........................................61-64
5.2.1 自适应模糊控制模块的功能测试........................................ 61-62
5.2.2 SVPWM变频模块的综合测试 ........................................62-64
5.3 控制模块的节能环保性能的实际测试 ........................................64-74
5.3.1 测试平台搭建........................................ 64-67
5.4 本章小结........................................ 74-75
结论
本文针对抽油烟机行业普遍存在的耗能严重和舒适度差的问题，设计了一款基于FPGA的芯片级抽油烟机集成控制模块，运用模糊自适应控制和SVPWM变频技术促进抽油烟机向节能环保转型。
本文的主要完成的工作如下：
1抽油烟机的转速自适应模糊模型建立：通过对厨房废气实时采集，模糊计算得到最适宜的转速，指导风机以最适宜的转速来净化厨房环境。
2、SVPWM空间矢量变频算法实现：针对抽油烟机使用的普通单相异步电机，设计一种两相电机不平衡SVPWM空间矢量变频算法对其实现变频调速。从驱动模式上实现电机节能；同时提高风机运行稳定性，减少运行噪声，达到环保降噪的目的。
3、基于FPGA的芯片级控制模块的设计：模块包括转速自适应模糊控制模块和SVPWM变频模块等二部分，转速自适应模糊控制器采用了优化的模糊推理算法和并行流水线方式，提高了推理速度。SVPWM变频模块采用五段式开关顺序合成空间电压矢量，并按照这种合成方法自顶向下地实现了扇区判断、时间参数计算模块、基本电压作用时间计算模块、过调制控制模块、调制波生成模块、脉冲生成模块的具体实现。
4、建立测试平台，对控制模块的节能环保性进行测试。结果表明：抽油烟机转速自适应控制对于电机的节能降耗作用显著；在SVPWM矢量变频下，转速、功率、运行噪音、出风量相比普通单相异歩电机均有了较为明显的改进，达到了设计的目标。