CN101832618B - 空调器压缩机频率控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调器压缩机频率控制方法及控制装置，所述方法包括：在空调器所在房间的实际温度与空调器设定温度间的温差大于预设值时，先控制压缩机工作在第一频率，直至所述温差等于所述预设温度值；然后控制压缩机工作在第二频率，直至所述温差等于0℃；在温差等于0℃、且房间负荷不变化时，根据干预算法控制压缩机频率；在温差等于0℃、且房间负荷变化时，根据干预算法及增量PID算法修正压缩机的工作频率；而在所述温差不大于预设值时，则直接根据增量PID算法控制压缩机的频率。本发明根据温差的不同采用不同的控制算法来调整压缩机的频率，能有效减少控制的超调，最大限度消除控制静差，实现简单、快速、稳定的温度调节。

Description

空调器压缩机频率控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及一种空调器压缩机的控制，具体地说，是涉及对空调器压缩机进行频率控制的方法及装置，属于空调控制技术领域。

背景技术

变频空调器是最近几年发展起来的新型空调器，它使用频率可变的变频压缩机及相应的控制技术，能根据房间气温的变化自动调节压缩机的工作频率，进而改变压缩机的转速，实现空调器温度的调节。变频空调器具有调温快、噪音小、耗能低、使用寿命长等特点，是空调市场未来的发展方向。

现有变频空调器一般采用简单查表式模糊控制方法或PI控制方法作为压缩机频率控制的方法。模糊控制方法是采用模糊控制理论，通过查表的方式获得不同温差及温差变化率对应的频率值，从而控制压缩机在该频率下运转。由于模糊表中的值是预先设定的值，是固定不变的，因此，简单查表式模糊控制方法不能根据房间温度的变化来改变既定的规则，无法实现寻优控制，导致压缩机频率控制不精确，会由于房间负荷的不同而存在控制静差，影响用户的舒适性。PI控制方法是以温差作为输入参数，根据温差的不同，按既定规则改变控制过程中的P项及I项的数值，从而实现对压缩机频率的调整。由于PI控制方法中的控制规则也是固定不变的，控制过程自适应能力较弱，且由于PI控制没有考虑温差变化率，导致该方法下压缩机频率调整速度慢，调整过程中经常会存在波动，也会由于房间负荷的不同而存在控制静差。

基于此，亟需一种调整速度快、自适应能力强、控制精确的压缩机频率控制方法，而这也正是本发明的研究主旨所在。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种空调器压缩机频率控制方法，根据温差的不同采用不同的控制算法来调整压缩机的频率，能有效减少控制的超调，最大限度消除控制静差，实现简单、快速、稳定的温度调节。

本发明的目的之二是提供一种空调器压缩机频率控制装置，应用该控制装置对压缩机频率进行控制，实现简单、快速、稳定的温度调节。

为实现上述第一个发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种空调器压缩机频率控制方法，所述方法包括下述步骤：

检测空调器所在房间的实际温度，计算所述实际温度与空调器设定温度之间的温差，并将所述温差与预设温度值进行比较；

若所述温差大于所述预设温度值，按照下述过程控制压缩机频率：

控制压缩机工作在第一频率，直至所述温差等于所述预设温度值；然后控制压缩机工作在第二频率，直至所述温差等于0℃；

利用压缩机工作在第一频率及第二频率过程中的房间实际温度变化率计算频率干预量Δf；

在温差等于0℃、且房间负荷不变化时，在所述第三频率基础上通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；

在温差等于0℃、且房间负荷变化时，控制压缩机工作在第四频率；所述第四频率为在所述第三频率基础上通过增量PID算法获得的频率；

若所述温差不大于所述预设温度值，则直接根据增量PID算法控制压缩机的频率。

根据本发明所述的方法，所述第一频率为α₁f_nom，压缩机工作在所述第一频率下，在所述温差从T₁变化到所述预设温度值时的温差变化率为x₁；所述第二频率为α₂f_nom，压缩机工作在所述第二频率下，在所述温差从所述预设温度值变化到0℃时的温差变化率为x₂，则所述频率干预量Δf利用下述计算：

所述f_nom为压缩机的额定输出频率，所述α₁和α₂为压缩机的频率输出百分比。

为充分发挥空调器的制冷/热性能，所述第一频率大于所述第二频率；且所述α₁优选值为1，实现空调器在大温差时以最大输出能力输出，以使房间温度快速趋近于设定温度。

为实现上述第二个发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种空调器压缩机频率控制装置，所述装置包括：

温度检测单元，用于检测空调器所在房间的实际温度；

计算比较单元，用于计算所述实际温度与空调器设定温度之间的温差，并将所述温差与预设温度值进行比较；

干预控制单元，用于对压缩机频率进行干预控制；

增量PID控制单元，用于对压缩机频率进行增量PID控制。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明空调器压缩机频率控制方法根据温差的不同采用不同的控制算法来调整压缩机的频率，具体为：在温差较大时，利用压缩机最大频率，使空调器以最大输出能力输出，使得房间温度快速趋近于设定温度；在房间实际温度达到设定温度、即温差为0℃时，利用干预算法获得对应于房间不同实际负荷的频率干预量，并利用该频率干预量控制压缩机的频率，使得空调器以接近于房间实际负荷的输出能力输出，有效减少控制的超调，并使房间温度稳定在设定温度；如果房间由于负荷变化或者初始温差不大于所述预设阈值时，利用增量PID算法控制压缩机的频率，使得房间温度稳定在设定温度附近，最大限度消除控制静差，从而实现空调器简单、快速、稳定的温度调节。

附图说明

图1是本发明所述空调器压缩机频率控制方法一个实施例的流程图；

图2是本发明所述空调器压缩机频率控制系统一个实施例的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

针对现有变频空调器采用简单模糊控制方法或PI控制方法调整压缩机频率时存在的不能随房间负荷的变化自动改变既定控制规则、实现自动寻优控制存在的不足，本发明提出了一种能够根据房间实际负荷的不同自适应调整压缩机频率、并根据温差的不同采取不同控制方法的压缩机频率控制方法，既能适应房间负荷的变化、快速达到设定温度的目的，又可以最大限度减少控制静差。

图1所示为本发明所述空调器压缩机频率控制方法一个实施例的流程图。如图1所示，该实施例的具体流程如下：

S101：检测空调器所在房间的实际温度，并计算所述实际温度与空调器设定温度间的温差。

S102：将所述温差与预设温度值进行比较。该预设温度值是用于决定采用何种控制算法的基准温度值，可根据空调器温度传感器的精度及使用环境具体设定，例如，可设定为0.8℃。

S103：判断所述温差是否大于预设温度值。若是，执行步骤S105；否则，执行步骤S104的增量PID控制。

S104：若温差不大于预设温度值，说明房间温度比较接近空调器设定温度，此时，为尽量减少控制的超调、消除控制静差，采用增量PID算法控制压缩机频率。

设压缩机在t＝n时刻的频率为f_n，在t＝n-1时刻的频率为f_n-1，则有：f_n＝f_n-1+Δf_n；Δf_n为增量PID算法下的频率修正值。

根据增量PID算法，所述的频率修正值Δf_n可以通过下式来计算：

$\mathrm{\Δ}{f}_n=K_p(\mathrm{\Δ}{T}_n-\mathrm{\Δ}{T}_{n-1})+\frac{K_p}{T_i}\×\frac{T_f}{60}\×\mathrm{\Δ}{T}_n+K_p{T}_d\×\frac{60}{T_f}\×(\mathrm{\Δ}{T}_n-2\mathrm{\Δ}{T}_{n-1}+\mathrm{\Δ}{T}_{n-2})$

上式中，K_p、T_i和T_d分别为PID算法中的比例常数、积分常数和微分常数；ΔT_n、ΔT_n-1和ΔT_n-2分别为t＝n时刻、t＝n-1时刻及t＝n-2时刻房间温度与空调器设定温度间的温差；T_f为采样周期。

S105：若温差大于预设温度值，此时，由于温差较大，为迅速将房间温度调整到接近设定温度，控制压缩机工作在较大的第一频率，该第一频率优选为空调器的额定频率，也即使空调器以最大输出能力输出，以充分利用其制冷/热量。压缩机工作在第一频率下，直至所述温差等于预设温度值。

S106：在温差降至预设温度值时，为避免控制超调，降低压缩机工作频率至第二频率，所述第二频率小于所述第一频率；压缩机在所述第二频率下工作，直至温差等于0℃，也即房间实际温度达到空调器的设定温度为止。

S107：计算频率干预量。

在房间实际温度达到设定温度之后，需要空调器维持房间温度不变，因此，空调器需要以接近于房间实际负荷的输出能力输出，此时压缩机的工作频率根据频率干预量来确定。所述的频率干预量，是与房间实际负荷相关的一个量，用来调整压缩机的实际工作频率，可根据压缩机在所述第一频率及所述第二频率下工作时房间实际温度的变化率来计算。具体的，所述频率干预量Δf采用下述方式来获得：

空调器所在房间的实际温度T_g与房间总负荷W之间的关系可通过一阶惯性延时模型来表示，其传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{K}{T_s+1}{e}^{-\mathrm{\τs}}$

将上式进行拉氏逆变换，得：

$W(t-\mathrm{\τ})=\frac{T}{K}\×\frac{d{T}_g\left(t\right)}{\mathrm{dt}}+\frac{T_g\left(t\right)}{K}$

式中，T为时间常数，τ为时滞常数，K为比例常数。

由于时滞常数τ较小，对负荷的预测影响不大，在计算频率干预量时可直接采用无时滞方程；另一方面，房间总负荷W可表示为空调器输出的制冷/热量Q与房间实际冷/热负荷M之差，因此，上式可变为：

$Q\left(t\right)-M\left(t\right)=\frac{T}{K}\×\frac{d{T}_g\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

令

(常数)，上式可变为：

Q(t)-M(t)＝Ax

设压缩机的额定输出频率为f_nom，额定制冷/热量为Q_nom，所述第一频率为α₁f_nom，所述第二频率为α₂f_nom，α₁和α₂均为压缩机的频率输出百分比，且α₁＞α₂。

设房间实际冷/热负荷为M₁，压缩机工作在所述第一频率α₁f_nom下，对应的空调实际输出负荷为α₁Q_nom房间实际温度与空调器设定温度间的温差从T₁变化到所述预设温度值T₀所需要的时间为t₁，则所述温差从T₁变化到T₀的温差变化率x₁可表示为：

压缩机工作在所述第二频率α₂f_nom下，对应的空调实际输出负荷为α₂Q_nom，房间实际温度与空调器设定温度间的温差从预设温度值T₀变化到0℃所需要的时间为t₂，则所述温差从T₀变化到0℃的温差变化率x₂可表示为：

根据上述各公式可得：

α₁Q_nom-M₁＝Ax₁

α₂Q_nom-M₁＝Ax₂

由上述两式得：

$M_1=\frac{{\mathrm{\α}}_2{x}_1-{\mathrm{\α}}_1{x}_2}{x_1-x_2}\×Q_{\mathrm{nom}}$

要维持房间温差为0℃，则空调器实际输出的制冷/热量应该等于房间的实际负荷M₁；又由于上述计算过程是以第一频率α₁f_nom为基础开始计算的，则，维持房间温差为0℃的制冷/热量的干预量应为：

$\mathrm{\ΔP}={\mathrm{\α}}_1{Q}_{\mathrm{nom}}-M_1=Q_{\mathrm{nom}}({\mathrm{\α}}_1-\frac{{\mathrm{\α}}_2{x}_1-{\mathrm{\α}}_1{x}_2}{x_1-x_2})$

与之相对应的频率干预量Δf应为：

$\mathrm{\Δf}=f_{\mathrm{nom}}({\mathrm{\α}}_1-\frac{{\mathrm{\α}}_2{x}_1-{\mathrm{\α}}_1{x}_2}{x_1-x_2})$

所述温差值T₁和所述预设温度值T₀均根据空调器温度传感器的精度及使用环境具体设定，例如，在T₀为0.8℃时，可将T₁设定为1.5℃。

S108：根据第二频率和频率干预量计算第三频率。所述第三频率为所述第二频率与所述频率干预量之差。

S109：根据温差判断房间负荷是否发生变化。若发生变化，转至步骤S104的增量PID算法控制压缩机频率；若房间负荷未发生变化，则执行步骤S110。

此时需要注意的是，若在温差等于0℃的情况下房间负荷发生了变化，在利用增量PID算法控制压缩机频率时，压缩机的实际工作频率是在所述第三频率的基础上通过增量PID算法修正后的频率。

S110：若房间负荷没有发生变化，则压缩机工作在第三频率，即可维持房间实际温度与设定温度相同。

图2示出了本发明空调器压缩机频率控制装置一个实施例的结构框图。

如图2所示，该实施例的压缩机频率控制装置各单元部分及其主要作用如下：

温度检测单元21，用于检测空调器所在房间的实际温度。

计算比较单元22，用于计算所述实际温度与空调器设定温度之间的温差，并将所述温差与预设温度值进行比较。

干预控制单元23，用于对压缩机频率进行干预控制。

增量PID控制单元24，用于对压缩机频率进行增量PID控制。

在所述温差大于所述预设温度值时，利用所述干预控制单元23控制压缩机25的频率，并在温差为0℃、房间负荷变化时，再结合所述增量PID控制单元24共同进行压缩机25的频率控制。在所述温差不大于所述预设温度值时，利用所述增量PID控制单元24控制压缩机25的频率。具体控制方法和过程可参考图1实施例中的方法，在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种空调器压缩机频率控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

检测空调器所在房间的实际温度，计算所述实际温度与空调器设定温度之间的温差，并将所述温差与预设温度值进行比较；

若所述温差大于所述预设温度值，按照下述过程控制压缩机频率：

控制压缩机工作在第一频率，直至所述温差等于所述预设温度值；然后控制压缩机工作在第二频率，直至所述温差等于0℃；

利用压缩机工作在第一频率及第二频率过程中的房间实际温度变化率计算频率干预量Δf；

在温差等于0℃、且房间负荷不变化时，控制压缩机工作在第三频率；所述第三频率为所述第二频率与所述频率干预量之差；

在温差等于0℃、且房间负荷变化时，在所述第三频率基础上通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；

若所述温差不大于所述预设温度值，则直接根据增量PID算法控制压缩机的频率；

其中，所述第一频率为α₁f_nom，压缩机工作在所述第一频率下，在所述温差从T₁变化到所述预设温度值时的温差变化率为x₁；所述第二频率为α₂f_nom，压缩机工作在所述第二频率下，在所述温差从所述预设温度值变化到0℃时的温差变化率为x₂，则所述频率干预量Δf利用下述计算：所述f_nom为压缩机的额定输出频率，所述α₁和α₂为压缩机的频率输出百分比。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一频率大于所述第二频率。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述α₁等于1。

4.一种空调器压缩机频率控制装置，其特征在于，所述装置包括：

温度检测单元，用于检测空调器所在房间的实际温度；

计算比较单元，用于计算所述实际温度与空调器设定温度之间的温差，并将所述温差与预设温度值进行比较；

干预控制单元，用于对压缩机频率进行干预控制；

增量PID控制单元，用于对压缩机频率进行增量PID控制；

所述干预控制单元控制压缩机频率的过程为：

控制压缩机工作在第一频率，直至所述温差等于所述预设温度值；然后控制压缩机工作在第二频率，直至所述温差等于0℃；

利用压缩机工作在第一频率及第二频率过程中的房间实际温度变化率计算频率干预量Δf；

在温差等于0℃、且房间负荷不变化时，在所述第三频率基础上通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；

在温差等于0℃、且房间负荷变化时，控制压缩机工作在第四频率；所述第四频率为在所述第三频率基础上通过所述增量PID控制单元获得的频率；

若所述温差不大于所述预设温度值，则直接利用所述增量PID控制单元控制压缩机的频率；

其中，所述第一频率为α₁f_nom，压缩机工作在所述第一频率下，在所述温差从T₁变化到所述预设温度值时的温差变化率为x₁；所述第二频率为α₂f_nom，压缩机工作在所述第二频率下，在所述温差从所述预设温度值变化到0℃时的温差变化率为x₂，则所述频率干预量Δf利用下述计算：

所述f_nom为压缩机的额定输出频率，所述α₁和α₂为压缩机的频率输出百分比。

5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述第一频率大于所述第二频率。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述α₁等于1。

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