CN102207320B - 空调膨胀阀最小开启度和空调膨胀阀的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的空调膨胀阀最小开启度和空调膨胀阀的控制方法，包括：采集蒸发器进口温度；确定目标温度；将采集到的蒸发器进口温度与所述目标温度进行差值运算，得出蒸发器进口温度的偏差值；根据蒸发器进口温度的偏差值，确定膨胀阀最小开启度；结合膨胀阀最小开启度与其他控制方法所生成的膨胀阀开启度，确定膨胀阀的开启度。从而实现了克服目前控制方法设定下的膨胀阀最小开启度的限制和问题。

Description

空调膨胀阀最小开启度和空调膨胀阀的控制方法

技术领域

本发明涉及一种空调的控制方法，特别是指空调膨胀阀小开度和空调膨胀阀的控制方法。

背景技术

随着电子膨胀阀技术的愈加成熟，越来越多的空调厂家采用膨胀阀对制冷剂流量进行精确的控制。由于膨胀阀是空调制冷系统的关键部件之一，膨胀阀开启度的控制质量是决定空调性能好坏的关键，对整个空调系统运行的稳定性、安全性和经济性影响很大。现在对于膨胀阀开启度控制多采用蒸发器过热度控制，如图3所示，通过蒸发器入口和出口的温度差t_o-t_i作为过热度进行膨胀阀开度控制，其中膨胀阀开度的控制算法为PID算法或模糊算法。

由于空调制冷系统的复杂性和算法的局限性，在空调的实际运行过程中，特别是在室内冷负荷较小时，经常出现膨胀阀开启度过小现象，而引发系统运行故障。下面参见图4示出的膨胀阀相应曲线对该情况进行说明：

在膨胀阀打开后，若其开启度小于调节特性转换的拐点g_c，阀后温度t_i由于蒸发器制冷会急剧下降，而此时制冷剂由于供液量少，会很快蒸发殆尽，故几乎影响不到蒸发器的出口温度t_o，因此在这段区域内，Δt＝t_o-t_i上升很快，并且开度越大，Δt就越大，这与正常的膨胀阀工作区域是相反的作用效果，若膨胀阀工作状态进入此区域，会导致了系统工作不稳定，进而出现运行故障。

目前解决这一问题的通用方案是分别预定一个确定的制冷和制热的最小开度g_min，当按照膨胀阀控制算法计算的目标开度小于g_min时，则以g_min作为目标开度，这样处理虽然简单，但却存在下述问题：

(1)g_min的取值限制：一般来说，实际确定的g_min必须大于g_c，而在设计时，g_c是难以确定的，这有两方面原因：一是批量生产的膨胀阀开启位置g₀不一致，造成g_c有一定偏差；二是g_c是和蒸发器紧密相关的，同样的膨胀阀用于不同的蒸发器，会得到不同的g_c。因此确定g_min时主观性和经验性的成分比较大，往往在某些工况和机型下可能比较合适，但工况或机型一变，就难以适应了。

(2)g_min的适用范围限制：由于(1)方面的原因，定值的g_min的适用范围是很有限的，难以使用大范围的工况波动。在实际运行时，往往会出现顾此失彼的问题，最后只得定个中间值，但在比较恶劣的极限工况下，会出现控制质量变差，系统工作不稳定现象，如压机频率异常，空调效果差，膨胀阀开度波动等等。

(3)影响到系统运行的经济性：不合理地的固定g_min的值，在引起系统波动的同时，带来了耗能的增加，系统在不稳定时的效果往往很差，要浪费更长的时间和电力才能达到良好的效果。如现在制热内机停机时，膨胀阀开度往往受限于g_min，造成能力的浪费，系统ERR的降低。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供空调膨胀阀最小开启度和空调膨胀阀的控制方法，通过在空调系统运行过程中不断调整膨胀阀最小开启度，以克服在上述方法设定下的膨胀阀最小开启度的限制和问题。

本发明提供一种空调膨胀阀最小开启度的控制方法，以及与其他控制联合作用的方法，包括以下步骤：

A、采集蒸发器进口温度；

B、确定目标温度；

C、根据采集到的蒸发器进口温度与上述目标温度，确定出蒸发器进口温度的偏差值；

D、根据蒸发器进口温度的偏差值，确定膨胀阀最小开启度。

由上可以看出，上述控制方法可以在空调系统运行过程中不断地调整膨胀阀最小开启度，不断变化和优化，实现了保证膨胀阀工作在稳定的区域内，并提高了适用范围。

上述的控制方法，其关键步骤在于B，即目标温度的确定：

t_i_tar＝t_ao-Δt；

其中，t_i_tar为目标温度，t_ao为室温或者膨胀阀安装位置的环境温度，Δt为预先设定的温度变化量。

其中温度变化量Δt的最后取值，要通过实验来确定和验证，一般预先在4～8℃取某个数值，在实验中进行调整。最后确定的Δt，最低要求是不能造成空调系统波动和故障，且在空调系统小负荷条件下可以满足机组性能和稳定性的，不能出现膨胀开度波动现象。

上述的控制方法，另一关键步骤在于C，即蒸发器进口温度偏差值的确定：

Err＝t_i-t_i_tar或Err＝t_i_AD-t_i_tar_AD；

其中，Err为蒸发器进口温度的偏差值，t_i为蒸发器进口温度的模拟量，t_i_tar为目标温度的模拟量，t_{i_AD}为蒸发器进口温度的数字量，t_i_tar_AD为目标温度的数字量。

由上可以看出，不同的蒸发器进口温度的偏差值运算可以满足不同的需要，例如，Err＝t_{i_AD}-t_i_tar_AD可以提高运算精度以及系统控制稳定性，Err＝t_i-t_i_tar可以增强运算程序的移植性和可读性。

上述的控制方法，其特征在于，所述步骤D包括子步骤：

D1、对蒸发器进口温度前后两个时刻的偏差值取差，得到蒸发器进口温度偏差的微分值；

D2、对蒸发器进口温度的偏差值与微分值进行不感带处理；

D3、对蒸发器进口温度的偏差值与微分值进行上下限处理；

D4、确定膨胀阀最小开启度的调整量；

D5、将膨胀阀最小开启度的调整量与膨胀阀当前开启度相加，得出膨胀阀最小开启度。

上述的控制方法，其特征在于，所述子步骤D2包括：

对于蒸发器进口温度的偏差值，判断该值大于其不感带上限值时，则减去其不感带值；判断该值小于其不感带下限值时，则加上其不感带值；否则设定该值为0；

对于蒸发器进口温度偏差的微分值，判断该值大于其不感带上限值时，则减去其不感带值；判断该值小于其不感带下限值时，则加上其不感带值；否则设定该值为0。

由上可以看出，上述确定膨胀阀最小开启度的控制方法在不感带范围内不参与PID运算。

上述的控制方法，其特征在于，所述子步骤D3包括：

对于蒸发器进口温度的偏差值，判断该值大于其上限值时，则设定该值等于其上限值；判断该值小于其下限值时，则设定该值等于其下限值；

对于蒸发器进口温度偏差的微分值，判断该值大于其上限值时，则设定该值等于其上限值；判断该值小于其下限值时，则设定该值等于其下限值。

由上可以看出，在蒸发器进口温度的偏差值及其微分值过大时，增加上下限可以避免给膨胀阀控制带来过大的调整量、调节膨胀阀动作剧烈的冲击。

上述的控制方法，其特征在于，所述子步骤D4包括：

g_v＝(Err+DErr*p)*gain；

其中，g_v为膨胀阀最小开启度的调整量，Err为为蒸发器进口温度的偏差值，DErr为为蒸发器进口温度偏差的微分值值，gain为增益，p为微分项和比例项的控制作用之比。

由此可以看出，上述方法可以根据需要通过调整比例和微分系数比来对膨胀阀最小开启度的调整量大小进行调节。

本发明一种空调膨胀阀的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、采集蒸发器进口温度；

B、确定目标温度；

C、将采集到的蒸发器进口温度与所述目标温度进行差值运算，得出蒸发器进口温度的偏差值；

D、根据蒸发器进口温度的偏差值，确定膨胀阀最小开启度；

E、结合膨胀阀最小开启度与其他控制方法所生成的膨胀阀开启度，确定膨胀阀的开启度。

由上可以看出，上述控制方法可以在空调系统运行过程中不断地调整膨胀阀最小开启度，且通过联合其他膨胀阀控制方法，达到了优化膨胀阀控制的效果，实现了膨胀阀保持工作在稳定的区域内。

上述的空调膨胀阀的最小开启度控制方法，其特征在于结合其他控制方法，实现联合控制，作为例子，步骤E所述确定膨胀阀的开启度可以采用下述公式

g_tar＝max(min(g_sh，g_ao)，g_td，g_min)；

其中，g_tar为所要确定的膨胀阀开启度，g_sh为内机蒸发器过热度控制生成的膨胀阀目标开启度，g_ao为室内环境温度控制生成的膨胀阀目标开启度，g_td为外机压缩机排气温度过高保护控制生成的膨胀阀目标开启度，g_min为膨胀阀最小开启度控制生成的膨胀阀最小开启度。

由上可以看出，上述方法中的各个膨胀阀控制方法都在膨胀阀当前开启度基础上进行控制，生成独立的膨胀阀目标开启度，保证了膨胀阀开启度的平稳调节。

附图说明

图1为本发明控制方法的方法流程图；

图2为本发明控制方法的膨胀阀调节回路框图；

图3为本发明背景技术中蒸发器和温度传感器的位置图；

图4为本发明背景技术中膨胀阀的响应曲线图。

具体实施方式

下面结合图1、图2对本发明空调膨胀阀最小开启度和空调膨胀阀的控制方法进行详细说明。

本实施例所使用的膨胀阀以电子膨胀阀为例进行说明。

步骤101：采集蒸发器进口温度。

本实施例于膨胀阀后、蒸法器入口直管部位安装了一个温度传感器，由其采集得到蒸发器进口温度。

步骤102：确定一个目标温度。可采用如下方式进行确定：

在各种工况条件下(包括正常的工况，比较恶劣的极限工况等)验证出一个温度变化量，该温度变化量存在的前提为不影响其他控制(例如蒸发器过热度控制等)，至少为不造成空调系统波动和故障，且在空调系统小负荷条件下可以满足机组性能和稳定性的一般要求。通常，该温度变化量一般取值范围为4～8℃。然后根据室温或者膨胀阀安装位置的环境温度与该温度变化量进行差值运算后，得出目标温度，即：

t_i_tar＝t_ao-Δt；

其中，t_i_tar为目标温度，t_ao为室温或者膨胀阀安装位置的环境温度，Δt为温度变化量。

步骤103：将蒸发器进口温度与所确定的目标温度进行差值运算，得出蒸发器进口温度的偏差值。

在本实施例中，蒸发器进口温度的偏差值运算可以采用两种方式：

一种为粗略控制计算方式，采用温度采样的模拟量进行差值运算，即：

Err＝t_i-t_i_tar；

另一种为精细控制计算方式，采用温度采样的数字量行差值运算，即：

Err＝t_{i_AD}-t_i_tar_AD。

其中，Err为蒸发器进口温度的偏差值，t_i为蒸发器进口温度的模拟量，t_i_tar为目标温度的模拟量，t_{i_AD}为蒸发器进口温度的数字量，t_i_tar_AD为目标温度的数字量。

由于数字量向模拟量转换过程中需要进行滤波等一系列抗干扰处理，因此会丧失一部分采样精度，可能会造成温度传感器采集来的不同的数字量在向温度模拟量转换后，得到相同的温度模拟量。因此在空调系统实际运行过程中，采用粗略控制计算方式可能会引起对膨胀阀控制的跳变，从而使膨胀阀开启度出现波动。但另一方采用粗略控制计算方式可增强运算程序的移植性和可读性，使用该计算方式时要判断是否会出现不可接受的跳变，以避免引起膨胀阀开启度出现波动。因此，在对蒸发器进口温度的偏差值进行运算时，可以根据不同的需要来选择使用上述两种计算方式。

步骤104：根据蒸发器进口温度的偏差值，确定膨胀阀最小开启度。

下面将以采用精细控制计算方式运算得出的蒸发器进口温度的偏差值带入具有不感带的PID控制方法(未计入积分项)为例，详细介绍膨胀阀最小开启度的运算过程。

设蒸发器进口温度的偏差值为Err，不感带值为8，不感带为-8～8，上、下限值为±100；蒸发器进口温度偏差的微分值为DErr，不感带值为4，不感带为-4～4，上、下限值为±50；比例和微分系数比为1∶3；Err_old为上次蒸发器进口温度的偏差值。

首先计算蒸发器进口温度的偏差值，由步骤103可知Err＝t_{i_AD}-t_i_tar_AD。接着对Err进行微分，求出DErr，因为微分反应的是变化率，当输入没有变化时，微分作用输出为零，即DErr为零，否则DErr为Err与Err_old的差值。

在Err与DErr落入其各自不感带内或外时，对Err和DErr分别进行设定，如以下步骤：

当Err大于8时，则将Err减去8；

当Err小于-8时，则将Err加上8；

当Err不小于-8，并且不大于8时，则设定Err为0。

当DErr大于4时，则将DErr减去4；

当DErr小于-4时，则将DErr加上4；

当DErr不小于-4，并且不大于4时，则设定DErr为0。

在Err和DErr超出其各自上下限时对Err和Derr分别进行设定，如以下步骤：

当Err大于其上限值100时，则设定Err为100；

当Err小于其下限值100时，则设定Err为-100；

当DErr大于其上限值50时，则设定DErr为50；

当DErr小于其下限值50时，则设定DErr为-50；

根据微分项和比例项的控制作用之比(p＝3)和增益(gain＝1/8)来确定膨胀阀最小开启度的调整量g_v，即g_v为Err与DErr乘以p之积相加后得出的结果再与gain之积。

由以上过程描述的程序如下：

if(first＝＝0){DErr＝0；Qr＝0；first＝1；}

else DErr＝Err-Err_old；

Err_old＝Err；

if(Err＞8)Err-＝8；

else if(Err＜-8)Err+＝8；

else Err＝0；

if(DErr＞4)DErr-＝4；

else if(DErr＜-4)DErr+＝4；

else DErr＝0；

if(Err＞100)Err＝100；

else if(Err＜-100)Err＝-100；

if(DErr＞50)DErr＝50；

else if(DErr＜-50)DErr＝-50；

gain＝1/8；

Q＝Err+DErr*3；

if(Qr＜0&&Q＞0)Qr＝0；

else if(Qr＞0&&Q＜0)Qr＝0；

Q+＝Qr；

g_v＝Q/gain；

Qr＝Q-g_v*gain；

最后，由膨胀阀最小开启度的调整量g_v和膨胀阀当前开启度g_cur，来确定膨胀阀最小开启度g_min，如以下算式：

g_min＝g_v+g_cur；

步骤105：如图2所示，结合膨胀阀最小开启度控制21与膨胀阀开启度的其他现有控制22，完成对膨胀阀开启度的整体控制。

在本实施例中，膨胀阀开启度的其他现有控制22一般包括以下几个方面的控制：

内机蒸发器过热度控制，压力传感器将内机蒸发器出口压力、温度传感器将压缩机吸气过热度传给控制器，由控制器处理后，输出指令作用于膨胀阀步进电机，调整膨胀阀开启度。

室内环境温度控制，以室内环境温度为反馈参量，对膨胀阀开度进行PID控制。

外机压缩机排气温度过高保护控制，在外机压缩机排气温度过高时，与膨胀阀配合采用线性调整吸气过热度和脉宽调整控制的方法控制膨胀阀适当增大其开启度，以平稳地控制外机压缩机的排气温度。

为了保证能够平稳调节膨胀阀开启度，要求膨胀阀最小开启度控制21与以上三种控制方法的共同控制过渡过程要平滑自然，切忌突入突出，即给以上每个控制强行规定一个进入或者退出的条件，这样做的后果是在各种控制相互转换时，极易造成膨胀阀开启度的突变，从而对整个空调系统的运行稳定性造成破环。因此对所述四种控制都不设进入或者退出条件，而只为其设定各自的控制目标。在空调系统实际运行过程中，所述四种控制都在当前膨胀阀开启度的基础上各自独立控制，并生成独立的膨胀阀目标开启度。例如，在本实施例中，内机蒸发器过热度控制生成的膨胀阀目标开启度是g_sh，室内环境温度控制生成的膨胀阀目标开启度是g_ao，外机压缩机排气温度过高保护控制生成的膨胀阀目标开启度是g_td，膨胀阀最小开启度控制21生成的膨胀阀最小开启度是g_min，根据下列公式：

g_tar＝max(min(g_sh，g_ao)，g_td，g_min)

运算得出最终的膨胀阀目标开启度g_tar，完成对膨胀阀开启度的整体控制。其中，内机蒸发器过热度控制生成的膨胀阀目标开启度、室内环境温度控制生成的膨胀阀目标开启度、外机压缩机排气温度过高保护控制生成的膨胀阀目标开启度均采用现有技术方式生成，此处不再赘述。

在具体实践中，为了保证空调系统运行的稳定性，一般会设定一个g_min发生作用的膨胀阀开启度范围，例如32～90，将g_min设定为该范围的下限值32，并在该范围内按照上述结合膨胀阀最小开启度控制21与膨胀阀开启度的其他现有控制22，采用现有的成熟、稳定的PID或模糊算法完成对膨胀阀开启度的整体控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空调膨胀阀最小开启度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、采集蒸发器进口温度；

B、确定目标温度；

C、根据采集到的蒸发器进口温度与所述目标温度确定出蒸发器进口温度的偏差值；

D、根据蒸发器进口温度的偏差值，确定膨胀阀最小开启度；

所述步骤D包括以下子步骤：

D1、对蒸发器进口温度的偏差值进行微分处理，得到蒸发器进口温度偏差的微分值；

D2、对蒸发器进口温度的偏差值与蒸发器进口温度偏差的微分值进行不感带处理；

D3、对蒸发器进口温度的偏差值与蒸发器进口温度偏差的微分值进行上下限处理；

D4、确定膨胀阀最小开启度的调整量；

D5、将膨胀阀最小开启度的调整量与膨胀阀当前开启度相加，得出膨胀阀最小开启度。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤B所述目标温度如下确定：

t_i_tar＝t_ao-Δt；

其中，t_i_tar为目标温度，t_ao为室温或者膨胀阀安装位置的环境温度，Δt为预先设定的温度变化量。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述预先设定的温度变化量Δt的取值范围为4～8℃。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤C所述蒸发器进口温度的偏差值如下确定：

Err＝t_i-t_i_tar或Err＝t_i__AD-t_i_tar_AD；

其中，Err为蒸发器进口温度的偏差值，t_i为蒸发器进口温度的模拟量，t_i_tar为目标温度的模拟量，t_i__AD为蒸发器进口温度的数字量，t_i_tar_AD为目标温度的数字量。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述子步骤D1包括：

判断蒸发器进口温度的偏差值是否变化，若是，则蒸发器进口温度偏差的微分值为蒸发器进口温度的偏差值与上次蒸发器进口温度的偏差值的差值，否则蒸发器进口温度偏差的微分值为0。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述子步骤D2包括：

对于蒸发器进口温度的偏差值，判断该值大于其不感带上限值时，则减去其不感带值；判断该值小于其不感带下限值时，则加上其不感带值；否则设定该值为0；

对于蒸发器进口温度偏差的微分值，判断该值大于其不感带上限值时，则减去其不感带值；判断该值小于其不感带下限值时，则加上其不感带值；否则设定该值为0。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述子步骤D3包括：

对于蒸发器进口温度的偏差值，判断该值大于其上限值时，则设定该值等于其上限值；判断该值小于其下限值时，则设定该值等于其下限值；

对于蒸发器进口温度偏差的微分值，判断该值大于其上限值时，则设定该值等于其上限值；判断该值小于其下限值时，则设定该值等于其下限值。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述子步骤D4包括：

g_v＝(Err+DErr*p)*gain；

其中，g_v为膨胀阀最小开启度的调整量，Err为为蒸发器进口温度的偏差值，DErr为为蒸发器进口温度偏差的微分值值，p为微分项和比例项的控制作用之比，gain为增益。

9.一种空调膨胀阀的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、采集蒸发器进口温度；

B、确定目标温度；

C、将采集到的蒸发器进口温度与所述目标温度进行差值运算，得出蒸发器进口温度的偏差值；

D、根据蒸发器进口温度的偏差值，确定膨胀阀最小开启度；

所述步骤D包括以下子步骤：

D1、对蒸发器进口温度的偏差值进行微分处理，得到蒸发器进口温度偏差的微分值；

D2、对蒸发器进口温度的偏差值与蒸发器进口温度偏差的微分值进行不感带处理；

D3、对蒸发器进口温度的偏差值与蒸发器进口温度偏差的微分值进行上下限处理；

D4、确定膨胀阀最小开启度的调整量；

D5、将膨胀阀最小开启度的调整量与膨胀阀当前开启度相加，得出膨胀阀最小开启度；

E、结合膨胀阀最小开启度与其他控制方法所生成的目标膨胀阀开启度，确定膨胀阀的开启度；

其中，所述其他控制方法包括：内机蒸发器过热度控制、室内环境温度控制和外机压缩机排气温度过高保护控制。

10.根据权利要求9所述的空调膨胀阀的控制方法，其特征在于，步骤E所述确定膨胀阀的开启度采用下述公式：

g_tar＝max(min(g_sh，g_ao)，g_td，g_min)；

其中，g_tar为所要确定的膨胀阀开启度，g_sh为内机蒸发器过热度控制生成的膨胀阀目标开启度，g_ao为室内环境温度控制生成的膨胀阀目标开启度，g_td为外机压缩机排气温度过高保护控制生成的膨胀阀目标开启度，g_min为膨胀阀最小开启度控制生成的膨胀阀最小开启度。

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