CN104515254B - 一种空调压缩机频率控制方法 - Google Patents

一种空调压缩机频率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种空调压缩机频率控制方法，控制方法为空调检测室内温度T室内，Pn=|T设定‑T室内|；将Pn与预设温差进行比较，在温差较大时，以最高频率运行，在温差较小时，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率，能够实现快速制冷制热。本发明通过PID控制方法控制频率稳定下调，温度始终保持0.5度的静差，最终一直稳定在设定温度，不会出现温度超调导致停机等问题，空调运行稳定，用户体验好。本发明在设定温度和风速有变化时，压机的运行频率可以及时响应温度的变化，有效升降频。而且可以根据环境温度调节频率，既能够保证空调稳定运行，又能够快速调节温度。

Description

一种空调压缩机频率控制方法
技术领域
本发明属于空调控制技术领域，具体地说，是涉及一种对空调压缩机进行频率控制的方法。
背景技术
变频空调能够根据室内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，实现空调运行状态的调节。变频空调由于具有调温快、噪音小、能耗低、使用寿命长等优点而具有广泛的市场前景。
现有变频空调一般采用查表式控制方法或者PID控制方法作为压缩机频率控制的方法。查表式控制方法是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值下运转，由于表中的值是预先设定的值，是固定不变的，因此，查表式控制方法不能根据房间温度的变化来改变既定的规则，导致压缩机频率控制不精确，影响用户的舒适性。PID控制方法能够根据房间温度的变化对空调频率进行稳定而精确的控制。例如，专利号为201010169218.1的发明专利“空调器压缩机频率控制方法及控制装置”中公开了一种在温差等于0℃，且房间负荷变化时，采用PID控制的方法，而在其他条件时采用定频控制或者频率干预控制，仍然存在频率控制不精确且控制复杂的问题。因而，空调何时进入PID控制以及进入PID控制的初始频率选择对空调制冷制热速率以及运行稳定性具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空调压缩机频率控制方法，提供一种能够根据设定温度和室内温度温差的大小判定是否进入PID控制并通过准确控制PID的初始频率达到快速、稳定的温度调节，空调不易停机。
为达到上述目的，本发明提出了一种空调压缩机频率控制方法，包括如下步骤：
空调检测室内温度T室内，Pn=|T设定-T室内|；
空调检测室内温度T室内，计算Pn=|T设定-T室内|；
首次进入某种模式时，若Pn＞第一温差，控制压缩机在相应模式下以最高频率fmax运行；在运行过程中，若Pn≤第一温差，则以压缩机实际运行频率为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；
首次进入某种模式时，若Pn≤第一温差，则在相应模式下以fmax *K1为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；
其中：0＜K1＜1。
进一步的，当首次进入某种模式时，若第二温差＜Pn≤第一温差，则在相应模式下以fmax *K1为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；
首次进入某种模式时，若Pn≤第二温差，则在相应模式下以fmax *K2为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；
其中：0＜K2＜K1＜1。
当空调的运行模式为制热模式，则首次进入制热模式时，若Pn＞第一温差，控制压缩机在制热模式下以fmax运行；在运行过程中，若Pn≤PID温差，则以压缩机实际运行频率为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；其中，PID温差＜第一温差，可进一步提高空调的制热速度。
当空调的运行模式为除湿模式，则首次进入除湿模式时，若Pn＞第一温差，控制压缩机在除湿模式下以fmax运行；在运行过程中，若Pn≤第一温差，则以压缩机实际运行频率为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率，若Pn≤第二温差，控制压缩机以固定频率运行；
若第二温差≤Pn≤第一温差，则以相应模式下fmax*K2为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；在运行过程中，若Pn≤第二温差，控制压缩机以固定频率运行；
若Pn≤除湿第二温差，控制压缩机以固定频率运行。
一方面，当压缩机在某种模式下以最高运行频率运行时，停机后重新启动的初始频率按照首次进入所述模式的判断条件进行选择。
另一方面，当压缩机在制热模式下以PID算法修正压缩机的工作频率运行时，若压缩机停机，则压缩机停机启动的初始频率为：
Fon= fmax*b*（A-K*Tao）
其中，Tao为压缩机重新启动时的室外环境温度；0＜b＜1；
A：为Tao=0度时，压缩机停机启动初始频率的比例值，；
K：为压缩机停机启动初始频率的变化率，A和K为事先通过实验得出。根据环境温度调节压缩机启动的初始频率，可以使空调器快速响应，同时能够保证空调稳定运行。
进一步的，压缩机停机启动首先以Fon作为初始频率运行，当压缩机再次停机启动时，检测本次压缩机重新启动时的室外环境温度Tao’，若|Tao’-Tao|≤预设温差，且前次启动与本次启动之间压缩机的运行时间＜t，则本次压缩机重新启动的初始频率Fon’=Fon-m，m为常数；
若| Tao’-Tao|≤预设温差，且前次启动与本次启动之间压缩机的运行时间＞t，则本次压缩机重新启动的初始频率Fon’= Fon。
再一方面，压缩机在制冷或除湿模式下以PID算法修正压缩机的工作频率运行时，压缩机停机后重新启动的初始频率的确定方法如下：
当Tao＜标准温度时，初始频率为最小频率；
当Tao≥标准温度时，初始频率为制冷标准初始频率。
为了保证温度控制的精确性，T设定为人工设定温度的修正值。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
（1）快速制冷制热：进入相应模式时，若温差较大，则按最高频率运行，使室内温度与设定温度差值快速减小，当温差小时才进入PID控制，能够实现快速制冷制热。
（2）精确控温：压缩机以较高频率运行直至接近设定温度后，以精确的PID初始频率进入PID控制，采用PID控制方法控制频率稳定下调，温度始终保持0.5度的静差 ，最终一直稳定在设定温度。
（3）用户体验好：当室内温度达到设定温度后，PID调节使空调低频运行，不会出现温度超调导致停机等问题，空调运行稳定，用户体验好。
（4）空调运行不受外界天气变化情况影响：根据天气情况调节频率参数：通过大量实验优化频率参数，特殊天气情况下也能给出准确的制冷制热的初始频率，根据环境温度调节频率，既能够保证空调稳定运行，又能够快速调节温度。
（5）空调响应及时：设定温度和风速有变化时，压机的运行频率可以及时响应温度的变化，有效升降频。
附图说明
图1为本发明具体实施例在制冷模式下的流程图。
图2为本发明具体实施例在制热模式下的流程图。
图3为本发明具体实施例在制热模式下压缩机运行频率、设定温度与室内环境温度的关系图。
图4为本发明具体实施例在制热模式下设定温度变化时压缩机运行频率、设定温度与室内环境温度的关系图。
图5为本发明具体实施例在制热模式下压机重新启动时压缩机运行频率、设定温度与室内环境温度的关系图。
图6为本发明具体实施例在除湿模式下的流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明所述空调压缩机频率控制方法的具体实施方式进行详细的说明。
具体实施例1：
如图1所示，本实施例以制冷模式为例对本发明的具体实现方式进行说明，本实施例中提到的进入制冷模式包括首次上电开机进入制冷模式、模式切换进入制冷模式以及关机再开机进入制冷模式等情况。
空调器开启后，空调检测室内温度T室内，由于在PID控制过程中，以0.1度为计算精度，因而，令Pn=（T室内-T设定）*10。
首次进入制冷模式时，将Pn与制冷第一温差和制冷第二温差相比较：
若Pn＞制冷第一温差，控制压缩机以最高频率fmax运行；在运行过程中，空调实时检测T室内，并得到Pn，若Pn≤制冷第一温差，则以压缩机实际运行频率为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率，进入PID控制后不再退出。
若制冷第二温差＜Pn≤制冷第一温差，控制压缩机以fmax *K1为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率，进入PID控制后不再退出。
若Pn≤制冷第二温差，控制压缩机以fmax *K2为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率，进入PID控制后不再退出。
其中：0＜K2＜K1＜1。
PID控制过程为：
此次偏差的差 Dn= Pn（此次偏差）–Pn-1（前次偏差）
前次偏差的差 Dn-1= Pn-1（前次偏差）– Pn-2（前前次偏差）
输出系数 Outgain
比例系数 Kp
积分系数Ki
微分系数Kd
比例控制量 Hzkp
积分控制量 Hzki
微分控制量 Hzkd
输出补正后的输出量 Hzout
上次输出补正后的输出量 Hzout1
过滤后的输出量 Hzoutf
前次控制量 Sn
此次控制量 Fn
Hzkp = Kp * Dn
Hzki = Ki * Pn
Hzkd = Kd *（Dn－Dn-1）
ΔFn = Hzkp＋Hzki＋Hzkd
Hzout = Outgain * ΔFn
Hzoutf = ( Hzout + (Hzout1 * 2)) / 3
Fn = Sn + Hzoutf
其中，Sn 为压机实际返回频率，如果压机实际返回频率低于最小频率，则以最小频率为准。
控制量 Fn 作为温调的指示频率，若没有其他的频率限制，压缩机按 Fn 指示频率运转。
空调在制冷模式运转时，当压缩机以最高运行频率运行时，压缩机停机（感温器OFF）后重新启动（感温器ON）的初始频率按照首次进入制冷模式的判断条件进行选择。
当压缩机在PID控制过程中，压缩机停机（感温器OFF）后重新启动（感温器ON）的初始频率的确定方法为：
检测室外环境温度Tao，
当Tao＜标准温度时，初始频率为最小频率；
当Tao≥标准温度时，初始频率为制冷标准初始频率。
具体实施例2：
如图2所示，本实施例以制热模式为例对本发明的具体实现方式进行说明，本实施例中提到的进入制热模式包括首次上电开机进入制热模式、模式切换进入制热模式以及关机再开机进入制热模式等情况。
空调器开启后，空调检测室内温度T室内，由于在PID控制过程中，以0.1度为计算精度，因而，令Pn=（T设定-T室内）*10，其中，T设定=人工设定温度+设定温度修正值。
首次进入制热模式时，将Pn与制热第一温差和制热第二温差相比较：
若Pn＞制热第一温差，控制压缩机以最高频率fmax运行；在运行过程中，空调实时检测T室内，并得到Pn，若Pn≤PID温差，则以压缩机实际运行频率为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率，进入PID控制后不再退出。
若制热第二温差＜Pn≤制热第一温差，控制压缩机以fmax *K1为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率，进入PID控制后不再退出。
若Pn≤制热第二温差，控制压缩机以fmax *K2为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率，进入PID控制后不再退出。
其中：0＜K2＜K1＜1，PID温差＜第一制热温差，则更有利于空调的快速制热。
PID控制过程为与实施例1相同，此处不再描述。
如图3所示，为本实施例在制热模式下压缩机运行频率、设定温度与室内环境温度的关系图，由图3可以看出，在本实施例压缩机的频率控制下，压缩机首先工作在高频率段，使得室内温度快速趋于设定温度，在很短的时间之内便达到设定温度，之后采用PID控制压缩机的工作频率，随着时间的增长，室内环境温度一直稳定在设定温度，空调运行稳定性好。
如图4所示，为本实施例在制热模式下压缩机运行频率、设定温度与室内环境温度的关系图，由图4可以看出，在本实施例压缩机的频率控制下，空调上电后压缩机以高频运行，当温差满足条件时进入PID控制，频率稳定下调，温度保持0.5度的静差，直至稳定在设定温度,运行过程中如果人工调高设定温度，则压缩机的频率也能很快的响应。稳定运行后，两次人工调高设定温度2度，室内温度也可快速（5分钟之内）达到设定温度。
空调在制热模式运转时，当压缩机以最高运行频率运行时，压缩机停机（感温器OFF）后重新启动（感温器ON）的初始频率按照首次进入制热模式的判断条件进行选择。
当压缩机在PID控制过程中，正常情况下，例如，通过人工控制设定温度，导致压缩机停机（感温器OFF）后重新启动（感温器ON）的初始频率的确定方法为：
检测重新启动时室外环境温度Tao，
Fon=fmax*b*（A-K*Tao）
其中，0＜A、K、b＜1。
若由于室外环境温度变化导致压缩机停机，则压缩机重新启动时首先以Fon作为初始频率运行，当压缩机再次停机启动时，根据本次Tao’与前次Tao的关系确定本次初始频率Fon’。
若|Tao’-Tao|≤预设温差，且前次压缩机运行时间＜t，则本次压缩机重新启动的初始频率Fon’=Fon-m；
若| Tao’-Tao|≤预设温差，且前次压缩机运行时间＞t，则本次压缩机重新启动的初始频率Fon’= Fon；
若|Tao’-Tao|＞预设温差，则根据本次Tao’重新计算初始频率Fon’。
如图5所示，为本实施例在室外温度为-7℃时，感温器OFF-ON过程中设定温度、室内温度与实际运行频率的关系图，由图5可以看出，在空调器稳定运行时，调低设定温度2度，使得室内温度达到设定温度，感温器OFF，当室内温度低于设定温度时，感温器ON，压缩机频率快速响应，能够保证室内温度的稳定，给用户舒适的体验。
具体实施例3：
如图6所示，本实施例以除湿模式为例对本发明的具体实现方式进行说明，本实施例中提到的进入除湿模式包括首次上电开机进入除湿模式、模式切换进入除湿模式以及关机再开机进入除湿模式等情况。
空调器开启后，空调检测室内温度T室内，由于在PID控制过程中，以0.1度为计算精度，因而，令Pn=（T室内-T设定）*10。
首次进入除湿模式时，将Pn与除湿第一温差和除湿第二温差相比较：
若Pn＞除湿第一温差，控制压缩机在除湿模式下以fmax运行；在运行过程中，若Pn≤除湿第一温差，则以压缩机实际运行频率为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率，若Pn≤除湿第二温差，控制压缩机以固定频率运行；
若除湿第二温差＜Pn≤除湿第一温差，则以相应模式下fmax*K2为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；在运行过程中，若Pn≤除湿第二温差，控制压缩机以固定频率运行；
若Pn≤除湿第二温差，控制压缩机以固定频率运行。
其中：0＜K2＜K1＜1。
PID控制过程与具体实施例1相同，此处不再详细说明。
空调在除湿模式运转时，当压缩机以最高运行频率运行时，压缩机停机（感温器OFF）后重新启动（感温器ON）的初始频率按照首次进入除湿模式的判断条件进行选择。
当压缩机在PID控制过程中，压缩机停机（感温器OFF）后重新启动（感温器ON）的初始频率的确定方法为：
检测室外环境温度Tao，
当Tao＜标准温度时，初始频率为最小频率；
当Tao≥标准温度时，初始频率为制冷标准初始频率。
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 (12)

1.一种空调压缩机频率控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
空调检测室内温度T室内，计算Pn=|T设定-T室内|；
首次进入制冷或制热模式时，若Pn＞第一温差，控制压缩机在相应模式下以最高频率fmax运行；在运行过程中，若Pn≤第一温差，则以压缩机实际运行频率为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；
首次进入制冷或制热模式时，若第二温差＜Pn≤第一温差，则在相应模式下以fmax *K1为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；
首次进入制冷或制热模式时，若Pn≤第二温差，则在相应模式下以fmax *K2为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；
其中：0＜K2＜K1＜1。
2.根据权利要求1所述的空调压缩机频率控制方法，其特征在于：首次进入制热模式时，若Pn＞第一温差，控制压缩机在制热模式下以fmax运行；在运行过程中，若Pn≤PID温差，则以压缩机实际运行频率为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；其中，PID温差＜第一温差。
3.根据权利要求1或2所述的空调压缩机频率控制方法，其特征在于：所述压缩机在制冷或制热模式下以最高运行频率运行时，停机后重新启动的初始频率按照首次进入的模式的判断条件进行选择。
4.根据权利要求1或2所述的空调压缩机频率控制方法，其特征在于：所述压缩机在制热模式下以PID算法修正工作频率运行时，若压缩机停机，则压缩机停机启动的初始频率为：
Fon= fmax*b*（A-K*Tao）
其中，Tao为压缩机重新启动时的室外环境温度；0＜b＜1；
A：为Tao=0度时，压缩机停机启动初始频率的比例值；
K：为压缩机停机启动初始频率的变化率，A和K为事先通过实验得出。
5.根据权利要求4所述的空调压缩机频率控制方法，其特征在于：压缩机停机启动首先以Fon作为初始频率运行，当压缩机再次停机启动时，检测本次压缩机重新启动时的室外环境温度Tao’，若|Tao’-Tao|≤预设温差，且前次启动与本次启动之间压缩机的运行时间＜t，则本次压缩机重新启动的初始频率Fon’=Fon-m，m为常数。
6.根据权利要求5所述的空调压缩机频率控制方法，其特征在于：若| Tao’-Tao|≤预设温差，且前次启动与本次启动之间压缩机的运行时间＞t，则本次压缩机重新启动的初始频率Fon’= Fon。
7.根据权利要求1或2所述的空调压缩机频率控制方法，其特征在于：所述压缩机在制冷模式下以PID算法修正压缩机的工作频率运行时，压缩机停机后重新启动的初始频率的确定方法如下：
当Tao＜标准温度时，初始频率为最小频率；
当Tao≥标准温度时，初始频率为制冷标准初始频率，其中，Tao为压缩机重新启动时的室外环境温度。
8.根据权利要求1或2所述的空调压缩机频率控制方法，其特征在于：所述T设定为人工设定温度的修正值。
9.一种空调压缩机频率控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
空调检测室内温度T室内，计算Pn=|T设定-T室内|；
首次进入除湿模式时，若Pn＞第一温差，控制压缩机在除湿模式下以fmax运行；在运行过程中，若Pn≤第一温差，则以压缩机实际运行频率为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率，若Pn≤第二温差，控制压缩机以固定频率运行；
若第二温差≤Pn≤第一温差，则以相应模式下fmax*K2为初始频率，通过增量PID算法修正压缩机的工作频率；在运行过程中，若Pn≤第二温差，控制压缩机以固定频率运行；
若Pn≤除湿第二温差，控制压缩机以固定频率运行。
10.根据权利要求9所述的空调压缩机频率控制方法，其特征在于：所述压缩机在除湿模式下以最高运行频率运行时，停机后重新启动的初始频率按照首次进入的模式的判断条件进行选择。
11.根据权利要求9或10所述的空调压缩机频率控制方法，其特征在于：所述压缩机在除湿模式下以PID算法修正压缩机的工作频率运行时，压缩机停机后重新启动的初始频率的确定方法如下：
当Tao＜标准温度时，初始频率为最小频率；
当Tao≥标准温度时，初始频率为制冷标准初始频率，其中，Tao为压缩机重新启动时的室外环境温度。
12.根据权利要求9或10所述的空调压缩机频率控制方法，其特征在于：所述T设定为人工设定温度的修正值。
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