CN105423668B - 电子膨胀阀的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电子膨胀阀的控制方法，当室外环境温度（Tho‑A）≥43度时，根据压缩机频率变化确定电子膨胀阀的开度；当室外环境温度（Tho‑A）＜43度时，将温度分成不同的区段，并对每个区段设定不同的目标排气过热度线性计算曲线，获得目标排气过热度与实际排气过热度后进行模糊控制，进而获得电子膨胀阀的开度变换量；本发明所提出的方法通过区段控制方法，利用模糊控制和不同的温度范围对应不同的排气过热度计算曲线来实现精确优化控制，并结合前馈控制技术，提高电子膨胀阀应答效率，对在不同温度范围内运行的空调系统均能实现平稳运行、杜绝震荡，具有能效比高、低温制热效果好等优点。

Description

电子膨胀阀的控制方法
技术领域
本发明涉及一种应用于空调中的电子膨胀阀的控制方法。
背景技术
空调系统设计中，电子膨胀阀作为电子控制元件，通过系统过热度控制其开度以达到控制压缩机排气温度的目的，因其精度高，动作快速、准确、节能效果明显等优点，在制冷空调中有广泛的应用。国家标准中，空调系统运行的温度范围为-7～43度，变频空调的频率变化范围一般为15Hz～110Hz。
现有的变频空调电子膨胀阀多采用PID控制，主流PID控制的核心逻辑为制冷时室外温度的25度到36度的电子膨胀阀的算法控制，并将该算法应用于所有温度范围内，在额定工况下测试得出电子膨胀阀的控制曲线。但是不同外界温度条件下空调的运转情况区别很大，同时由于空调制冷系统滞后性大、高度非线性等特点使得此种控制方式难以综合考虑所有温度范围、建立准确的数学模型来控制电子膨胀阀的开度。目前虽然也有通过设置某些倍数值，通过在不同的温度范围追加不同的倍数进行控制的方式，但仍然难以满足整个运行范围的过热度的标准。
并且，在一些中东地区，环境温度达50多度，在此种超出额定工况范围外的温度运行时，空调负荷变化很大，空调的制冷、制热效果难以尽如人意。而且空调负荷变化很大时，电子膨胀阀也无法及时响应，相对反应较慢，容易导致整个系统震荡，甚至造成部件损坏等严重后果。
发明内容
本发明的目的是针对上述在额定工况下测试得出电子膨胀阀的控制曲线难以满足整个运行范围的过热度的标准、空调负荷变化很大时电子膨胀阀响应不及时等技术问题提出的电子膨胀阀的控制方式。
为了达到上述目的，本发明提出一种电子膨胀阀的控制方法，包括：当室外环境温度(Tho-A)≥43度时，根据压缩机频率变化确定电子膨胀阀的开度；当室外环境温度(Tho-A)＜43度时，将温度分成不同的区段，并对每个区段设定不同的目标排气过热度线性计算曲线，获得目标排气过热度与实际排气过热度后进行模糊控制，进而获得电子膨胀阀的开度变换量。目标排气过热度线性计算曲线为连续曲线，保证压缩机的转数实时动态对应特定的排气过热度，使控制结果更加精确。
进一步的，所述区段包括第一环境温度区段25℃≤Tho-A＜36℃及第二环境温度区段Tho-A＜25℃，36℃≤Tho-A＜43℃；制冷状态下：当25℃≤Tho-A＜36℃时，目标排气过热度线性计算曲线函数为：SPH(TdSH)＝k1*N+14.2，SPL(TdSH)＝k2*N+8.0，其中,Tho-A为室外环境温度，SPH(TdSH)为最高目标排气过热度，k1为定值，SPL(TdSH)为最低目标排气过热度，k2为定值，N为压缩机实际转数；当Tho-A＜25℃，36℃≤Tho-A＜43℃时，目标排气过热度线性计算曲线函数为：SPH(TdSH)＝k3*N+4.5，SPL(TdSH)＝k4*N+0.7，其中,k3及k4为定值；制热状态下：目标排气过热度线性计算曲线函数为：
其中,k5及k6为定值。
进一步的，当环境温度≥43度时，按一定的抽样时间对压缩机实际转数进行抽样，当一次抽样期内的实际频率变化在6HZ以上时，控制电子膨胀阀的开度控制偏差DX发生变化，所述控制偏差DX＝F*Y，其中，F为定值，Y为相邻两次抽样时压缩机实际转数变化量，且|Y|≥6。
进一步的，所述模糊控制中控制器的输入为排气过热度偏差E(n)(为实际排气过热度与目标排气过热度的差值)，以及所述偏差的时间变化微分DE，根据输入及模糊计算表精确输出电子膨胀阀开度变化量。
进一步的，所述F值的取值在制冷、制热状态下，根据室外环境温度上升或下降，在不同温度区间分别设定不同的参数值。
进一步的，所述k1—k6的取值如下：k1∈[0.09,0.41],k2∈[0.10,0.40],k3∈[0.18,0.40],k4∈[0.17,0.49],k5∈[0.19,0.41],k6∈[0.20,0.40]。
进一步的，通过大量实验实践得出，所述对压缩机实际转数进行抽样的抽样时间为30s。与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、采用区段控制，在传统控制曲线的基础上，将运行范围进行分段，每个温度、频率运行范围内分别设定动态的算法曲线进行控制，结合模糊控制思想，运用不确定不精确的模糊信息来实现精确有效的控制，当室外环境温度(Tho-A)＜43度时，具有全工况范围内的运行平稳、能力优化、超低温制热效果强等优点。
2、当室外环境温度(Tho-A)≥43度时采用前馈控制技术，每30秒对压缩机实际转数进行一次抽样，随时确认压缩机的频率变化并作出对应控制。负荷变化时，及时对电子膨胀阀的开度进行倍数级的控制，能够使系统冷媒量按照实际变化情况进行及时调节，保证了整个系统的平稳性和可靠性。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例中电子膨胀阀控制方法流程示意图；
图2为表1中(A)区工况状态对应的排气过热度线性计算曲线图；
图3为表1中(B)区工况状态对应的排气过热度线性计算曲线图；
图4为表1中(C)区工况状态对应的排气过热度线性计算曲线图；
图5为F值取值参考曲线图。
具体实施方式
本发明提供一种电子膨胀阀的控制方法，下面结合实施例对本发明做进一步地说明。
参考图1，为电子膨胀阀的控制方法流程示意图，首先判断室外环境温度，当室外环境温度(Tho-A)≥43度时，根据压缩机频率变化确定电子膨胀阀的开度；当室外环境温度(Tho-A)＜43度时，将温度分成不同的区段，并对每个区段设定不同的目标排气过热度线性计算曲线，获得目标排气过热度与实际排气过热度后进行模糊控制，进而获得电子膨胀阀的开度变换量。
本实施例中，所述区段控制通过模糊控制，采用模糊逻辑控制思想和不同温度范围对应不同的排气过热度计算曲线来实现，运用模糊信息以及全工况范围内动态的算法曲线进行精确有效的控制，具有系统运行平稳、能力优化、超低温制热效果强等优点。
所述区段包括第一环境温度区段25℃≤Tho-A＜36℃及第二环境温度区段Tho-A＜25℃，36℃≤Tho-A＜43℃。将环境温度分区段控制，分别计算对应的排气过热度计算曲线。
表1区段控制工作范围区分表
如表1所示为区段控制工作范围分区表，通过大量实验反复验证得出，在表1中(A)、(B)、(C)区工况对应的排气过热度线性计算曲线分别如图2-4所示，在制冷状态下：当25℃≤Tho-A＜36℃时，目标排气过热度线性计算曲线函数为：SPH(TdSH)＝k1*N+14.2，SPL(TdSH)＝k2*N+8.0，其中,Tho-A为室外环境温度，SPH(TdSH)为最高目标排气过热度，k1为定值，SPL(TdSH)为最低目标排气过热度，k2为定值，N为压缩机实际转数；当Tho-A＜25℃，36℃≤Tho-A＜43℃时，目标排气过热度线性计算曲线函数为：SPH(TdSH)＝k3*N+4.5，SPL(TdSH)＝k4*N+0.7，其中,k3及k4为定值；在制热状态下：目标排气过热度线性计算曲线函数为：
其中,k5及k6为定值，由图可知，各个区段的目标排气过热度线性计算曲线均为连续曲线，线性调节，保证压缩机的转数对应具体的排气过热度，达到实时动态控制效果，使控制结果更加准确。
为了匹配不同的空调机型，可以单独为特定型号机型设定更快速的达到目标过热度，以达到更优的控制效果，所述k1—k6的参数取值范围如下：k1∈[0.09,0.41],k2∈[0.10,0.40],k3∈[0.18,0.40],k4∈[0.17,0.49],k5∈[0.19,0.41],k6∈[0.20,0.40]，本实施例优选k1—k6的取值分别为0.09、0.10、0.18、0.17、0.19、0.20。
本实施例中，排气过热度TdSH用下述公式进行定义：
制冷时，TdSH＝排气温度Tho-D－室外热交温度Tho-R；
制热时，TdSH＝排气温度Tho-D－室内热交温度Thi-R；
由目标排气过热度线性计算曲线函数结合上述公式算出目标排气过热度SPH(TdSH)及SPL(TdSH)和实际排气过热度TdSH进行模糊控制，让电子膨胀阀的开度变化，所述模糊控制中控制器的输入为排气过热度偏差E(n)和E(n)的时间变化微分DE，E(n)为实际排气过热度与目标排气过热度的差值，根据输入及模糊计算表精确输出电子膨胀阀开度变化量。偏差E(n)的时间变化微分DE，DE＝E(n)－E(n－1)(℃/抽样时间)，把从偏差E(n)和时间的微分DE决定的数值加算或减算到电子膨胀阀的开度，让电子膨胀阀的开度变化。
表2模糊计算表
表2为模糊计算表，由表中数据确定，当E(n)＞0：实际排气过热度TdSH比目标排气过热度SP(TdSH)高。此时控制气体侧膨胀阀开方向，当E(n)＜0：实际排气过热度TdSH比目标排气过热度SP(TdSH)低。此时控制液体回流侧电子膨胀阀关闭方向。DE＞0表明实际排气过热度TdSH上升中，DE＜0表明实际排气过热度TdSH下降中。结合表2确定模糊控制规则，以排气过热度偏差E(n)和所述偏差的时间变化微分DE作为模糊控制中控制器的输入，输出电子膨胀阀的开度变换量，去模糊化后控制电子膨胀阀开度实现控制。
当环境温度≥43度时，空调负荷变化很大，为了提高电子膨胀阀的应答效率，按一定的抽样时间对压缩机实际转数进行抽样，当一次抽样期内的实际频率变化在6HZ以上时，控制电子膨胀阀的开度控制偏差DX发生变化，所述控制偏差DX＝F*Y，其中，F为定值，Y为相邻两次抽样时压缩机实际转数变化量，Y＝N(n)－N(n－1)，且|Y|≥6，本实施例压缩机实际转数的抽样时间为30秒。关于定数F，当Y≥6和Y≤-6分别对应制冷、制热时的参数设置参考图5，所述F值的取值在制冷、制热状态下，根据室外环境温度上升或下降，在不同温度区间分别设定不同的参数值。当制冷状态下，室外环境温度上升时，在Tho-A＜24℃，24℃≤Tho-A＜38℃,38℃≤Tho-A＜45℃,45℃≤Tho-A温度段，F值分别取1.5、1.7、1.9、2.0；制冷状态下，室外环境温度下降时，在Tho-A＜22℃，22℃≤Tho-A＜36℃,36℃≤Tho-A＜43℃,43℃≤Tho-A温度段,F值分别取1.5、1.7、1.9、2.0。制热状态下，室外环境温度上升时，在Tho-A＜-6℃，-6℃≤Tho-A＜6℃,6℃≤Tho-A＜16℃,16℃≤Tho-A温度段，F值分别取0.83、0.91、0.99、1.10；在制热状态下，室外环境温度下降时，在Tho-A＜-8℃，-8℃≤Tho-A＜2℃,2℃≤Tho-A＜12℃,12℃≤Tho-A温度段，F值分别为0.83、0.91、0.99、1.10。
本发明中，通过采用区段控制，在传统控制曲线的基础上，将运行范围进行分段，每个温度、频率运行范围内分别设定动态的算法曲线进行控制，结合模糊控制思想，运用不确定不精确的模糊信息来实现精确有效的控制，具有全工况范围内的运行平稳、能力优化、超低温制热效果强等优点。空调负荷变化大时采用前馈控制技术，每30秒对压缩机实际转数进行一次抽样，随时确认压缩机的频率变化并作出对应控制。负荷变化时，及时对电子膨胀阀的开度进行倍数级的控制，能够使系统冷媒量按照实际变化情况进行及时调节，保证了整个系统的平稳性和可靠性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域。但是，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种电子膨胀阀的控制方法，其特征在于：
当室外环境温度(Tho-A)≥43度时，根据压缩机频率变化确定电子膨胀阀的开度；
当室外环境温度(Tho-A)＜43度时，将温度分成不同的区段，并对每个区段设定不同的目标排气过热度线性计算曲线，获得目标排气过热度与实际排气过热度后进行模糊控制，进而获得电子膨胀阀的开度变换量，
所述区段包括第一环境温度区段25℃≤Tho-A＜36℃及第二环境温度区段Tho-A＜25℃，36℃≤Tho-A＜43℃，
制冷状态下：
当25℃≤Tho-A＜36℃时，目标排气过热度线性计算曲线函数为：SPH(TdSH)＝k1*N+14.2，SPL(TdSH)＝k2*N+8.0，其中,Tho-A为室外环境温度，SPH(TdSH)为最高目标排气过热度，k1为定值，SPL(TdSH)为最低目标排气过热度，k2为定值，N为压缩机实际转数；
当Tho-A＜25℃，36℃≤Tho-A＜43℃时，目标排气过热度线性计算曲线函数为：SPH(TdSH)＝k3*N+4.5，SPL(TdSH)＝k4*N+0.7，其中,k3及K4为定值；
制热状态下：
目标排气过热度线性计算曲线函数为：
其中，k5及k6为定值。
2.根据权利要求1所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于：
当环境温度≥43度时，按一定的抽样时间对压缩机实际转数进行抽样，当一次抽样期内的实际频率变化在6HZ以上时，控制电子膨胀阀的开度控制偏差DX发生变化，所述控制偏差DX＝F*Y，其中，F为定值，Y为相邻两次抽样时压缩机实际转数变化量，且|Y|≥6。
3.根据权利要求1所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于：所述模糊控制中控制器的输入为排气过热度偏差E(n)，E(n)为实际排气过热度与目标排气过热度的差值，以及所述偏差的时间变化微分DE，根据输入及模糊计算表精确输出电子膨胀阀开度变化量。
4.根据权利要求2所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于：所述F值的取值如下：
制冷状态下，室外环境温度上升时
Tho-A＜24℃，F值为1.5
24℃≤Tho-A＜38℃,F值为1.7
38℃≤Tho-A＜45℃,F值为1.9
45℃≤Tho-A,F值为2.0；
制冷状态下，室外环境温度下降时
Tho-A＜22℃，F值为1.5
22℃≤Tho-A＜36℃,F值为1.7
36℃≤Tho-A＜43℃,F值为1.9
43℃≤Tho-A,F值为2.0；
制热状态下，室外环境温度上升时
Tho-A＜-6℃，F值为0.83
-6℃≤Tho-A＜6℃,F值为0.91
6℃≤Tho-A＜16℃,F值为0.99
16℃≤Tho-A,F值为1.10；
制热状态下，室外环境温度下降时
Tho-A＜-8℃，F值为0.83
-8℃≤Tho-A＜2℃,F值为0.91
2℃≤Tho-A＜12℃,F值为0.99
12℃≤Tho-A,F值为1.10。
5.根据权利要求1所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于：所述k1、k2、k3和k4以及k5与k6的取值如下：k1∈[0.09,0.41],k2∈[0.10,0.40],k3∈[0.18,0.40],k4∈[0.17,0.49],k5∈[0.19,0.41],k6∈[0.20,0.40]。
6.根据权利要求4所述的电子膨胀阀的控制方法，其特征在于：所述抽样时间为30s。
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