CN105890107B - 空调系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种空调系统的控制方法，该控制方法可以在电子膨胀阀的压力处于不同范围内时分别采用不同的降压措施及时降压，尽量减少空调系统被迫启动高压保护功能乃至物理泄压功能的次数，有助于维护空调系统的工作性能，延长其使用寿命。

Description

空调系统的控制方法
【技术领域】
本发明涉及空调系统的控制方法。
【背景技术】
如今，很多空调系统采用电子膨胀阀(Electronic Expansion Valve,简称EXV)对制冷剂的冷却压力进行较为精确的控制。电子膨胀阀可以通过调节其开度来调节制冷剂的流量，进而将冷却压力控制在合适的范围内，使系统性能达到最优。使用电子膨胀阀控制冷却压力的一般方法是将当前的制冷剂冷却压力和气冷器的冷却温度作为电子膨胀阀的输入信号提供给电子膨胀阀的控制单元，该控制单元根据气冷器的冷却温度确定与该冷却温度对应的优化冷却压力范围，然后根据当前的制冷剂冷却压力与该优化冷却压力范围进行对比。若当前的制冷剂冷却压力处于该优化冷却压力范围之外，则该控制单元以PID(即比例+积分+微分)调节的方式调整阀针的开度，进而调节制冷剂的流量，将制冷剂冷却压力调节到该优化冷却压力范围之内。例如，在当前的制冷剂冷却压力低于优化冷却压力范围的下限时，可以减小开度以增加压力；在当前的制冷剂冷却压力高于优化冷却压力范围的上限时，则可以增大开度以减小压力。
在采用R134a(四氟乙烷)等传统制冷剂的空调系统中，制冷剂的冷却压力一般不会超过2.5MPa，在绝大多数情况下，电子膨胀阀以PID调节的方式调节自身的开度即可保持对制冷剂压力的有效控制。但是，在以二氧化碳(CO2)作为制冷剂的空调系统中，若冷却温度大于40℃，则CO2的优化冷却压力一般在12MPa左右，已经比较接近系统的极限运行压力。实际冷却压力还会随着系统动态运行而波动，当冷却压力达到14MPa左右时，就可能达到了空调系统的极限运行压力，此时已经无法通过电子膨胀阀及时降低冷却压力，需要启动空调系统压缩机的高压保护功能才能及时降压，确保空调系统的安全。特别是对于以CO2作为制冷剂的车用空调系统来说，在汽车加速过程中压缩机转速可能剧增，此时温度急剧升高，冷却压力也迅速增大，很容易导致空调系统的冷却压力达到极限压力值，迫使空调系统做出进一步的紧急降压措施，例如启动压缩机的高压保护功能，甚至还要进一步启动物理泄压功能。若车速在较短时间内变化较为频繁(例如经过红绿灯较多的路段时)，空调系统的冷却压力也可能多次达到极限压力，可能需要频繁地启动压缩机的高压保护功能，甚至物理泄压功能。由于压缩机的机械惯性较大，启停的力矩较大，启停所需的时间也较长，因此压缩机频繁地启停高压保护功能将影响系统性能，缩短压缩机的寿命。而物理泄压功能对空调系统的损伤则更为明显，一旦启动物理泄压功能，则整个空调系统之后可能就需要进行维修。
因此，有必要对现有的技术进行改进，以解决以上技术问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种能够更加快速且稳定地调节空调系统冷却压力的空调系统的控制方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种空调系统的控制方法，所述空调系统包括压缩机、冷却装置、加热装置、电子膨胀阀和控制组件，所述控制组件和所述压缩机电连接，所述控制组件和所述电子膨胀阀电连接，所述空调系统通过所述控制组件控制所述电子膨胀阀的开度；所述控制方法包括以下步骤：
从所述空调系统中的预定位置采集制冷剂压力数据和制冷剂温度数据，所述控制组件获取采集到的所述制冷剂压力数据和制冷剂温度数据的电信号或者两者转化后的电信号；
根据所述控制组件得到的所述制冷剂温度数据的相关电信号，所述控制组件获得所述电子膨胀阀的微调压力范围和警戒压力范围，所述微调压力范围的上限小于或等于所述警戒压力范围的下限，所述控制组件对采集到的所述制冷剂压力数据与所述微调压力范围或者警戒压力范围进行比较；
当比较结果为所述制冷剂压力数据位于所述微调压力范围，根据控制组件预设的第一调节方法调节所述电子膨胀阀的开度；当比较结果为所述制冷剂压力数据位于所述警戒压力范围，根据控制组件预设的第二调节方法调节所述电子膨胀阀的开度；所述电子膨胀阀根据第二调节方法调节开度的速度大于该电子膨胀阀根据第一调节方法调节开度的速度。
若比较结果为所述制冷剂压力数据超出所述警戒压力范围的上限，则通过调节电子膨胀阀的开度来进行泄压。
与现有技术相比，本发明提供的空调系统控制方法可以在电子膨胀阀的压力处于不同压力阶段时分别采用各自的降压措施、及时降压，能够较为快速且稳定地调节空调系统。
【附图说明】
图1是本实施方式所述空调系统的结构示意图；
图2图1所述空调系统的主要工作阶段的示意图；
图3是本实施方式所述空调系统控制方法的初始化阶段的流程图；
图4是本实施方式所述空调系统控制方法的开机降温阶段的流程图；
图5是本实施方式所述空调系统控制方法的稳态运行阶段的流程图；
图6是本实施方式所述空调系统控制方法的动态调节阶段的流程图；
图7是本实施方式所述空调系统控制方法对电子膨胀阀进行控制时，电子膨胀阀的开度和时间的关系的示意图；
图8是现有空调系统控制方法对电子膨胀阀进行控制时，电子膨胀阀的开度和时间的关系的示意图。
【具体实施方式】
请参阅图1，本实施方式提供一种空调系统控制方法，该控制方法可以应用在空调系统100中，可用于调节该空调系统100中制冷剂的冷却压力。该空调系统100可以是使用CO2作为制冷剂的车用空调系统。该空调系统100包括压缩机1、气冷器2、电子膨胀阀(Electronic Expansion Valve,EXV)3、蒸发器4、储液器5、控制组件6。其中压缩机1、气冷器2、电子膨胀阀3、蒸发器4、储液器5顺序连接，储液器5又接回压缩机1，形成制冷剂循环回路，制冷剂沿制冷剂循环回路循环流动以用于制冷，电子膨胀阀3在该制冷剂循环回路中调节制冷剂的流量。控制组件6包括主控制单元61、与主控制单元61及电子膨胀阀3连接的膨胀阀控制单元62、以及与主控制单元61和压缩机1连接的压缩机控制单元63，其中该膨胀阀控制单元62可以是PID(Proportion Integration Differentiation)控制器，主控制单元61及压缩机控制单元63则可以是单片机等数据处理器件。主控制单元61中设置有空调系统100的控制目标压力值，该控制目标压力值指的是能够使空调系统100达到最佳工作效率的制冷剂压力值。主控制单元61中还从低到高依次设置有制冷剂压力的微调压力范围、警戒压力范围和极限压力范围，其中微调压力范围是电子膨胀阀3采用PID调节方式即可确保及时泄压的压力范围，控制目标压力值也处于该微调压力范围内；警戒压力范围是需要电子膨胀阀3加快调压速度才能确保及时泄压的压力范围；极限压力范围是无法仅靠电子膨胀阀3的调节来泄压，有必要采取其他紧急泄压措施的压力范围。比如CO2作为制冷剂的车用空调系统，初始的微调压力范围可设置为6Mpa-13Mpa，初始的警戒压力范围可设置为13Mpa-14Mpa，初始的极限压力范围可设置为14Mpa以上，在其他实施方式中，这些压力范围也可以根据具体工作条件而被调整。在所述空调系统控制方法的后续使用过程中，也有可能根据具体工况对这些压力范围采取一定的调整。
另外，该空调系统100还包括压力传感器71和温度传感器72，其分别用于采集空调系统100中预定位置的制冷剂压力数据和预定位置的温度数据。本实施方式中，压力传感器71安装在电子膨胀阀3的入口处或者入口前一定距离处的制冷剂管路上，用于测量电子膨胀阀3入口处或者入口前的压力，作为所述制冷剂压力数据；温度传感器72安装在气冷器2的进风口，用于实时地采集气冷器2的进风口处的温度，作为所需的温度数据。在其他实施方式中，所述制冷剂压力数据和温度数据也可能是从空调系统100中其他位置采集的数据。本实施方式中，压力传感器71和温度传感器72都与膨胀阀控制单元62建立信号连接，膨胀阀控制单元62可以获取这些传感器感测到的压力数据和温度数据产生或转化而来的对应电信号，膨胀阀控制单元62可以对相应的电信号进行处理，恢复成对应的压力数据和温度数据，并对这些数据进行后续的处理和传输。在其他实施方式中，压力传感器71和/或温度传感器72也可以与主控制单元71建立信号连接。
请参阅图2，空调系统100的工作阶段主要包括初始化阶段S0、开机降温阶段S1、稳态运行阶段S2及动态调节阶段S3。在实际工作中，空调系统100对于这些工作阶段的执行顺序是首先进入初始化阶段S0对电子膨胀阀3进行初始化，初始化完毕后进入开机降温阶段S1，开机降温阶段S1之后根据当前的具体工况进入稳态运行阶段S2或动态调节阶段S3。在本实施方式中，稳态运行阶段S2指的是空调系统100的压缩机1转速较为稳定的阶段，例如空调系统100所在的车辆以较为平稳的速度行驶的时候；动态调节阶段S3指的是空调系统100的压缩机1转速变化较为剧烈的阶段，例如空调系统100所在的车辆速度变动较大的时候。具体的使空调系统100进入稳态运行阶段S2或动态调节阶段S3的方法是：主控制单元61在计时的同时通过压缩机控制单元63监测压缩机1的转速，并计算压缩机1的转速随时间变化的速率(即压缩机1的转动加速度)，根据计算结果控制空调系统100进入稳态运行阶段S2或动态调节阶段S3。在空调系统100的工作过程中，根据空调系统100的具体工况，稳态运行阶段S2与动态调节阶段S3可能相互转变。以下将结合图示对本实施方式在这些工作阶段中的具体操作步骤予以说明。
特别地，为了使以下的对具体操作步骤的说明更加易于理解，此处对于后续将提到的“EXV微调”(即EXV的微动调节)和“EXV快调”(即EXV的快速调节)这两个概念的含义预先进行解释。
具体而言，本发明中的“EXV微调”指的是主控制单元61通过膨胀阀控制单元62对电子膨胀阀3的开度进行PID微调，其中具体PID微调方法是，主控制单元61通过以下的公式I计算电子膨胀阀的开度：
Figure BDA0000918648880000061
在该公式I中，其中CTS为电子膨胀阀3的开度，P为预设的比例系数，I为预设的积分系数，D为预设的微分系数，e为所述电子膨胀阀的入口处的当前采集到的制冷剂压力数据与控制目标压力值的差值，t为时间。P、I、D的具体数值可以通过常规实验标定方法确定，此处无需赘述。之后，主控制单元通过膨胀阀控制单元62将电子膨胀阀3的开度调节到依照上述公式I计算出来的电子膨胀阀的目标开度。通常情况下，这个电子膨胀阀的目标开度应该是使电子膨胀阀3的压力达到所述控制目标压力值的开度。
本发明中的“EXV快调”则指的是主控制单元61通过膨胀阀控制单元62对电子膨胀阀3的开度进行PID快速调节。具体的PID快速调节方法是，主控制单元61通过以下的公式II计算当前情况下的目标开度：
在该公式II中，a为预设的比例放大系数，b为预设的积分放大系数、c为预设的微分放大系数。a、b、c均为大于1的实数，本实施方式中a、b、c的取值范围均优选为1.5-2.5。根据实验，该取值范围既能使阀针尽快地调节到目标开度，同时也能确保阀针不会因为调节速度过快而失控。然后主控制单元61通过膨胀阀控制单元62将电子膨胀阀3的开度调节到依照上述公式II计算出来的目标开度。通常情况下，这个目标开度应该是使电子膨胀阀3的压力在最短时间内变化到所述控制目标压力值的开度。根据该公式II很容易理解，该PID快速调节的操作实质上是对上述公式I中的参数P、I、D都进行一定倍数的放大，从而加快PID调节的速度。通过该PID快速调节，可以用比上述PID微调手段更快的调节速度来调节电子膨胀阀3，从而在更短的时间内把电子膨胀阀调节到目标开度。
请参阅图3，在本实施方式中，空调系统100的初始化阶段S0指的是在空调系统100开始运行时，对电子膨胀阀3进行初始化的操作阶段。该初始化阶段S0包括以下所述的各个操作步骤。
S00：对空调系统100上电，控制其开始运行；
S01：主控制单元61控制膨胀阀控制单元62对电子膨胀阀3进行电气自检；
S02：若是电气自检未通过，则对电子膨胀阀3进行检修；
S03：若是电气自检通过，则通过膨胀阀控制单元62控制电子膨胀阀3全开；
S04：电子膨胀阀3全开后，再通过膨胀阀控制单元62控制其全关；
S05：电子膨胀阀3全关后，再通过膨胀阀控制单元62控制其打开到预定的初始开度，以便确定电子膨胀阀3的机械部分可以实现所需的功能，同时也为电子膨胀阀3留出一定的开度余量，防止压缩机启动时电子膨胀阀3打开过慢，制冷剂的冷却压力上升过快而导致空调系统100提前启动高压保护措施。本实施方式中该预定的初始开度为电子膨胀阀3的最大开度的20％到50％，并可以进一步优选为25％；在其他实施方式中，该预定的初始开度也可能根据产品的具体类型及实际工况而有所调整。
S06：当电子膨胀阀3打开到预定的初始开度时，初始化阶段完成。
请参阅图4，在初始化阶段S0完成后，空调系统100进入开机降温阶段S1，即通过制冷剂的循环散热，降低汽车中指定区域的温度。该开机降温阶段S1包括如下所述的操作步骤。
S10：启动空调系统100的压缩机。
S11：将电子膨胀阀3预先开启到预定开度。该操作的目的是为电子膨胀阀3留出一定的开度余量，防止压缩机1启动时电子膨胀阀3打开过慢，制冷剂的冷却压力上升过快而导致空调系统100提前启动高压保护措施。在本实施方式中，预先开启的开度为F*(RPMn-RPMn-1)/(tn-tn-1)，其中F为实验标定的前反馈常系数，RPM为压缩机转速，t为时间。本实施方式中F的取值范围优选为0.0125-0.075，在其他实施方式中也可能根据空调系统100的具体类型及实际工况加以调整。RPMn及tn分别表示压缩机控制单元63当前最近一次所测得的压缩机1的转速和当前最近一次的计时时刻，RPMn-1及tn-1分别表示压缩机控制单元63上一次所测得的压缩机1的转速和上一次的计时时刻。
S12：在空调系统100的工作过程中，膨胀阀控制单元62获取制冷剂压力数据，具体地通过压力传感器71采集到的制冷剂在电子膨胀阀3的入口处或者入口前的压力数据作为所述制冷剂压力数据。
S13：主控制单元61将当前采集到的所述制冷剂压力数据与上述的初始极限压力范围进行比较，判断当前采集到的所述制冷剂压力数据是否位于初始极限压力范围的上限。如果判断结果为是，则进入步骤S14；如果判断结果为否、所述制冷剂压力数据超出初始极限压力范围的上限，则进入步骤S17。
S14：如果步骤S13的判断结果为是，则根据上述的EXV快调方法调节电子膨胀阀3的开度。
S15：对步骤S14的执行时间的长度进行计时，判断步骤14中根据EXV快调方法对电子膨胀阀3的开度进行调节的时间是否达到了一个预设的快调持续时间。如果判断结果为是，则进入步骤S16；如果判断结果为否，则返回步骤S14。
S16：停止用EXV快调方法调节电子膨胀阀3的开度，改为用EXV微调方法调节电子膨胀阀3的开度。另外，在执行该步骤S16之后，可以根据具体工况控制空调系统100进入后续的稳态运行阶段S2或动态调节阶段S3，相关操作将在后面详细叙述。
S17:如果步骤S13的判断结果为否、所述制冷剂压力数据超出初始极限压力范围的上限，说明制冷剂的过压现象已经比较严重，仅靠调节电子膨胀阀3的开度已经较难及时泄压，因此主控制单元61通过膨胀阀控制单元62控制电子膨胀阀3进行泄压。
S18：执行步骤S17后，主控制单元61通过膨胀阀控制单元62判断电子膨胀阀3的阀针此时是否处于全开状态。若判断结果为是，则进入步骤S19；若判断结果为否，则进入步骤S110。
S19:如果步骤S18的判断结果为是，则说明泄压后制冷剂的过压现象仍然较为严重，电子膨胀阀3达到全开也可能没有及时缓解压力，此时进一步采取降压措施，主控制单元61向压缩机控制单元63发出紧急控制指令，命令压缩机控制单元63控制压缩机1采取高压保护措施以立即降低制冷剂的压力，保护空调系统100。通过该压缩机控制单元63采取的高压保护措施可以包括控制压缩机1直接停机、或者控制压缩机1减少制冷剂排量，等等。
步骤S110：如果步骤S18的判断结果为否，则主控制单元61通过膨胀阀控制单元62控制电子膨胀阀3的阀针全开，使制冷剂可以用最大流量通过电子膨胀阀3，以便利用电子膨胀阀3最大限度地降低制冷剂的冷却压力。可以理解，根据具体需要，在步骤S110之后还可以选择继续执行上述步骤S19或者返回上述步骤S12。
请参阅图2、图5及图6，当开机降温阶段S1完成后，主控制单元61可以在计时的同时通过压缩机控制单元63监测压缩机1的转速，计算压缩机1的转速随时间变化的速率，并根据计算结果控制空调系统100选择进入稳态运行阶段S2或动态调节阶段S3。例如，主控制单元61可以在压缩机1的转速随时间变化的速率未达到一预设阈值时，判断此时空调系统100所在的车辆处于怠速或稳定高速的行驶状态，并控制空调系统100进入稳态运行阶段S2；以及在压缩机1的转速随时间变化的速率达到或超过该预设阈值时，判断此时空调系统100所在的车辆处于速度变化频繁的行驶状态，例如在城市中行驶，并控制空调系统100进入动态调节阶段S3。另外，在上述计算结果发生改变时，主控制单元61也可以根据具体改变情况随时控制空调系统100从稳态运行阶段S2进入动态调节阶段S3，或者从动态调节阶段S3进入稳态运行阶段S2。
请参阅图5，稳态运行阶段S2包括以下所述的各个操作步骤。
S20：空调系统100开始进入稳态运行阶段S2。
S21：在进入稳态运行阶段S2之后，所述主控制单元61通过膨胀阀控制单元62获取压力传感器71采集到的制冷剂在电子膨胀阀3的入口处或者入口前的压力数据作为制冷剂的冷却压力数据，以及获取温度传感器72采集到的气冷器2的进风口位置的温度数据。
S22：主控制单元61根据接收到的温度数据重新设定电子膨胀阀3的控制目标压力值、微调压力范围、警戒压力范围和极限压力范围；在空调系统100的气冷器2的进风口的温度与接收到的温度数据一致的前提下，该重新设定的控制目标压力值应该能使得空调系统100具有最高的性能系数(Coefficient of Performance,简称COP)。具体的设定控制目标压力值的方法可参考本领域常规实验标定方法。
S23：重新设定电子膨胀阀3的控制目标压力值之后，主控制单元61将当前采集到的制冷剂压力数据与重新设定的微调压力范围进行比较，判断当前采集到的制冷剂压力数据是否处于微调压力范围内。需要注意的是，本实施方式中“判断当前采集到的所述制冷剂压力数据是否处于微调压力范围内”的意思指的是判断当前采集到的所述制冷剂压力数据是否低于微调压力范围的上限。如果判断结果为是，则进入步骤S24；如果判断结果为否、所述制冷剂压力超出微调压力范围的上限，则进入步骤S25。
S24：如果步骤S23的判断结果为是，则根据上述的EXV微调方法调节电子膨胀阀3的开度。
S25：如果步骤S23的判断结果为否、所述制冷剂压力超出警戒压力范围的上限，则主控制单元61通过膨胀阀控制单元62控制电子膨胀阀3启动保护控制。保护控制的具体措施包括以下所述的各个步骤。
S26：主控制单元61将当前采集到的制冷剂压力数据与重新设定的警戒压力范围进行比较，判断当前采集到的制冷剂压力数据是否处于警戒压力范围内。需要注意的是，本实施方式中“判断制冷剂压力是否处于警戒压力范围内”的意思指的是判断制冷剂压力是否低于警戒压力范围的上限。如果判断结果为是，则进入步骤S27；如果判断结果为否、所述制冷剂压力超出警戒压力范围的上限，则进入步骤S28。
S27：如果步骤S26的判断结果为是，则根据上述的EXV快调方法调节电子膨胀阀3的开度。
S28:如果步骤S26的判断结果为否、所述制冷剂压力超出警戒压力范围的上限，则说明制冷剂的过压现象已经比较严重，仅靠调节电子膨胀阀3的开度已经较难及时泄压，因此主控制单元61通过膨胀阀控制单元62控制电子膨胀阀3进行泄压。
S29：执行步骤S28后，主控制单元61通过膨胀阀控制单元62判断电子膨胀阀3的阀针此时是否处于全开状态。若判断结果为是，则进入步骤S210；若判断结果为否，则进入步骤S211。
S210:如果步骤S29的判断结果为是，则说明泄压后制冷剂的过压现象仍然较为严重，电子膨胀阀3达到全开也可能没有及时缓解过高压力，此时需进一步采取降压措施，主控制单元61向压缩机控制单元63发出紧急控制指令，命令压缩机控制单元63控制压缩机1采取高压保护措施以立即降低制冷剂的压力，保护空调系统100。通过该压缩机控制单元63采取的高压保护措施可以包括控制压缩机1直接停机、或者控制压缩机1减少制冷剂排量，等等。
步骤S211：如果步骤S29的判断结果为否，则主控制单元61通过膨胀阀控制单元62控制电子膨胀阀3的阀针继续打开到全开，使制冷剂可以用最大流量通过电子膨胀阀3，以便利用电子膨胀阀3最大限度地降低制冷剂的冷却压力。可以理解，根据具体需要，在步骤S211之后还可以选择继续执行上述步骤S210；而在步骤S24、S27、S210、S211之后均可选择返回步骤S21。
请参阅图6，动态调节阶段S3包括以下所述的各个操作步骤。
S30：空调系统100开始进入动态调节阶段S3。
S31：在空调系统100的工作过程中，压缩机控制单元63在控制压缩机1转动的同时，将其控制压缩机1转动的转速数据传输到主控制单元61，以便主控制单元61可以监控压缩机1的转速变化。
S32：主控制单元61通过膨胀阀控制单元62将电子膨胀阀3预先开启到预定开度。该操作的目的是为电子膨胀阀3留出一定的开度余量，防止压缩机1启动时电子膨胀阀3打开过慢，制冷剂的冷却压力上升过快而导致空调系统100提前启动高压保护措施。在本实施方式中，预先开启的开度为F*(RPMn-RPMn-1)/(tn-tn-1)，其中F为实验标定的前反馈常系数，RPM为压缩机转速，t为时间。本实施方式中F的取值范围优选为0.0125-0.075，在其他实施方式中也可能根据空调系统100的具体类型及实际工况加以调整。RPMn及tn分别表示压缩机控制单元63当前最近一次所测得的压缩机1的转速和当前最近一次的计时时刻，RPMn-1及tn-1分别表示压缩机控制单元63上一次所测得的压缩机1的转速和上一次的计时时刻。
S33：在空调系统100的工作过程中，主控制单元61通过膨胀阀控制单元62获取压力传感器71采集到的制冷剂在电子膨胀阀3的入口处或者入口前的压力数据作为制冷剂的冷却压力数据，以及获取温度传感器72采集到的气冷器2的进风口位置的温度数据。
S34：主控制单元61根据接收到的温度数据重新设定电子膨胀阀3的控制目标压力值、微调压力范围、警戒压力范围和极限压力范围；在空调系统100的气冷器2的进风口的温度与接收到的温度数据一致的前提下，该重新设定的控制目标压力值应该能使得空调系统100具有最高的性能系数(Coefficient of Performance,简称COP)。具体的设定控制目标压力值的方法可参考本领域常规实验进行标定，此处无需赘述。
S35：重新设定电子膨胀阀3的控制目标压力值之后，主控制单元61将当前采集到的制冷剂压力数据与重新设定的微调压力范围进行比较，判断当前采集到的制冷剂压力数据是否处于微调压力范围内。需要注意的是，本实施方式中“判断当前采集到的制冷剂压力数据是否处于微调压力范围内”的意思指的是判断当前采集到的制冷剂压力数据是否低于微调压力范围的上限。如果判断结果为是，则进入步骤S36；如果判断结果为否，则进入步骤S37。
S36：如果步骤S35的判断结果为是，则根据上述的EXV微调方法调节电子膨胀阀3的开度。
S37：如果步骤S35的判断结果为否、所述制冷剂压力数据超出微调压力范围的上限，则主控制单元61通过膨胀阀控制单元62控制电子膨胀阀3启动保护控制。保护控制的具体措施包括以下所述的各个步骤。
S38：主控制单元61将当前采集到的制冷剂压力数据与重新设定的警戒压力范围进行比较，判断当前采集到的制冷剂压力数据是否处于警戒压力范围内。需要注意的是，本实施方式中“判断当前采集到的制冷剂压力数据是否处于警戒压力范围内”的意思指的是判断所述制冷剂压力数据是否高于警戒压力范围的上限。如果判断结果为是，则进入步骤S39；如果判断结果为否，则进入步骤S40。
S39：如果步骤S38的判断结果为是，则根据上述的EXV快调方法调节电子膨胀阀3的开度。
S310:如果步骤S38的判断结果为否，则说明制冷剂的过压现象已经比较严重，仅靠调节电子膨胀阀3的开度已经较难及时泄压，因此主控制单元61通过膨胀阀控制单元62控制电子膨胀阀3进行泄压。
S311：执行步骤S310后，主控制单元61通过膨胀阀控制单元62判断电子膨胀阀3的阀针此时是否处于全开状态。若判断结果为是，则进入步骤S312；若判断结果为否，则进入步骤S313。
S312:如果步骤S311的判断结果为是，则说明泄压后制冷剂的过压现象仍然较为严重，电子膨胀阀3达到全开也可能没有及时缓解过高压力，此时需进一步采取降压措施，进一步采取其他降压措施，主控制单元61向压缩机控制单元63发出紧急控制指令，命令压缩机控制单元63控制压缩机1采取高压保护措施以立即降低制冷剂的压力，保护空调系统100。通过该压缩机控制单元63采取的高压保护措施可以包括控制压缩机1直接停机、或者控制压缩机1减少制冷剂排量，等等。
步骤S313：如果步骤S18的判断结果为否，则主控制单元61通过膨胀阀控制单元62控制电子膨胀阀3的阀针继续打开到全开，使制冷剂可以用最大流量通过电子膨胀阀3，以便利用电子膨胀阀3最大限度地降低制冷剂的冷却压力。可以理解，根据具体需要，在步骤S313之后还可以选择继续执行上述步骤S312；而在步骤S36、S39、S312、S313之后均可选择返回步骤S31。
可以理解，根据本发明提供的空调系统控制方法(例如上述的具体实施方式)，在空调系统的不同工作阶段中，都可以在电子膨胀阀的压力处于不同范围内时分别采用不同的降压措施及时降压，能够尽可能地减少空调系统被迫启动高压保护功能乃至物理泄压功能的次数，有助于维护空调系统的工作性能，延长其使用寿命。
请参阅图7及图8，其中图7是应用本发明的上述实施方式提供的空调系统控制方法对一电子膨胀阀(例如上述的电子膨胀阀3)进行控制时，该电子膨胀阀的开度和时间的关系的示意图，图8则是现有空调系统控制方法对该电子膨胀阀进行控制时，该电子膨胀阀的开度和时间的关系的示意图。由图7与图8可以清楚地看出，根据本实施方式提供的方法，可以在预设的微调压力范围内采用第一调节方法，例如上述PID调节方式来逐渐增大电子膨胀阀的开度，而在警戒压力范围内采用与上述第一调节方法相比可以更快地调节电子膨胀阀开度的第二调节方法，例如上述的系数放大的PID调节方式，用更快的速度增大电子膨胀阀的开度；在极限压力范围内则放弃PID调节方式，采用紧急降压措施尽快将电子膨胀阀的开度增加到最大。只有在上述手段都不能及时将电子膨胀阀的压力降到微调范围之内时，才会启动压缩机的高压保护功能。这样，就可以尽量减少空调系统被迫启动压缩机的高压保护功能乃至启动物理泄压功能的次数。特别地，改变电子膨胀阀的开阀速度只会在较小程度上增加阀针的动作步数，属于正常运行的范畴，不会影响电子膨胀阀的使用寿命。
如图8所示现有空调系统控制方法中，无论电子膨胀阀入口侧制冷剂压力是处于什么压力范围之内，使用同样的PID调节方式来调节电子膨胀阀的开度，也就是说，电子膨胀阀以既定开阀速度进行动作。这样，在电子膨胀阀的入口压力超过正常压力上限时，即使采用PID调节手段也可能无法做到及时降压。一旦系统在常规的PID调节手段失效时，需直接启动压缩机的高压保护功能，如此容易导致系统过于频繁地启动压缩机的高压保护功能，甚至需要进一步启动物理泄压功能，对系统造成较为明显的损耗。如上所述，控制方法更加有助于维护空调系统的工作性能，延长其使用寿命，能够更加安全、有效、快速地调节空调系统冷却压力。

Claims (13)

1.一种空调系统的控制方法，所述空调系统包括压缩机、冷却装置、加热装置、电子膨胀阀和控制组件，所述控制组件和所述压缩机电连接，所述控制组件和所述电子膨胀阀电连接，所述空调系统通过所述控制组件控制所述电子膨胀阀的开度；所述控制方法包括以下步骤：
从所述空调系统中的预定位置采集制冷剂压力数据和制冷剂温度数据，所述控制组件获取采集到的所述制冷剂压力数据和制冷剂温度数据的电信号或者两者转化后的电信号；
根据所述控制组件得到的所述制冷剂温度数据的相关电信号，所述控制组件获得所述电子膨胀阀的微调压力范围和警戒压力范围，所述微调压力范围的上限小于或等于所述警戒压力范围的下限，所述控制组件对采集到的所述制冷剂压力数据与所述微调压力范围或者警戒压力范围进行比较；
当比较结果为所述制冷剂压力数据位于所述微调压力范围，根据控制组件预设的第一调节方法调节所述电子膨胀阀的开度；当比较结果为所述制冷剂压力数据位于所述警戒压力范围，根据控制组件预设的第二调节方法调节所述电子膨胀阀的开度；所述电子膨胀阀根据第二调节方法调节开度的速度大于该电子膨胀阀根据第一调节方法调节开度的速度；
若比较结果为所述制冷剂压力数据超出所述警戒压力范围的上限，则通过调节电子膨胀阀的开度来进行泄压。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，若判断结果为所述制冷剂压力数据超出所述微调压力范围的上限值，则判断所述制冷剂压力数据是否处于所述警戒压力范围；
或者，若判断结果为所述制冷剂压力数据小于所述警戒压力范围的下限值，则判断所述制冷剂压力数据是否处于所述微调压力范围。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述控制组件获取采集到的所述制冷剂压力数据和制冷剂温度数据的电信号或者两者转化后的电信号的步骤之前，所述控制方法还包括以下步骤：
通过所述控制组件进行计时，或者在所述空调系统中设置计时器并通过所述计时器进行计时；根据所述压缩机的转速得到所述压缩机的转速随时间变化的速率，并判断所述速率是否低于预设的速率阈值；若判断结果为是，则控制所述空调系统进入稳态运行阶段；若判断结果为否，则控制所述空调系统进入动态调节阶段，所述控制组件根据所述压缩机的转速，或者根据所述压缩机的转速及内置程序得到所述电子膨胀阀需要开启的开度，使用所述控制组件控制所述电子膨胀阀开启到得到的所述开度或发出控制信号控制所述电子膨胀阀开启到得到的所述开度。
4.如权利要求1或2或3所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括以下步骤：
在控制所述电子膨胀阀进行泄压时，使用所述控制组件判断所述电子膨胀阀的开度是否处于全开，若判断结果为否，则发出控制信号使所述电子膨胀阀的开度达到全开。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于：在控制所述电子膨胀阀进行泄压时，若所述控制组件判断所述电子膨胀阀开度为全开，则控制所述压缩机采取紧急保护措施，所述压缩机进行紧急保护包括通过所述控制组件控制所述压缩机停机或减少制冷剂排量。
6.如权利要求1-3和5中任意一项所述的控制方法，其特征在于，所述空调系统通过采集所述电子膨胀阀入口侧的制冷剂压力得到所述制冷剂压力数据，所述第一调节方法包括以下操作：
所述控制组件通过以下的公式得到电子膨胀阀的目标开度：
Figure FDA0002216222000000021
其中CTS为所述电子膨胀阀的目标开度，P为比例系数，I为积分系数，D为微分系数，e为采集到的所述制冷剂压力数据与所述空调系统的控制目标压力的差值，t为时间；
然后，所述控制组件控制所述电子膨胀阀的调节到所述电子膨胀阀的目标开度。
7.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述空调系统通过采集所述电子膨胀阀入口侧的制冷剂压力得到所述制冷剂压力数据，所述第一调节方法包括以下操作：
所述控制组件通过以下的公式得到电子膨胀阀的目标开度：
Figure FDA0002216222000000031
其中CTS为所述电子膨胀阀的目标开度，P为比例系数，I为积分系数，D为微分系数，e为采集到的所述制冷剂压力数据与所述空调系统的控制目标压力的差值，t为时间；
然后，所述控制组件控制所述电子膨胀阀的调节到所述电子膨胀阀的目标开度。
8.如权利要求1-3和5中任意一项所述的控制方法，其特征在于，所述第二调节方法包括以下操作：
所述控制组件通过以下的公式得到电子膨胀阀的目标开度：
Figure FDA0002216222000000032
其中CTS为所述电子膨胀阀的目标开度，P为比例系数，I为积分系数，D为微分系数，e为采集到的所述制冷剂压力数据与所述空调系统的控制目标压力的差值，t为时间，a为比例放大系数，b为积分放大系数，c为微分放大系数，a、b、c的取值范围均为1.5-2.5；
然后，所述控制组件控制所述电子膨胀阀调节到所述目标开度。
9.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述第二调节方法包括以下操作：
所述控制组件通过以下的公式得到电子膨胀阀的目标开度：
其中CTS为所述电子膨胀阀的目标开度，P为比例系数，I为积分系数，D为微分系数，e为采集到的所述制冷剂压力数据与所述空调系统的控制目标压力的差值，t为时间，a为比例放大系数，b为积分放大系数，c为微分放大系数，a、b、c的取值范围均为1.5-2.5；
然后，所述控制组件控制所述电子膨胀阀调节到所述目标开度。
10.如权利要求2、3和5中任意一项所述的控制方法，其特征在于，所述控制组件根据所述压缩机的转速得到所述压缩机的转速随时间变化的速率，并判断所述速率是否低于预设的速率阈值的步骤之前，所述控制方法还包括对所述电子膨胀阀进行初始化的步骤；所述对所述电子膨胀阀进行初始化的步骤包括：
所述空调系统上电；
使用所述控制组件对所述电子膨胀阀进行电气自检；若是电气自检结果未通过，则对所述电子膨胀阀进行检修；若是电气自检结果通过，则控制所述电子膨胀阀全开；待所述电子膨胀阀全开后，再控制其全关；
所述电子膨胀阀全关后，再使用所述控制组件控制所述电子膨胀阀打开到预定的初始开度，该预定的初始开度为所述电子膨胀阀的最大开度的20％到50％。
11.如权利要求2或5所述的控制方法，其特征在于，所述控制组件根据所述压缩机的转速得到所述压缩机的转速随时间变化的速率，并判断所述速率是否低于预设的速率阈值的步骤之前，所述控制方法还包括通过所述控制组件控制所述空调系统进入开机降温阶段的步骤；所述通过所述控制组件控制所述空调系统进入开机降温阶段的步骤包括：
启动所述压缩机；
将所述电子膨胀阀预先开启到预定开度；
采集制冷剂在所述电子膨胀阀的入口处或所述电子膨胀阀的入口前的压力数据，所述控制组件获取采集到的制冷剂压力数据的电信号或转化后的电信号；
使用所述控制组件判断当前采集到的所述制冷剂压力数据是否位于预设的极限压力范围；如果判断结果为是，则根据预设的紧急降压措施调节所述电子膨胀阀的开度；如果判断结果为所述制冷剂压力数据超出极限压力范围上限，则控制所述电子膨胀阀进行泄压；
控制所述电子膨胀阀进行泄压后，通过所述控制组件判断所述电子膨胀阀的阀针此时是否处于全开状态；若判断结果为是，则控制所述压缩机采取高压保护措施；若判断结果为否，则控制所述阀针全开。
12.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述控制组件根据所述压缩机的转速得到所述压缩机的转速随时间变化的速率，并判断所述速率是否低于预设的速率阈值的步骤之前，所述控制方法还包括通过所述控制组件控制所述空调系统进入开机降温阶段的步骤；所述通过所述控制组件控制所述空调系统进入开机降温阶段的步骤包括：
启动所述压缩机；
将所述电子膨胀阀预先开启到预定开度；
采集制冷剂在所述电子膨胀阀的入口处或所述电子膨胀阀的入口前的压力数据，所述控制组件获取采集到的制冷剂压力数据的电信号或转化后的电信号；
使用所述控制组件判断当前采集到的所述制冷剂压力数据是否位于预设的极限压力范围；如果判断结果为是，则根据预设的紧急降压措施调节所述电子膨胀阀的开度；如果判断结果为所述制冷剂压力数据超出极限压力范围上限，则控制所述电子膨胀阀进行泄压；
控制所述电子膨胀阀进行泄压后，通过所述控制组件判断所述电子膨胀阀的阀针此时是否处于全开状态；若判断结果为是，则控制所述压缩机采取高压保护措施；若判断结果为否，则控制所述阀针全开。
13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于：在所述开机降温阶段和所述动态调节阶段中，将所述电子膨胀阀预先开启到的预定开度的数值为F*(RPMn-RPMn-1)/(tn-tn-1)，单位是所述电子膨胀阀的阀针的行进步数；其中F为前反馈常系数，其范围为0.0125-0.075，RPM为压缩机转速，t为时间；RPMn及tn分别表示所测得的所述压缩机的当前转速和当前计时时刻，RPMn-1及tn-1分别表示所测得的所述压缩机的上次转速和上次计时时刻。
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