CN105953374B - 一种变频空调频率控制方法、控制装置及变频空调 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频空调频率控制方法、控制装置及变频空调。所述方法包括：空调制冷运行，根据实时室内环境温度与设定目标温度的温差进行室温PID运算，获得第一频率；检测空调所在室内的热源并确定热源与空调之间的实时距离，确定与实时距离对应的频率，作为第二频率；确定与实时距离对应的实时盘管目标温度，根据实时盘管温度与实时盘管目标温度的温差进行盘温PID运算，获得第三频率；若实时距离不小于设定距离，选择第一频率与第二频率中的较小值作为目标频率；若实时距离小于设定距离，选择第一频率、第二频率及第三频率中的较小值作为目标频率；根据目标频率控制空调的压缩机运行。应用本发明，可以实现空调的节能、舒适控制。

Description

一种变频空调频率控制方法、控制装置及变频空调

技术领域

本发明属于空气调节技术领域，具体地说，是涉及调节室内空气的空调设备，更具体地说，是涉及基于变频空调频率控制方法、控制装置及变频空调。

背景技术

空调夏天可以制冷、冬天可以制热，能够调节室内温度达到冬暖夏凉，为用户提供舒适的环境。在空调为用户提供舒适性的同时，伴随而来的是与高能耗的矛盾。能量消耗不仅增加了用户经济负担，也与节能环保的趋势相背。因此，如何在利用空调为用户提供舒适环境的同时降低空调的能耗，是目前空调器厂家一直在努力解决的问题。

现有变频空调能够根据室内环境温度和设定目标温度来控制压缩机运行频率，达到节能降耗的目的。但是，单纯根据温度控制压缩机运行频率的控制方式并不能实现更优的节能舒适控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种变频空调频率控制方法及控制装置，实现空调的节能、舒适控制。

为实现上述发明目的，本发明提供的变频空调频率控制方法采用下述技术方案予以实现：

一种变频空调频率控制方法，所述方法包括：

空调制冷运行，获取实时室内环境温度和设定室内目标温度，计算所述实时室内环境温度与所述设定室内目标温度之间的温差，作为实时室内温差，根据所述实时室内温差进行室温PID运算，获得第一频率；实时检测空调所在室内的热源并确定所述热源与空调之间的实时距离，根据已知的距离与频率的对应关系获取与所述实时距离对应的频率，作为第二频率；

将所述实时距离与设定距离作比较；

若所述实时距离不小于所述设定距离，执行下述的第一控制：选择所述第一频率与所述第二频率中的较小值控制空调的压缩机运行；

若所述实时距离小于所述设定距离，执行下述的第二控制：获取空调蒸发器的实时盘管温度，根据已知的距离与盘管目标温度的对应关系确定与所述实时距离对应的盘管目标温度作为实时盘管目标温度，计算所述实时盘管温度与所述实时盘管目标温度之间的温差，作为实时盘管温差，根据所述实时盘管温差进行盘温PID运算，获得第三频率，选择所述第一频率、所述第二频率及所述第三频率中的较小值控制空调的压缩机运行。

为实现前述发明目的，本发明提供的变频空调频率控制装置采用下述技术方案予以实现：

一种变频空调频率控制装置，所述装置包括：

室内环境温度获取单元，用于获取实时室内环境温度；

盘管温度获取单元，用于获取空调蒸发器的实时盘管温度；

室温PID运算单元，用于计算所述实时室内环境温度和设定室内目标温度之间的温差，作为实时室内温差，根据所述实时室内温差进行PID运算，获得并输出第一频率；

热源确定及距离获取单元，用于实时检测空调所在室内的热源并确定所述热源与空调之间的实时距离；

第二频率获取单元，用于根据已知的距离与频率的对应关系获取与所述实时距离对应的频率，作为第二频率；

实时盘管目标温度获取单元，用于根据已知的距离与盘管目标温度的对应关系获取与所述实时距离对应的盘管目标温度，并作为实时盘管目标温度；

盘温PID运算单元，用于计算所述实时盘管温度和所述实时盘管目标温度之间的温差，作为实时盘管温差，根据所述实时盘管温差进行PID运算，获得并输出第三频率；

控制模式选择单元，用于比较所述实时距离与设定距离，并输出比较结果作为控制模式选择信号；

第一控制单元，用于在所述控制模式选择单元输出的比较结果为所述实时距离不小于所述设定距离时，选择所述第一频率与所述第二频率中的较小值控制空调的压缩机运行；

第二控制单元，用于在所述控制模式选择单元输出的比较结果为所述实时距离小于所述设定距离时，选择所述第一频率、所述第二频率及所述第三频率中的较小值控制空调的压缩机运行。

此外，本发明还提供了一种具有上述变频空调频率控制装置的变频空调。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明中，在对压缩机进行频率控制时，综合考虑了温度因素和热源与空调间的距离因素间的配合，实现了空调的节能运行和舒适送风。此外，对于温度因素对压缩机频率的控制中，通过设定热源距离，比较热源距离空调的实时距离与设定距离的大小，在实时距离不小于设定距离时，不考虑盘温PID控制而仅采用室温PID控制压缩机运行，从而对房间进行快速地降温，避免制冷效果差的问题，而在实时距离不大于设定距离时，考虑盘温PID控制，使得空调出风温度舒适，达到出风凉而不冷的舒适制冷效果。而且，在盘温PID控制过程中，盘温目标温度根据热源和空调间的实时距离适应性调整，进一步提高了出风温度的舒适性，也有助于降低空调运行能耗。

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

图1是本发明变频空调频率控制方法一个实施例的流程图；

图2是本发明变频空调频率控制装置一个实施例的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

请参见图1，该图所示为本发明变频空调频率控制方法一个实施例的流程图。

如图1所示，该实施例实现变频空调频率控制的方法采用具有下述步骤的流程来实现：

步骤11：空调制冷运行，获取实时室内环境温度、设定室内目标温度，同时，实时检测空调所在室内的热源并确定热源与空调间的实时距离。

具体来说，在空调开机运行时，实时检测空调所处房间的室内环境温度，实时检测的温度作为实时室内环境温度。所谓的实时室内环境温度，是指在空调开机运行后，根据设定温度采样频率不断获取并更新的室内环境温度。实时室内环境温度的获取可以采用现有技术来实现。例如，通过设置在空调进风口或靠近空调进风口处的温度传感器检测进风温度，空调的主控板通过采集温度传感器的输出信号并进行处理，从而获取到进风温度，并将该温度作为实时室内环境温度。

设定室内目标温度是指希望室内环境所能达到的目标温度，该设定室内目标温度可以是用户通过遥控器或空调控制终端或空调面板所输入的一个温度值，也可以是空调主控板自动调用的一个设定值。不管该温度值采用哪种方式设定，均可被空调主控板获取到。

空调开机运行后，除了实时检测空调所处房间的实时室内环境温度，还要实时检测空调所在室内的热源，并确定热源与空调间的实时距离。所谓的实时距离，是在空调开机运行后，根据设定采样频率不断获取并更新的室内热源与空调之间的距离。热源的检测及热源与空调间的距离的确定可以采用现有技术来实现。例如，通过在空调上设置红外阵列传感器或普通的红外传感器，结合一定的算法来计算。

作为优选的实施方式，检测空调所在室内的热源并确定热源与空调之间的实时距离，采用下述技术手段来获取，具体包括：

控制空调中的红外传感器进行转动扫描，获得扫描范围内的温度信息，根据温度信息获得热源温度曲线。

具体而言，可以在空调上设置红外传感器及转动机构，空调的控制器控制转动机构驱动红外传感器在较大的角度范围内转动。转动的红外传感器对扫描角度范围内的区域进行扫描，实时采集扫描区域的温度信息。该温度信息反映的是红外传感器当前采集的扫描范围内物体的辐射强度，辐射强度越强，则表示红外传感器采集的温度值越高。因此，，在红外传感器的扫描过程中，扫描到热源前到热源中心再到扫描到热源后的过程，红外传感器采样的温度值是从低到高再到低的一个过程，此为扫描到一个热源的过程。空调接收红外传感器采样的温度信息，通过对红外传感器采集的温度信息即辐射强度的分析生成室内热源的温度曲线。

通过转动结构驱动红外传感器转动，所以只需要单点红外传感器即可实现整个空间范围的温度扫描，不需要阵列红外传感器，数据处理相对比较简单，耗费时间短。

然后，根据热源温度曲线确定空调所在室内的热源及热源与空调之间的实时距离。

具体地，空调器通过分析温度曲线中的波峰值，波峰值对应热源的辐射强度，根据波峰值可以判断当前环境中热源的个数，其中，波峰值的坐标值即为热源的坐标值即位置。而且，红外传感器采样的温度值与物体的距离远近有关系，物体距离空调越远时，红外传感器采集的温度值越低，反之，越接近物体真实温度值。具体地，可以根据温度曲线中温度最高值与最低值之间的差值确定热源与空调器之间的距离，根据扫描周期中红外传感器采集的温度值的最大值和最小值的差值能够判断当前扫描的热源与背景的相对距离，差值越小，说明热源与背景接近，即热源与空调较远。

步骤12：计算实时室内环境温度与设定室内目标温度之间的温差，作为实时室内温差，根据实时室内温差进行室温PID运算，获得第一频率；根据已知的距离与频率的对应关系获取与实时距离对应的频率，作为第二频率。

主控板在获取到实时室内环境温度和设定室内目标温度之后，计算两者之间的温差，作为实时室内温差。然后，根据实时室内温差进行室温PID运算，获得对压缩机进行控制的一个频率，并将该频率定义为第一频率。其中，根据温差进行室温PID运算、获得对压缩机进行控制的目标频率的具体方法可以采用现有技术来实现，在此不作详细阐述和限定。

同时，还根据已知的距离与频率的对应关系获取与实时距离对应的频率，作为第二频率。

具体而言，在空调主控板的存储器中预先存储有距离与频率的对应关系，其中，距离是指室内热源与空调之间的距离，频率是指压缩机的运行频率。优选的，距离与频率的对应关系是由研发人员在理论指导下、经过大量的空调运转模拟实验所得到的，能够尽可能兼顾空调送风舒适性与节能性。而且，距离与频率间呈现正相关的关系。也即，距离越小，频率也越低；反之亦然。而且，距离与频率间的对应关系，可以通过特定的计算方式进行计算的一种关系，也可以是通过表格的形式一一对应的关系。如果为通过计算方式进行计算，则预先存储计算方式，在获得实时距离之后，根据实时距离及计算方式计算出实时距离对应的频率并作为第二频率。而若为通过表格的形式形成的一一对应的关系，在获得实时距离之后，可以根据实时距离采取查表的方式读取出实时距离对应的频率并作为第二频率。建立距离与频率的对应关系的出发点为：热源与空调距离不同，对出风温度的要求不同。在制冷模式下，为使得空调能够为热源提供最为合理的出风舒适性，热源与空调距离较小时，期望升高出风温度，避免温度过低的风吹到热源而引起不适，则对压缩机频率进行限频，在限频之后，可以升高出风温度，同时还可以降低能耗。

步骤13：判断实时距离是否小于设定距离。若是，执行步骤15；若为否，执行步骤14。

该步骤可以与步骤12同时进行，在此分为两个步骤仅是为了更加清楚地表述该实施例的控制过程。在步骤11获取到实时距离之后，将实时距离与设定距离作比较，并判断实时距离是否小于设定距离，以便根据比较结果执行步骤14或步骤15的控制。其中，设定距离可以是出厂时空调的一个默认设定温度，也可以是由用户自行选定并设置的一个设定距离。如果是由用户自行设定，空调可以给出一个参考值，供用户参考。例如，建议将该距离设定为3m。

步骤14：如果步骤13判定实时距离不小于设定距离，则执行如下的第一控制：选择第一频率与第二频率中的较小值作为目标频率，根据目标频率控制空调的压缩机运行。

如果实时距离不小于设定距离，表明此时热源距离空调较远，为保证热源处的制冷效果，需要出风口温度较低，以送出足够的制冷空气至热源处。此情况下，比较步骤12得到的第一频率和第二频率，选择两者中的较小值，作为目标频率，根据目标频率控制空调的压缩机运行。

步骤15：如果步骤13判定实时距离小于设定距离，则执行如下的第二控制：获取空调蒸发器的实时盘管温度，根据已知的距离与盘管目标温度的对应关系确定与实时距离对应的盘管目标温度作为实时盘管目标温度，计算实时盘管温度与实时盘管目标温度之间的温差，作为实时盘管温差，根据实时盘管温差进行盘温PID运算，获得第三频率，选择第一频率、第二频率及第三频率中的较小值作为目标频率，根据目标频率控制空调的压缩机运行。

如果步骤13判定实时距离小于设定距离，为避免温度过快下降导致体感不舒适，进一步考虑蒸发器盘管温度，以便及时调整压缩机运行频率，使得蒸发器盘管温度能够稳定到盘管目标温度，以调整空调出风温度，达到凉而不冷的舒适出风效果。

具体来说，首先，获取空调蒸发器的实时盘管温度，并根据已知的距离与盘管目标温度的对应关系确定与实时距离对应的盘管目标温度作为实时盘管目标温度；然后，计算实时盘管温度与实时盘管目标温度之间的温差，作为实时盘管温差，根据实时盘管温差进行盘温PID运算，获得第三频率；最后，选择根据室温PID运算获得的第一频率、根据距离确定的第二频率及根据盘温PID运算获得的第三频率中的较小值作为目标频率，根据目标频率控制空调压缩机运行。

其中，蒸发器盘管温度的检测可通过在蒸发器上设置盘管温度传感器进行检测。而盘温PID运算获得对压缩机进行控制的目标频率的方法可以参考现有技术中的室温PID运算而获得压缩机目标频率的方法。其中，盘温PID运算的初始频率可以为一个设定的初始频率。优选的，盘温PID运算的初始频率为判定实时距离小于设定距离、进入第二控制过程时压缩机的当前运行频率。而且，该当前运行频率至少是在压缩机运行一段时间（如3min）之后的一个运行频率。盘管目标温度并不是固定不变的温度，而是与热源和空调间的距离相对应的一个可变温度。具体来说，在空调主控板的存储器中预先存储有距离与盘管目标温度的对应关系，其中，距离是指室内热源与空调之间的距离，盘管目标温度是期望蒸发器盘管温度所要达到的温度。对于不同的距离，对应有不完全相同或完全不相同的盘管目标温度，且距离越小、盘管目标温度越大，目的是为不同距离处的热源提供更合适的出风温度，保证出风的舒适性。而且，通过盘管目标温度的变化，还有助于通过降低压缩机运行频率来降低空调运行能耗。优选的，距离与盘管目标温度的对应关系是由研发人员在理论指导下、经过大量的空调运转模拟实验所得到的，能够尽可能兼顾空调送风舒适性。因此，在获得实时距离之后，从距离与盘管目标温度的对应关系中先查找到实时距离，然后获取该实时距离所对应的盘管目标温度，并将该盘管目标温度作为实时盘管目标温度。

采用上述方法对空调压缩机频率进行控制，综合考虑了温度因素和热源与空调间的距离因素间的配合，实现了空调的节能运行和舒适送风。此外，在考虑温度因素对压缩机频率的控制中，通过比较热源距离空调的实时距离与设定距离的大小，在实时距离不小于设定距离时，不考虑盘温PID控制而仅采用室温PID控制压缩机运行，从而对房间进行快速地降温，避免制冷效果差的问题，而在实时距离不大于设定距离时，考虑盘温PID控制，使得空调出风温度舒适，达到出风凉而不冷的舒适制冷效果。而且，在盘温PID控制过程中，盘温目标温度根据热源和空调间的实时距离适应性调整，进一步提高了出风温度的舒适性，也有助于降低空调运行能耗。

而且，在执行第二控制的过程中，仍然不断地实时检测热源与空调间的实时距离，并比较实时距离与设定距离的大小。一旦实时距离不小于设定距离，则退出第二控制的过程，而执行第一控制的过程，以使得室内温度稳定在设定室内目标温度。

作为优选的实施方式，在执行第二控制的过程中，在实时距离不小于设定距离、且实时距离与设定距离之差大于设定差值时，退出第二控制，执行第一控制。

作为更优选的实施方式，空调主控板的存储器中预先存储有一个设定最高频率，如果步骤14判定第一频率和第二频率中的较小值大于设定最高频率，或者步骤15判定第一频率、第二频率及第三频率中的较小值大于设定最高频率，则将设定最高频率作为目标频率。也就是说，不管是根据哪个频率控制压缩机，均保证压缩机的运行频率不超过设定最高频率。

请参见图2，该图示出了本发明变频空调频率控制装置一个实施例的结构框图。

如图2所示，该实施例的变频空调频率控制装置所包含的结构单元及其功能如下：

室内环境温度获取单元201，用于获取实时室内环境温度。

室温PID运算单元202，用于计算室内环境温度获取单元201获取的实时室内环境温度和设定室内目标温度之间的温差，作为实时室内温差，根据实时室内温差进行PID运算，获得并输出第一频率。

热源确定及距离获取单元203，用于实时检测空调所在室内的热源并确定热源与空调之间的实时距离。

第二频率获取单元204，用于根据已知的距离与频率的对应关系获取与实时距离对应的频率，作为第二频率。

盘管温度获取单元205，用于获取空调蒸发器的实时盘管温度。

实时盘管目标温度获取单元206，用于根据已知的距离与盘管目标温度的对应关系获取与实时距离对应的盘管目标温度，并作为实时盘管目标温度。

盘温PID运算单元207，用于计算盘管温度获取单元205获取的实时盘管温度和实时盘管目标温度获取单元206获取的实时盘管目标温度之间的温差，作为实时盘管温差，根据实时盘管温差进行PID运算，获得并输出第三频率。

控制模式选择单元208，用于比较热源确定及距离获取单元203获取的实时距离与设定距离的大小，并输出比较结果作为控制模式选择信号。

第一控制单元209，用于在控制模式选择单元208输出的比较结果为实时距离不小于设定距离时，选择室温PID运算单元202输出的第一频率与第二频率获取单元204输出的第二频率中的较小值作为目标频率，根据目标频率控制空调的压缩机运行。

第二控制单元210，用于在控制模式选择单元208输出的比较结果为实时距离小于设定距离时，选择室温PID运算单元202输出的第一频率、第二频率获取单元204输出的第二频率及盘温PID运算单元207输出的第三频率中的较小值作为目标频率，根据目标频率控制空调的压缩机运行。

热源确定及距离获取单元203可以采用现有技术中能够检测热源并确定距离的结构来实现。作为优选的实施方式，热源确定及距离获取单元203采用下述结构来实现：

包括：

红外传感器，设置在空调中；

转动机构，用于驱动红外传感器转动；

热源确定及距离获取子单元，用于获取红外传感器扫描范围内的温度信息，根据温度信息获得热源温度曲线，根据热源温度曲线确定空调所在室内的热源及热源与空调之间的实时距离。

上述装置中的各结构单元运行相应的软件程序，并按照图1的流程执行空调频率控制，实现空调的节能、舒适制冷控制。

而且，图2的空调频率控制装置可以应用在变频空调中，形成具有节能、舒适制冷运行功能的变频空调。

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 (10)

1.一种变频空调频率控制方法，其特征在于，所述方法包括：

空调制冷运行，获取实时室内环境温度和设定室内目标温度，计算所述实时室内环境温度与所述设定室内目标温度之间的温差，作为实时室内温差，根据所述实时室内温差进行室温PID运算，获得第一频率；实时检测空调所在室内的热源并确定所述热源与空调之间的实时距离，根据已知的距离与频率的对应关系获取与所述实时距离对应的频率，作为第二频率；

将所述实时距离与设定距离作比较；

若所述实时距离不小于所述设定距离，执行下述的第一控制：选择所述第一频率与所述第二频率中的较小值控制空调的压缩机运行；

若所述实时距离小于所述设定距离，执行下述的第二控制：获取空调蒸发器的实时盘管温度，根据已知的距离与盘管目标温度的对应关系确定与所述实时距离对应的盘管目标温度作为实时盘管目标温度，计算所述实时盘管温度与所述实时盘管目标温度之间的温差，作为实时盘管温差，根据所述实时盘管温差进行盘温PID运算，获得第三频率，选择所述第一频率、所述第二频率及所述第三频率中的较小值控制空调的压缩机运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述距离与频率的对应关系为正相关关系。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测空调所在室内的热源并确定所述热源与空调之间的实时距离，具体包括：

控制空调中的红外传感器进行转动扫描，获得扫描范围内的温度信息，根据所述温度信息获得热源温度曲线；

根据所述热源温度曲线确定空调所在室内的热源及所述热源与空调之间的实时距离。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述第一频率与所述第二频率中的较小值或者所述第一频率、所述第二频率及所述第三频率中的较小值大于设定最高频率，则根据所述设定最高频率控制空调的压缩机运行。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在执行所述第二控制的过程中，继续获取所述实时距离并与所述设定距离作比较，在所述实时距离不小于所述设定距离时，退出所述的第二控制，执行所述第一控制。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在执行所述第二控制的过程中，继续获取所述实时距离并与所述设定距离作比较，在所述实时距离不小于所述设定距离、且所述实时距离与所述设定距离之差大于设定差值时，退出所述的第二控制，执行所述第一控制。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在执行所述第二控制时，获取压缩机的当前运行频率，将所述当前运行频率作为所述盘温PID运算的初始频率，并根据所述盘管温差进行所述盘温PID运算。

8.一种变频空调频率控制装置，其特征在于，所述装置包括：

室内环境温度获取单元，用于获取实时室内环境温度；

盘管温度获取单元，用于获取空调蒸发器的实时盘管温度；

室温PID运算单元，用于计算所述实时室内环境温度和设定室内目标温度之间的温差，作为实时室内温差，根据所述实时室内温差进行PID运算，获得并输出第一频率；

热源确定及距离获取单元，用于实时检测空调所在室内的热源并确定所述热源与空调之间的实时距离；

第二频率获取单元，用于根据已知的距离与频率的对应关系获取与所述实时距离对应的频率，作为第二频率；

实时盘管目标温度获取单元，用于根据已知的距离与盘管目标温度的对应关系获取与所述实时距离对应的盘管目标温度，并作为实时盘管目标温度；

盘温PID运算单元，用于计算所述实时盘管温度和所述实时盘管目标温度之间的温差，作为实时盘管温差，根据所述实时盘管温差进行PID运算，获得并输出第三频率；

控制模式选择单元，用于比较所述实时距离与设定距离，并输出比较结果作为控制模式选择信号；

第一控制单元，用于在所述控制模式选择单元输出的比较结果为所述实时距离不小于所述设定距离时，选择所述第一频率与所述第二频率中的较小值控制空调的压缩机运行；

第二控制单元，用于在所述控制模式选择单元输出的比较结果为所述实时距离小于所述设定距离时，选择所述第一频率、所述第二频率及所述第三频率中的较小值控制空调的压缩机运行。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述热源确定及距离获取单元包括：

红外传感器，设置在空调中；

转动机构，用于驱动所述红外传感器转动；

热源确定及距离获取子单元，用于获取所述红外传感器扫描范围内的温度信息，根据所述温度信息获得热源温度曲线，根据所述热源温度曲线确定空调所在室内的热源及所述热源与空调之间的实时距离。

10.一种变频空调，其特征在于，所述变频空调包括有上述权利要求8或9所述的变频空调频率控制装置。