CN106225361A - 一种电子膨胀阀的开度控制方法、装置和变频制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电子膨胀阀的开度控制方法、装置和变频制冷系统，该开度方法应用于变频制冷系统，具体说是用于对该变频制冷系统的电子膨胀阀的开度进行控制。该方法具体为获取变频制冷系统的回气过热度偏差；根据预设计算参数对回气过热度偏差进行PID运算，得到电子膨胀阀的开度调节参数；利用开度调节参数对所述电子膨胀阀的开度进行控制。本技术方案不是单一采用回气过热度、运行频率、室外温度或者排气温度进行控制，而是综合考虑了以上所有因素，并且利用微分和积分控制规避了蒸发器的一阶滞后效应的不利影响，从而能够解决在运行频率发生变化时电子膨胀阀无法快速准确地调节到最合适开度的问题。

Description

一种电子膨胀阀的开度控制方法、装置和变频制冷系统
技术领域
本申请涉及制冷技术领域，更具体地说，涉及一种电子膨胀阀的开度控制方法、装置和变频制冷系统。
背景技术
电子膨胀阀是制冷系统中的重要器件，用于按照预设程序调节蒸发器的冷媒供液量，因属于电子式调节模式，故称为电子膨胀阀。目前家用变频空调中，在对于电子膨胀阀的控制方法上，部分厂家采用预存表格的方法，将压缩机频率与电子膨胀阀的开度列在表格中，控制系统根据从表格中查找与当前频率对应的开度实现对电子膨胀阀开度的控制，同时在利用表格对开度进行控制的过程中还可以配合过热度进行修正。另外，还有部分厂家单纯采用过热度作为参数对电子膨胀阀的开度进行调节。不管采用何种方法，其目的都是实现流量的最优，特别是在制冷中间性能的优化中，通过对电子膨胀阀开度的调节，有利于提升空调器的APF值。
但是变频空调器在实际运行时，其压缩机频率是处于经常变化中的，尤其是变频制冷系统的蒸发器有一阶滞后效应，这就导致电子膨胀阀的开度无法及时调节到系统最合适的开度，从而影响了制冷效果。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种电子膨胀的开度控制方法、装置和变频制冷系统，用于对变频制冷系统的电子膨胀阀的开度进行调节，以解决在运行频率发生变化时电子膨胀阀无法快速准确地调节到最合适开度的问题。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种电子膨胀阀的开度控制方法，应用于变频制冷系统，包括步骤：
获取所述变频制冷系统的回气过热度偏差；
根据预设计算参数对所述回气过热度偏差进行比例积分微分PID运算，得到所述电子膨胀阀的开度调节参数；
利用所述开度调节参数对所述电子膨胀阀的开度进行控制。
可选的，所述获取所述变频空调器的回气过热度偏差，包括：
获取所述变频制冷系统的压缩机回气温度和蒸发器温度；
将所述压缩机回气温度减去所述蒸发器温度，得到实际回气过热度；
将所述实际回气过热度与预设的目标回气过热度进行求差运算，得到所述回气过热度偏差。
可选的，所述根据预设计算参数对所述回气过热度偏差进行比例积分微分PID运算，得到所述电子膨胀阀的开度调节参数，包括：
根据预设的比例系数对所述变频制冷系统的运行频率进行比例运算，得到比例调节参数；
根据预设的积分系数对所述变频制冷系统的蒸发器过热度进行积分运算，得到积分调节参数；
根据预设的微分系数对所述回气过热度偏差进行微分运算，得到微分调节参数；
将所述比例调节参数、所述积分调节参数和微分调节参数求和运算，得到所述开度调节参数。
可选的，所述蒸发器过热度为压缩机回气温度与蒸发器温度的差值。
一种电子膨胀阀的开度控制装置，应用于变频制冷系统，包括：
偏差获取模块，用于获取所述变频制冷系统的回气过热度偏差；
PID计算模块，用于根据预设计算参数对所述回气过热度偏差进行比例积分微分PID运算，得到所述电子膨胀阀的开度调节参数；
开度控制模块，用于利用所述开度调节参数对所述电子膨胀阀的开度进行控制。
可选的，所述偏差获取模块包括：
参数检测单元，用于检测所述变频制冷系统的压缩机回气温度和蒸发器温度；
第一计算单元，用于将所述压缩机回气温度减去所述蒸发器温度，得到实际回气过热度；
第二计算单元，用于将所述实际回气过热度与预设的目标回气过热度进行求差运算，得到所述回气过热度偏差。
可选的，所述PID计算模块包括：
比例计算单元，用于根据预设的比例系数对所述变频制冷系统的运行频率进行比例运算，得到比例调节参数；
积分计算单元，用于根据预设的积分系数对所述变频制冷系统的蒸发器过热度进行积分运算，得到积分调节参数；
微分计算单元，用于根据预设的微分系数对所述回气过热度偏差进行微分运算，得到微分调节参数；
调节参数计算单元，用于将所述比例调节参数、所述积分调节参数和微分调节参数求和运算，得到所述开度调节参数。
可选的，所述蒸发器过热度为压缩机回气温度与蒸发器温度的差值。
一种变频制冷系统，其特征在于，设置有如上所述的开度控制装置，其中：
所述开度控制装置用于对所述变频制冷系统的电子膨胀阀的开度进行控制。
从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种电子膨胀阀的开度控制方法、装置和变频制冷系统，该开度方法应用于变频制冷系统，具体说是用于对该变频制冷系统的电子膨胀阀的开度进行控制。该方法具体为获取变频制冷系统的回气过热度偏差；根据预设计算参数对回气过热度偏差进行PID运算，得到电子膨胀阀的开度调节参数；利用开度调节参数对所述电子膨胀阀的开度进行控制。本技术方案不是单一采用回气过热度、运行频率、室外温度或者排气温度进行控制，而是综合考虑了以上所有因素，并且利用微分和积分控制规避了蒸发器的一阶滞后效应的不利影响，从而能够解决在运行频率发生变化时电子膨胀阀无法快速准确地调节到最合适开度的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种电子膨胀阀的开度控制方法的流程图；
图2为本申请提供的一种MISS曲线图；
图3为本申请提供的一种除霜周期示意图；
图4为本申请提供的一种除霜动作示意图；
图5为本申请另一实施例提供的一种电子膨胀阀的开度控制装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
图1为本申请实施例提供的一种电子膨胀阀的开度控制方法的流程图。
如图1所示，本实施例提供的开度控制方法用于对变频制冷系统的电子膨胀阀的开度进行控制，变频制冷系统包括商用变频空调系统、家用变频空调系统或者工业变频制冷空调系统，具体的开度控制方法包括如下步骤：
S101：获取变频制冷系统的回气过热度偏差。
本实施例以回气过热度偏差作为控制参考量对电子膨胀阀的开度进行控制，所谓回气过热度偏差是指白变频制冷系统的实际回气过热度与目标回气过热度之间的差值。该目标回气过热度是本实施例所要达到的回气过热度的控制目标值。获取该回气过热度偏差的具体步骤如下：
步骤1：获取该变频制冷系统的压缩机回气温度和蒸发器温度。压缩机回气温度是指压缩机的回气口的冷媒温度，蒸发器温度是指室内蒸发器的温度。
步骤2：将压缩机回气温度减去蒸发器温度，从而得到实际回气过热度。
步骤3：将实际回气过热度与目标回气过热度进行求差运算，得到该回气过热度偏差。
该目标回气过热度的设定有2种方法：一是直接设定法，即直接设定一个固定的过热度目标值，并以此目标值进行过热度控制；二是MISS设定法，考虑到蒸发器－电子膨胀阀系统存在保持稳定控制的最小过热度，而最小过热度随蒸发器的负荷而改变，见图2所示的最小稳定信号线MISS。所以目标过热度的设定按最小值给出可使系统既稳定又经济。
S102：根据预设计算参数和回气过热度偏差计算开度调节参数。
具体为根据预设计算参数对回气过热度偏差进行PID计算，即对回气过热度偏差进行比例积分微分计算，从而得到用于对电子膨胀阀的开度进行调节的开度调节参数U(t)。
具体计算步骤包括：
根据预设的比例系数对变频制冷系统的运行频率进行比例运算，得到比例调节参数，P＝KPP(t)。KP为比例系数，由变频制冷系统本身特性决定，不同的变频制冷系统KP比例系数不同，相同的制冷系统KP比例系数相同。P(t)为变频制冷系统的运行频率，具体是指其压缩机运行频率。由此可以看出，回气过热度偏差的比例P对于同一制冷系统由运行频率决定。
根据预设的积分系数对所述变频制冷系统的蒸发器过热度进行积分运算，得到积分调节参数。回气过热度偏差的积分Ti为积分时间常数，由变频制冷系统的本身特性决定，不同的变频制冷系统Ti比例系数不同，相同的变频制冷系统Ti比例系数相同。e(t)为蒸发器过热度e(t)＝ts-te，即蒸发器过热度等于压缩机回气温度与蒸发器温度的差值。制热过热度e(t)＝ts-tc即过热度等于吸气温度与室外冷凝器中央两相区温度的差值。
根据预设的微分系数对所述回气过热度偏差进行微分运算，得到微分调节参数；回气过热度偏差的微分Td为微分系数，它反映了排气温度以及冷凝器换热效率的高低。T排为排气温度，为排气温度的变化率，它反映了压缩机效率、凝器换热效率以及室外温度的变化率。
最后将比例调节参数P、积分调节参数I和微分调节参数D求和运算，即可得到用于对电子膨胀阀的开度进行控制的开度调节参数。
为了便于计算机实现PID控制，需要将连续形式的方程离散化，具体运算过程如下：
∫e(t)dt＝∑e(t)＝e(t)+e(t-1)+…+e(l)；
采用下面标准的直接计算法公式进行计算：
U(t)＝Kpp(t)+KdT排(t)-KdT排(t-1)+Ki∑e(t)
上一次的计算值：
U(t-1)＝Kpp(t-1)+KdT排(t-1)-KdT排(t-2)+Ki∑e(t-1)
两式相减得到增量法计算公式：
Udlt(t)＝Kp(p(t)-p(t-1))+Kd(T排(t)-2T排(t-1)+T排(t-2))+Kie(t)
S103：利用开度调节参数对电子膨胀阀的跨度进行控制。
这里的开度调节参数即上述的U(t)，该开度调节参数由下式表达。
从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种电子膨胀阀的开度控制方法，该开度方法应用变频制冷系统，具体说是用于对该变频制冷系统的电子膨胀阀的开度进行控制。该方法具体为获取变频制冷系统的回气过热度偏差；根据预设计算参数对回气过热度偏差进行PID运算，得到电子膨胀阀的开度调节参数；利用开度调节参数对所述电子膨胀阀的开度进行控制。本技术方案不是单一采用回气过热度、运行频率、室外温度或者排气温度进行控制，而是综合考虑了以上所有因素，并且利用微分和积分控制规避了蒸发器的一阶滞后效应的不利影响，从而能够解决在运行频率发生变化时电子膨胀阀无法快速准确地调节到最合适开度的问题。
如图3所示，在变频制冷系统进行低温测试中，利用本实施例提供的开度控制方法可以有效提升除霜后空调器能力的上升速率(虚线部分)，以提高积分能力值。
如图4所示，在提高除霜性能中，电子膨胀阀以最适的制热开度运转，当除霜开始时，开度快速变更为除霜开度(例如采用三花制Q型500脉冲膨胀阀，开度可设为480)，以增加制冷剂流量，使除霜更快，更完全。待除霜结束后膨胀阀开度又恢复除霜前的开度，以利于制热能力快速恢复。当然，若要除霜更佳，在除霜过程中，可再细分不同的阶段，不同阶段采用不同的压缩机频率及电子膨胀阀开度值。
选用市面上某款26变频空调器进行实验，实验测试额定值冷、中间制冷、低温制热三个工况。温度布点有压缩机排气Tk、压缩机吸气Ts、冷凝器中部Cm、蒸发器入口管温Ei、蒸发器出口管温Eo，制冷实验数据如下表所示：
根据表中数据，计算得在本实施例提供的开度控制方法下此款空调器的季节能效比为5.63，原来此款空调的季节能效比则为5.39，相比之下季节能效比显著提高。
实施例二
图5为本申请另一实施例提供的一种电子膨胀阀的开度控制装置的结构框图。
如图5所示，本实施例提供的开度控制装置用于对变频制冷系统的电子膨胀阀的开度进行控制，变频制冷系统包括商用变频空调系统、家用变频空调系统或者工业变频制冷空调系统，具体的开度控制装置包括偏差获取模块10、PID计算模块20和开度控制模块30。
偏差获取模块10用于获取变频制冷制冷系统的回气过热度偏差。
本实施例以回气过热度偏差作为控制参考量对电子膨胀阀的开度进行控制，所谓回气过热度偏差是指白变频制冷系统的实际回气过热度与目标回气过热度之间的差值。该目标回气过热度是本实施例所要达到的回气过热度的控制目标值。获偏差获取模块具体包括参数检测单元、第一计算单元和第二计算单元。
参数检测单元用于获取该变频制冷系统的压缩机回气温度和蒸发器温度。压缩机回气温度是指压缩机的回气口的冷媒温度，蒸发器温度是指室内蒸发器的温度。
第一计算单元用于将压缩机回气温度减去蒸发器温度，从而得到实际回气过热度。
第二计算单元用于将实际回气过热度与目标回气过热度进行求差运算，得到该回气过热度偏差。
该目标回气过热度的设定有2种方法：一是直接设定法，即直接设定一个固定的过热度目标值，并以此目标值进行过热度控制；二是MSS设法，考虑到蒸发器－电子膨胀阀系统存在保持稳定控制的最小过热度，而最小过热度随蒸发器的负荷而改变，见图2所示的最小稳定信号线MSS。所以目标过热度的设定按最小值给出可使系统既稳定又经济。
PID计算模块20用于根据预设计算参数和回气过热度偏差计算开度调节参数。
具体为根据预设计算参数对回气过热度偏差进行PID计算，即对回气过热度偏差进行比例积分微分计算，从而得到用于对电子膨胀阀的开度进行调节的开度调节值U(t)。
PID计算模块20具体包括比例计算单元、积分计算单元、微分计算单元和调节参数计算单元。
比例计算单元用于根据预设的比例系数对变频制冷系统的运行频率进行比例运算，得到比例调节参数，P＝KPP(t)。KP为比例系数，由变频制冷系统本身特性决定，不同的变频制冷系统KP比例系数不同，相同的制冷系统KP比例系数相同。P(t)为变频制冷系统的运行频率，具体是指其压缩机运行频率。由此可以看出，回气过热度偏差的比例P对于同一制冷系统由运行频率决定。
积分计算单元用于根据预设的积分系数对所述变频制冷系统的蒸发器过热度进行积分运算，得到积分调节参数。回气过热度偏差的积分Ti为积分时间常数，由变频制冷系统的本身特性决定，不同的变频制冷系统Ti比例系数不同，相同的变频制冷系统Ti比例系数相同。e(t)为蒸发器过热度e(t)＝ts-te，即蒸发器过热度等于压缩机回气温度与蒸发器温度的差值。制热过热度e(t)＝ts-tc即过热度等于吸气温度与室外冷凝器中央两相区温度的差值。
微分计算单元用于根据预设的微分系数对所述回气过热度偏差进行微分运算，得到微分调节参数；回气过热度偏差的微分Td为微分系数，它反映了排气温度以及冷凝器换热效率的高低。T排为排气温度，为排气温度的变化率，它反映了压缩机效率、凝器换热效率以及室外温度的变化率。
调节参数计算单元用于将比例调节参数P、积分调节参数I和微分调节参数D求和运算，即可得到用于对电子膨胀阀的开度进行控制的开度调节参数。
为了便于计算机实现上述PID控制，需要将连续形式的方程离散化，具体运算过程如下：
∫e(t)dt＝∑e(t)＝e(t)+e(t-1)+…+e(l)；
采用下面标准的直接计算法公式进行计算：
U(t)＝Kpp(t)+KdT排(t)-KdT排(t-1)+Ki∑e(t)
上一次的计算值：
U(t-1)＝Kpp(t-1)+KdT排(t-1)-KdT排(t-2)+Ki∑e(t-1)
两式相减得到增量法计算公式：
Udlt(t)＝Kp(p(t)-p(t-1))+Kd(T排(t)-2T排(t-1)+T排(t-2))+Kie(t)
S103：利用开度调节参数对电子膨胀阀的开度进行控制。
这里的开度调节参数即上述的U(t)，该开度调节参数由下式表达。
从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种电子膨胀阀的开度控制装置，该开度装置应用变频制冷系统，具体说是用于对该变频制冷系统的电子膨胀阀的开度进行控制。该装置具体为获取变频制冷系统的回气过热度偏差；根据预设计算参数对回气过热度偏差进行PID运算，得到电子膨胀阀的开度调节参数；利用开度调节参数对所述电子膨胀阀的开度进行控制。本技术方案不是单一采用回气过热度、运行频率、室外温度或者排气温度进行控制，而是综合考虑了以上所有因素，并且利用微分和积分控制规避了蒸发器的一阶滞后效应的不利影响，从而能够解决在运行频率发生变化时电子膨胀阀无法快速准确地调节到最合适开度的问题。
实施例三
本实施例提供了一种变频制冷系统，该变频制冷系统设置有上述实施例所提供的电子膨胀阀的开度控制装置。该变频制冷系统能够在运行频率发生变化时控制电子膨胀阀快速准确地调节到最合适开度的问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电子膨胀阀的开度控制方法，应用于变频制冷系统，其特征在于，包括步骤：
获取所述变频制冷系统的回气过热度偏差；
根据预设计算参数对所述回气过热度偏差进行比例积分微分PID运算，得到所述电子膨胀阀的开度调节参数；
利用所述开度调节参数对所述电子膨胀阀的开度进行控制。
2.如权利要求1所述的开度控制方法，其特征在于，所述获取所述变频空调器的回气过热度偏差，包括：
获取所述变频制冷系统的压缩机回气温度和蒸发器温度；
将所述压缩机回气温度减去所述蒸发器温度，得到实际回气过热度；
将所述实际回气过热度与预设的目标回气过热度进行求差运算，得到所述回气过热度偏差。
3.如权利要求1所述的开度控制方法，其特征在于，所述根据预设计算参数对所述回气过热度偏差进行比例积分微分PID运算，得到所述电子膨胀阀的开度调节参数，包括：
根据预设的比例系数对所述变频制冷系统的运行频率进行比例运算，得到比例调节参数；
根据预设的积分系数对所述变频制冷系统的蒸发器过热度进行积分运算，得到积分调节参数；
根据预设的微分系数对所述回气过热度偏差进行微分运算，得到微分调节参数；
将所述比例调节参数、所述积分调节参数和微分调节参数求和运算，得到所述开度调节参数。
4.如权利要求3所述的开度控制方法，其特征在于，所述蒸发器过热度为压缩机回气温度与蒸发器温度的差值。
5.一种电子膨胀阀的开度控制装置，应用于变频制冷系统，其特征在于，包括：
偏差获取模块，用于获取所述变频制冷系统的回气过热度偏差；
PID计算模块，用于根据预设计算参数对所述回气过热度偏差进行PID运算，得到所述电子膨胀阀的开度调节参数；
开度控制模块，用于利用所述开度调节参数对所述电子膨胀阀的开度进行控制。
6.如权利要求5所述的开度控制装置，其特征在于，所述偏差获取模块包括：
参数检测单元，用于检测所述变频制冷系统的压缩机回气温度和蒸发器温度；
第一计算单元，用于将所述压缩机回气温度减去所述蒸发器温度，得到实际回气过热度；
第二计算单元，用于将所述实际回气过热度与预设的目标回气过热度进行求差运算，得到所述回气过热度偏差。
7.如权利要求5所述的开度控制装置，其特征在于，所述PID计算模块包括：
比例计算单元，用于根据预设的比例系数对所述变频制冷系统的运行频率进行比例运算，得到比例调节参数；
积分计算单元，用于根据预设的积分系数对所述变频制冷系统的蒸发器过热度进行积分运算，得到积分调节参数；
微分计算单元，用于根据预设的微分系数对所述回气过热度偏差进行微分运算，得到微分调节参数；
调节参数计算单元，用于将所述比例调节参数、所述积分调节参数和微分调节参数求和运算，得到所述开度调节参数。
8.如权利要求7所述的开度控制装置，其特征在于，所述蒸发器过热度为压缩机回气温度与蒸发器温度的差值。
9.一种变频制冷系统，其特征在于，设置有如权利要求5～8任一项所述的开度控制装置，其中：
所述开度控制装置用于对所述变频制冷系统的电子膨胀阀的开度进行控制。
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