CN106596159A - 高精度空调能力试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度空调能力试验装置，其包括具有加热和冷却热交换器、加热电加热器、调节温度微小幅度变化加热器、加湿电加热器和调节湿度微小幅度变化加热器的空气再处理机组；所述中央演算装置具有高精度型干球温度和湿球温度检测装置；除干扰单元；稳定控制单元，用于使环境空间工况由未达到稳定状态变为达到稳定状态；微小幅控制单元，用于使所述环境空间的温度实测值在温度设定值范围内做周期性波动；变化象限判断单元；周期平均演算单元。本发明通过上述技术方案使得控制环境温度和湿度在±0.01K范围以内，并且以目标值为中心周期性波动；所测试的空调器能力值准确、一致性高；运行周期短，减小了实验室运行成本。

Description

高精度空调能力试验装置

技术领域

本发明属于空调器能力测试领域，尤其涉及一种高精度空调能力试验装置。

背景技术

空调能力试验装置主要有两种：一种为空气焓值法试验装置，另一种为平衡环境型量热计试验装置。

空气焓值法试验装置采用的是空气焓差法进行测试，其结构如图1所示。测试时，先调节试验装置中室内侧和室外侧各自的空气再处理机组，对应使室内侧和室外侧各自的干球温度和湿球温度达到所规定的环境条件，环境条件稳定后，通过测试空调器的进风干球温度和进风湿球温度以及空调器的出风干球温度和出风湿球温度，计算出空调器进风和出风的焓差；通过空气焓值法试验装置中的风量测量装置控制辅助风机的转数，使得空调器的出风口的静压为零，然后测量设置在出风气流所通过的位置上的喷嘴的前后压差，计算出空调器的风量(即利用喷嘴前后压差计算出空调器的风量)。通过焓差和风量可以计算出空调器的制冷能力和制暖能力。

平衡环境型量热计试验装置采用的是平衡环境型量热计法进行测试，其结构如图2所示。测试时，先调节装置中套间、室内侧隔室和室外侧隔室各自的空气再处理机组，对应使套间和室内隔室、室外隔室各自的干球温度和湿球温度达到所规定的环境条件，然后根据被测空调器的能力和凝结水量(除湿量)与室内侧隔室中的空气再处理机组的加热量(风机等有功率的设备)和加湿量来计算空调器的能力。

虽然空气焓差法试验装置的加热器和加湿器在运转时全部设定为ON，由调节器控制输出比例，但是加热器和加湿器的输出能力的最小分辨率并不好。平衡法试验装置一般分为粗控加热器和精控加热器，但试验装置的环境温度和湿度的控制方法通过PID控制方式进行。在PID控制方式中，当温度接近目标值时，尽可能地使温度接近设定值并进行稳定控制，工况并未出现周期性的变化，且所控制的工况为±0.05℃～±0.1℃，无法实现精确控温。

在进行能力测试前，需满足稳定性判定条件，例如空调器性能标准GB/T7725《房间空气调节器》及ISO 5151：2010《Non-ducted air conditioners and heat pumps-Testingand rating for performance》中规定的空调器能力测试的稳定性判定条件：所测试的干球温度的算术平均值与设定值的偏差应在±0.3℃以内，所测试的湿球温度的算术平均值与设定值的偏差应在±0.2℃以内；所测试的干球温度的最大值与设定值的偏差应在±0.5℃以内，所测试的湿球温度的最大值与设定值的偏差应在±0.3℃以内。在现有的控制方式中，由于无法实现在采集期间内各个周期中工况出现周期性变化，因此在上述空调器性能标准中，采集期间规定为每5分钟一个周期，采集7个周期35分钟，以避免测量时出现的变动。因此，测量周期比较长。

目前，在进行空调器能力测量时，即使稳定性满足了标准的要求，在该稳定温度区域内，测量结果也会出现各种可能性，虽然在容许范围内，但是会导致所测试的空调器能力波动较大、测量结果的一致性较差。可能性的测量结果(即在试验的设定值的上限值以下、在下限值以上，且在容许范围内)如图3的①～④所示，在图3中，①和②所示曲线表示：在容许范围内而稳定的温度的平均偏差较大。③所示曲线表示：虽然在设定值附近接近设定值，但温度变化在温度控制器的检测之外，为在控制范围外的变化曲线。虽然在设定值附近，但低于设定值，即使平均化，也会与设定值有差异。通过调整温度控制器的控制常数，可设定为④的变化曲线。然而，目前的控制理论中，以偏差为零，且不随时间变化的环境为目标，因此容易想到控制是存在极限的。

因此，利用目前的空调能力试验装置，测量的空调能力变动较大，一致性较差，测量周期较长。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高精度空调能力试验装置，其包括：空气再处理机组和中央演算装置；所述空气再处理机组用于在所述中央演算装置的控制下将室内室和室外室的温度控制在设定值范围内；所述空气再处理机组包括：加热和冷却热交换器；由多个电加热器构成的可进行控制的加热电加热器；用于空气温度的微小幅度变化，且最小分辨率小于所述加热电加热器的最小分辨率的调节温度微小幅度变化加热器；由多个电加热器构成的可进行控制的加湿电加热器；用于空气湿度的微小幅度变化，且最小分辨率小于所述加湿电加热器的调节湿度微小幅度变化加热器；所述中央演算装置具有：在室内室和室外室分别配置高精度型干球温度检测装置，用于获取干球温度实测值；在室内室和室外室分别配置高精度型湿球温度检测装置，用于获取湿球温度实测值；除干扰单元用于对所述高精度型干球温度检测装置和高精度型湿球温度检测装置所检测出的温度进行除干扰；稳定控制单元，单元用于根据干球温度设定值与所述干球温度实测值和湿球温度设定值与所述湿球温度实测值控制所述加热器电加热器和所述调节温度微小幅度变化加热器的输出功率，以及所述加湿电加热器和所述调节湿度微小幅度变化加热器的输出功率，使环境空间工况由未达到稳定状态变为达到稳定状态，所述的稳定状态是指：环境的干球温度实测值和湿球温度实测值对应分别处于干球温度和湿球温度设定值范围内且持续预定时间；微小幅控制单元，用于当环境空间工况达到稳定状态后，根据干球温度设定值与所述干球温度实测值和湿球温度设定值与所述湿球温度实测值控制所述加热电加热器和调节温度微小幅度变化电加热器的输出功率以及加湿电加热器和调节湿度微小幅度变化电加热器的输出功率，以使所述环境空间的温度实测值和湿度实测值对应在所述干球温度设定值范围内和湿球温度设定值范围内做周期性波动；变化象限判断单元，用于根据温度的变化，设定四个象限：低于设定值，温度逐步上升的第一象限；高于设定值，温度逐步上升的第二象限；高于设定值，温度逐步下降的第三象限；低于设定值，温度逐步下降的第四象限，可对温度属于哪个象限进行判断；周期平均演算单元，用于运用单个周期平均演算，将所述变化象限判断单元的结果所在的某个象限开始到运行一个周期的象限为止的温度的平均值进行计算；其中，所述温度包括干球温度和湿球温度，对应的所述设定值包括干球温度设定值和湿球温度设定值。

在如上所述的高精度空调能力试验装置中，优选地，所述微小幅控制单元还用于在稳定控制单元和微小幅控制单元之间进行切换；当环境空间工况未能达到稳定状态时，先启动稳定控制单元使环境空间的温度达到稳定状态，稳定状态持续到设定时间后再启动所述微小幅控制单元，使环境空间的温度做周期性微小幅波动。

在如上所述的高精度空调能力试验装置中，优选地，所述微小幅度变化控制单元还用于在某个固定值的周期内，通过控制调节温度微小幅度变化电加热器和调节湿度微小幅度变化电加热器的功率，以达到干球温度和湿球温度的微小幅度变化。

在如上所述的高精度空调能力试验装置中，优选地，所述中央演算装置还会分别对所述加热电加热器和所述调节温度微小幅度变化加热器以及所述加湿电加热器和所述调节湿度微小幅度变化加热器的输出功率进行修正和控制。

在如上所述的高精度空调能力试验装置中，优选地，所述微小幅控制单元还会基于所述变化象限判断单元的结果来更改控制规则，使得稳定或上升或下降温度变化得以持续。

在如上所述的高精度空调能力试验装置中，优选地，所述微小幅控制单元还会用于通过监视每个变化周期计算出的温度变化幅度，通过改变所述加热电加热器和所述调节温度微小幅度变化加热器以及所述加湿电加热器和所述调节湿度微小幅度变化加热器的输出以获得合适的变化幅度。

综上所述，本发明带来的有益效果如下：

1)控制环境温度和湿度在±0.01K范围以内，并且以目标值为中心周期性波动；2)所测试的空调器能力值准确、一致性高；3)本发明所提出的控制算法可以实现工况周期性波动，根据实际情况选取几个周期的平均值作为测试结果，而不需要运行至35min，运行周期短，减小了实验室运行成本。

附图说明

图1为现有技术提供的一种空气焓值法试验装置的结构示意图；

图2为现有技术提供的一种平衡环境型量热计试验装置的结构示意图；

图3为理论温度变化曲线示意图(现有技术和本发明)；

图4为本发明提供的一种高精度空调器能力试验装置的结构示意图；

图5为本发明提供的一种含有稳定控制方法和微小幅控制方法的控制流程图；

图6为本发明提供的另一种含有稳定控制方法和微小幅控制方法的控制流程图；

图7为本发明提供的移动平均去干扰流程图；

图8为本发明提供的控制方法中稳定控制方法和微小幅变化控制方法切换示意图；

图9为本发明提供的室外室干球温度和湿球温度的加热模块和加湿模块的一致性修正控制流程图；

图10为本发明提供的变化象限判断功能流程图；

图11为本发明提供的稳定控制的模糊算法示例；

图12为本发明提供的微小幅变化控制的模糊算法1或2象限温度变化示例；

图13为本发明提供的微小幅变化控制的模糊算法3或4象限温度变化示例；

图14为本发明提供的实现微小幅周期性控制流程图；

图15为本发明提供的室外干球温度控制示例；

图16为本发明提供的室外干球温度的加湿电加热器和调节湿度微小幅度变化加热器的输出功率控制控制示意图；

图17为本发明提供的室外湿球温度控制示例；

图18为本发明提供的室外湿球温度的加湿电加热器和调节湿度微小幅度变化加热器的输出功率控制控制示意图；

图19为本发明提供的一种周期平均演算功能流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

本发明实施例提供了一种高精度空调能力试验装置，其具有：空气再处理机组3和与空气再处理机组3连接的中央演算装置4，两者共同作用，使试验室达到所设定的工况。该试验装置可以采用空气焓差法进行能力试验，空气再处理机组在室内侧1和室外侧2各布置一个；也可以采用平衡环境型量热计法进行能力试验，空气再处理机组在室内侧内室和室外侧内室各布置一个。为了方便描述，在本实施例中以空气焓值法试验装置且室外侧2为例进行说明。如图4所示，本发明实施例提供了一种高精度空调能力试验装置，其包括：空气再处理机组3和中央演算装置4。试验时，试验样机的室外机62放在室外侧。

空气再处理机组3包括：加热模块31和加湿模块32。实际中，空气再处理机组还包括：加热/冷却换热器33、冷却器34和风机35，冷却器34为加热/冷却换热器33提供冷源，加热模块31、加湿模块32、加热和冷却换热器33、冷却器34和风机35一起工作为室外侧2提供恒定的温度和湿度。加热模块31具有加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312，调节温度微小幅度变化加热器312的最小变化功率小于加热电加热器311的最小变化功率，例如加热电加热器311的最小变化功率为100W(即加热电加热器311可以通过100W左右的分辨率进行加热控制)，调节温度微小幅度变化加热器312的最小变化功率为1～10W(即加热电加热器311可以通过1～10W左右的分辨率进行加热控制)。加湿模块32具有加湿电加热器321和调节湿度微小幅度变化加热器322，调节湿度微小幅度变化加热器322的最小变化功率小于加湿电加热器321的最小变化功率，例如加湿电加热器321的最小变化功率为100W(即加湿电加热器321可以通过100W左右的分辨率进行加热控制)，调节湿度微小幅度变化加热器322的最小变化功率为1～10W(即加湿电加热器321可以通过1～10W左右的分辨率进行加热控制)。应用时，加热电加热器311和加湿电加热器321可以均由多个可分别进行调节的加热器组成。

中央演算装置4包括测温模块41和与测温模块41连接的控制模块42，测温模块41用于获取室外侧的干球温度和湿球温度。具体的，可以通过测温模块41中的干球铂电阻411和湿球铂电阻412测量，通过测温模块41中的且与干球铂电阻411和湿球铂电阻412分别连接的采集模块413将采集的铂电阻阻值转换为温度信号传递给控制模块42。控制模块42分为计算机421和与计算机421连接的控制器422。在控制模块42中将从采集装置413中采集的温度参数、从与试验样机的室内机61连接的风量测量装置5中采集的压力参数等作为输入参数输入到具有控制算法的计算机421，计算机421将测试的干球温度和湿球温度与设定值相比较并调用控制算法对控制器422进行控制，从而对加热模块31和加湿模块32的输出进行控制，实现干球温度和湿球温度的变化曲线如图3中⑤所示，即温度在设定值附近，以微小的幅度周期性变化，缩小了测量间隔，并以与测量周期(如5分钟)相同的周期进行控制，从而偏差的周期内平均无限接近零，能够以较高的精度计算空调器的能力，换言之，干球温度和湿球温度以设定值为中心做周期性微小幅振荡。计算机421同时根据输入参数用能力计算算法计算被测机的制热能力。为了实现高精度测量，测温装置41具有测干球温度和湿球温度时0.01K以上的分辨率，因此测温装置41也称为高精度型检测装置，其分为用于获取干球温度的高精度型干球温度检测模块和用于获取湿球温度的高精度型湿球温度检测模块，干球温度用于表征空气温度，湿球温度用于表征空气湿度。应用时，为室内室配置该两个模块，为室外室也配置该两个模块。为了避免异常数据给测试结果带来的波动，测温装置41具有过滤异常数据的功能。

中央演算装置4对干球温度和湿球温度的总控制过程如下：

空调能力试验开始时，启动加热模块31和加湿模块32，即启动加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312，以及加湿电加热器321和调节湿度微小幅度变化加热器322。

由于试验刚开始时，环境温度(即干球温度和湿球温度)与设定温度偏差较大，此时环境温度未达到稳定工况，所以对加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312，以及加湿电加热器321和调节湿度微小幅度变化加热器322均采用稳定控制方法进行控制直至环境温度达到稳定工况。

稳定控制包括但不限于：所控制的温度范围及持续时间满足设定要求。温度范围可以是：干球温度实测值在以干球温度设定值为中心的一定范围内，湿球温度实测值在以湿球温度设定值为中心的一定范围内，该一定范围为-A₁～A₁，-A₁为下限值，A₁为上限值，优选地，A₁可以为0.2K、0.1K。温度范围还可以是：环境温度满足国家标准GB/T7725-2004《房间空调器》中规定的空调器能力测试的稳定性判定条件，具体的要求为：所测试的干球温度的算术平均值与设定值的偏差应在±0.3℃以内，所测试的湿球温度的算术平均值与设定值的偏差应在±0.2℃以内；所测试的干球温度的最大值与设定值的偏差应在±0.5℃以内，所测试的湿球温度的最大值与设定值的偏差应在±0.3℃以内。持续时间指的是温度范围的持续时间，例如0.5h、1h。应用时该稳定控制过程由稳定控制单元实现。

试验运行一段时间后，环境温度达到了稳定工况，在这段时间内，环境温度是无规律性变化，为了提高所测试的空调器能力值的准确性和一致性，对加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312，以及加湿电加热器321和调节湿度微小幅度变化加热器322均采用微小幅控制方法进行控制，从而使干球温度实测值以干球温度设定值为中心做周期性波动，湿球温度实测值以湿球温度设定值为中心周期性波动，周期性波动的振幅为A₂，即干球温度实测值与干球温度设定值偏差的波动范围为-A₂～A₂，湿球温度实测值与湿球温度设定值偏差的波动范围为-A₂～A₂，A₂<A₁，优选，A₂可以为0.1K、0.01K。参见图8，示意出了稳定控制和微小幅控制在时间上的先后顺序，以及稳定控制实现的控制幅度和微小幅控制实现的控制幅度区别。应用时该微小幅控制过程由微小幅控制单元实现。

下面对影响干球温度和湿球温度的稳定控制方法和微小幅控制方法进行具体描述：该方法包括两种实施方式，两种实施方式可得到同等的效果。

第一种实施方式：

稳定控制时，以干球温度实测值与干球温度设定值的差为0为控制目标控制加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312，实现干球温度实测值在以干球温度设定值为中心的一定范围内；同时以湿球温度实测值与湿球温度设定值的差为0为控制目标控制加湿电加热器321和调节湿度微小幅度变化加热器322，实现湿球温度实测值在以湿球温度设定值为中心的一定范围内，同时该温度状态持续一段时间，从而使环境温度达到稳定工况。

稳定控制优选采用模糊控制方法，具体控制过程可以如图11所示，以加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312为例说明，图中横向坐标中的偏差e表示当前时刻干球温度实测值与干球温度设定值之间的偏差，数值-3、-2、-1、0、1、2、3表示偏差的不同程度；纵向坐标中的偏差变化ec表示当前时刻干球温度实测值与干球温度设定值之间的偏差和上一时刻干球温度实测值与干球温度设定值之间的偏差之差，即偏差的变化量，数值-3、-2、-1、0、1、2、3表示偏差变化的不同程度，图11中的其他部分数据表示加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312的输出量的变化，用符号u表示，u>0表示下一时刻输出量相对当前时刻增加；u<0表示下一时刻输出量相对当前时刻减少；u＝0表示下一时刻输出量相对当前时刻无变化。数值-3、-2、-1、0、1、2、3表示当前时刻输出量相对上一时刻输出量的变化程度，图11中的偏差e、偏差变化ec和输出量的变化u的各数值会根据模糊控制规则动态发生变化，稳定控制时没有做周期性的控制，只是让温度尽可能的接近稳定范围。通过改变输出量的变化等，使温度以更快或更慢的速度接近设定温度。当进入稳定范围(如－0.02～0.02K)内后，通过微小幅度控制使其做周期性变化。在其他的实施例中，也可以采用PID控制方法，本实施例对此不进行限定。需要说明的是，上述图11的数值中，绝对值越大表明变化程度越大。根据稳定控制方法得出的值计算出的输出功率为加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312的输出功率之和，由于调节温度微小幅度变化加热器312的最小变化功率小于加热电加热器311，所以加热电加热器311用于实现大功率(或称较高分辨率)输出，调节温度微小幅度变化加热器312用于实现小功率(或称较低分辨率)输出。微小幅控制时，预先设定四个象限：低于设定温度且温度实测值逐步上升的第一象限；高于设定温度且实测温度逐步上升的第二象限；高于设定温度且实测温度逐步下降的第三象限；低于设定温度且实测温度逐步下降的第四象限。

微小幅控制时采用模糊控制方法，具体控制如下：如果干球温度实测值属于第一象限或第二象限(即干球温度实测值适用温度上升规则)，则以干球温度实测值与干球温度设定值的偏差等于A₂为控制目标控制加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312；如果干球温度实测值属于第三象限或第四象限(即干球温度实测值适用温度下降规则)，则以干球温度实测值与干球温度设定值的偏差等于-A₂为控制目标控制加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312，从而使干球温度实测值以干球温度设定值为中心做周期性波动，波动范围为-A₂～A₂。

如果湿球温度实测值属于第一象限或第二象限(即湿球温度实测值适用温度上升规则)，则以湿球温度实测值与湿球温度设定值的偏差等于A₂为控制目标控制加湿电加热器321和调节湿度微小幅度变化加热器322；如果湿球温度实测值属于第三象限或第四象限(即湿球温度实测值适用温度下降规则)，则以湿球温度实测值与湿球温度设定值的偏差等于-A₂为控制目标控制加湿电加热器321和调节湿度微小幅变化用加热器322，从而使湿球温度实测值以湿球温度设定值为中心做周期性波动，波动范围为-A₂～A₂。具体变化象限的判断过程可以参见图10，符号Datan表示当前时刻数据，判断干球温度属于哪个象限时，则Datan表示当前时刻干球温度数据，判断湿球温度属于哪个象限时，则Datan表示当前时刻湿球温度数据，Datan-1表示上一时刻数据，稳定时未定表示将当前时刻数据的象限判定为上一时刻数据所在的象限。象限判断所用数据优选为经移动平均去干扰后的数据。

温度上升规则的控制过程可以如图12所示，下面以控制加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312为例，对图12进行说明：横向坐标中的偏差e表示当前时刻干球温度实测值与干球温度设定值之间的偏差，数值-3、-2、-1、0、1、2、3表示偏差的不同程度，纵向坐标中的偏差变化ec表示当前时刻干球温度实测值与干球温度设定值之间的偏差和上一时刻干球温度实测值与干球温度设定值之间的偏差之差，数值-3、-2、-1、0、1、2、3表示偏差变化的不同程度，图13中的其他部分数据表示加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312的输出量的变化，输出量的变化用符号u表示，u>1表示下一时刻输出量相对当前时刻增加；u<1表示下一时刻输出量相对当前时刻减少；u＝1表示下一时刻输出量相对当前时刻无变化。数值-6、-5、-4、-3、-2、-1、1、2、3、4、5、6表示下一时刻输出量相对当前时刻输出量的变化程度。图11中的偏差e、偏差变化ec和输出量的变化u的各数值会根据模糊控制规则动态发生变化。

温度下降规则的控制过程可以如图13所示，下面以控制加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312为例，对图13进行说明：横向坐标中的偏差e表示当前时刻干球温度实测值与干球温度设定值之间的偏差，数值-3、-2、-1、0、1、2、3表示偏差的不同程度，纵向坐标中的偏差变化ec表示当前时刻干球温度实测值与干球温度设定值之间的偏差和上一时刻干球温度实测值与干球温度设定值之间的偏差之差，数值-3、-2、-1、0、1、2、3表示偏差变化的不同程度，图13中的其他部分数据表示加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312的输出量的变化，输出量的变化用符号u表示，u>-1表示当前时刻输出量相对上一时刻增加；u<-1表示当前时刻输出量相对上一时刻减少；u＝-1表示当前时刻输出量相对上一时刻无变化。数值-6、-5、-4、-3、-2、-1、1、2、3、4、5、6表示下一时刻输出量相对当前时刻输出量的变化程度。图13中的偏差e、偏差变化ec和输出量的变化u的各数值会根据模糊控制规则动态发生变化。当微小幅控制不稳定时会调整模糊控制规则，即使上述各数值动态发生变化。需要说明的是，上述图的数值中，绝对值越大表明变化程度越大。

通过采用该第一种实施方式，实现了1)控制环境温度和湿度在±0.01K范围以内，并且以目标值为中心周期性波动；2)所测试的空调器能力值准确、一致性高；3)运行周期短，减小了实验室运行成本。

第二种实施方式：

稳定控制时，以干球温度实测值与干球温度设定值的差为0为控制目标控制加热电加热器311，且调节温度微小幅度变化加热器312以恒定功率输出，实现干球温度实测值在以干球温度设定值为中心的一定范围内；同时以湿球温度实测值与湿球温度设定值的差为0为控制目标控制加湿电加热器321，且调节湿度微小幅度变化加热器322以恒定功率输出，实现湿球温度实测值在以湿球温度设定值为中心的一定范围内，同时该温度状态持续一段时间，从而使环境温度达到稳定工况。

稳定控制可以采用PID控制方法，也可使用模糊控制方法，优选采用模糊控制方法，具体控制过程也可以如图11所示，以加热电加热器311为例说明，图11中的横坐标和纵坐标的描述详见第一种实施方式，此处不再一一赘述，与第一种实施方式不同的是：图11中的其他部分数据表示加热电加热器311的输出量的变化。调节温度微小幅度变化加热器312和调节湿度微小幅度变化加热器322此时以恒定功率进行输出，控制结果参见图16和图18，图16和图18中横坐标均表示时间，单位为s，图16中的左侧纵坐标表示加热电加热器311的输出功率，右侧纵坐标表示调节温度微小幅度变化加热器312的输出功率，图18中的左侧纵坐标表示加湿电加热器321的输出功率，右侧纵坐标表示调节湿度微小幅度变化加热器322的输出功率，输出功率的单位均为W。图16和图18中的上方曲线分别为加热电加热器311和加湿电加热器321的输出功率曲线图，下方曲线分别为调节温度微小幅度变化加热器312和调节湿度微小幅度变化加热器322的输出功率曲线图，图16中1800秒前为稳定控制过程，图18中1200秒前为稳定控制过程。

微小幅控制时，采用微小幅波形生成方法，即通过注入微小幅波动能量，实现微小幅波动，具体控制如下：预设表征输出功率的微小幅波形，包括微小幅波形的波动基本时间，然后根据预设波形对调节温度微小幅度变化加热器312和调节湿度微小幅度变化加热器322进行控制，从而生成该微小幅波形，此时对加热电加热器311仍采用稳定控制过程的模糊控制方法或PID控制方法。该微小幅波形可以是正弦波、脉冲或梯形波，波形虽然不同，但是都有同等效果。调节温度微小幅度变化加热器312和调节湿度微小幅度变化加热器322的输出功率可以按照如图16和图18所示正弦波(该正弦波的波峰和波谷附近均为等值温度曲线或等值湿度曲线)进行变化以生成微小幅变化能量，图16中1800秒以后为微小幅控制，微小幅波形的周期为300秒，图18中1200秒以后为微小幅控制，微小幅波形的周期为300秒，图18中下方曲线为调节温度微小幅度变化加热器312的输出功率曲线。波动基本时间确定后，以一个基本时间为根本，所有的温度或湿度变化(即室内和室外的温度或湿度变化)都以同一趋势进行变化。

通过采用该第二种实施方式，实现了1)控制环境温度和湿度在±0.01K范围以内，并且以目标值为中心周期性波动；2)所测试的空调器能力值准确、一致性高；3)运行周期短，减小了实验室运行成本。不管采用第一种实施方式，还是第二种实施方式，在进入微小幅控制后，即干球温度和湿球温度实测值的变化曲线在以设定值为中心做周期性波动时，需要采集能力测试用数据以完成能力测试。

下面结合第一种实施方式举例说明高精度空调能力试验装置的具体工作过程：

参见图5，试验开始，高精度空调能力试验装置判断是否达到测温的时机，即判断当前时间是否到达采集时间，若是则进行干球温度和湿球温度的测量，否则等待。为了避免异常数据带来的测量结果的波动，对测量的数据(即干球温度和湿球温度)进行移动平均去干扰，参见图7，具体如下，预设平均个数(或称得到必须数据数)n，n为自然数，对干球温度连续测量了n个数据，依次为：a₁、……a_n,，形成一个数据组，第n时刻的经移动平均去干扰后的数据为(a₁+……+a_n)/n，接着对干球湿度测量了n+1时刻的数据，去除最前面的数据a₁后则形成一个新数据组a₂、……、a_n、a_n+1，用新数据组替换成原数据组(或称废弃最旧数据，完善新数据列)，第n+1时刻的经移动平均去干扰后的数据为(a₂+……+a_n+a_n+1)/n。湿球温度同干球温度。

然后根据移动平均去干扰后的干球温度数据通过采用稳定控制方法对加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312进行控制，同时根据移动平均去干扰后的湿球温度数据通过采用稳定控制方法对加湿度加热器321和调节湿度微小幅度变化加热器322进行控制，然后判断此时干球温度和湿球温度是否已达到稳定工况，若没有，则重新进行稳定性控制，若满足，则进行微小幅控制过程。

若达到稳定工况，则进行微小幅控制。首先进行变化象限的判定，即判断干球温度数据和湿球温度数据属于哪个预设的象限，根据属于哪个象限，进行微小幅规则(温度上升或下降规则，湿度上升或下降规则)的选定，然后根据微小幅规则通过采用微小幅控制方法对加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312进行控制，同时也对加湿电加热器321和调节湿度微小幅度变化加热器322进行控制，然后根据干球温度和湿球温度曲线的周期变化幅度、周期变化时间判断微小幅控制稳定与否，若不稳定，则对下组数据调整微小幅规则重新进行控制，直到满足微小幅的稳定性控制要求；若稳定，则进行微小幅周期判定，即判断干球温度或湿球温度是否完成一个周期变化，若没完成一个周期变化，则继续采集下一组数据并按照上述规则进行处理及累积数据直至完成一个周期；若完成一个周期变化，则进行一个周期平均演算，具体演算过程参见图19，通过变化象限的判断过程确定干球温度或湿球温度属于哪个变化象限Cf，同时将平均后标记设为0，然后判断是否为稳定工况，例如判断温度是否符合要求，以及是否持续一段时间，若为稳定工况，则开始读取周期计数Nc和变化象限Cf，并判断当前时刻的干球温度或湿球温度数据是否为一个周期的开始点或结束点，若是则计算统计量，例如平均值、标准偏差、最大值和最小值，其中平均值可通过瞬时值周期和/数据个数计算得到，然后保存统计数据，并进行积算数据的重置，将平均后标记为1，接着进行能力、温度、时间的积算，并进入下一个过程。若不为稳定工况，则进入下一个过程。若为稳定工况，且当前时刻的干球温度或湿球温度数据不为为一个周期的开始点或结束点，则判断平均化标记是否为1，若为0，则平均化未开始，直接进入下一个过程，若为1，则平均化已开始，直接进入能力、温度和时间的积算。演算完成后，判断周期数是否满足预设周期个数，若满足，则结束试验，若不满足，则返回到判断是否达到测温时机，继续进行测量。需要说明的是，起始点或结束点优选指的是与温度曲线与设定值曲线相交的点。

下面结合第二种实施方式举例说明高精度空调能力试验装置的具体工作过程：

参见图6，试验开始，高精度空调能力试验装置判断是否达到测温的时机，即判断当前时间是否到达采集时间，若是则进行干球温度和湿球温度的测量，否则等待。为了避免异常数据带来的测量结果的波动，对测量的数据(即干球温度和湿球温度)进行移动平均去干扰，移动平均去干扰的过程可参见上述描述，此处不再赘述。

然后根据移动平均去干扰后的干球温度数据通过采用稳定控制方法对加热电加热器311进行控制，对调节温度微小幅度变化加热器312采用恒定功率输出进行控制，同时根据移动平均去干扰后的湿球温度数据通过通过采用稳定控制方法对加湿度加热器321进行控制，对调节湿度微小幅度变化加热器322采用恒定功率输出进行控制，然后判断此时干球温度和湿球温度是否已达到稳定工况，若没有，则重新进行稳定性控制，若满足，则进行微小幅控制过程。

若达到稳定工况，则进行微小幅控制。生成微小幅波形，然后对干球温度实测值和湿球温度实测值进行变化象限的判断，判断实测值属于哪个象限，通过对调节温度微小幅度变化加热器312控制生成干球温度的微小幅波形，对调节湿度微小幅度变化加热器322控制生成湿球温度的微小幅波形，然后根据干球温度和湿球温度曲线的周期变化幅度、周期变化时间判断微小幅控制稳定与否，若不稳定，则对下组数据调整微小幅规则重新进行控制，直到满足微小幅的稳定性控制要求；若稳定，则进行微小幅周期判定，即判断干球温度或湿球温度是否完成一个周期变化，若没完成一个周期变化，则继续采集下一组数据并按照上述规则进行处理及累积数据直至完成一个周期；若完成一个周期变化，则进行一个周期平均演算，具体演算过程参见图19，关于周期平均演算的说明请参见上述描述，此处不再赘述。演算完成后，判断周期数是否满足预设周期个数，若满足，则结束试验，若不满足，则返回到判断是否达到测温时机，继续进行测量。

微小幅波动的实现过程可以参见图14所示，通过稳定控制过程达到稳定工况要求进入微小幅控制后，先生成波动基本时间(即波动周期)，然后生成微小幅波动能量，在稳定控制的加热和加湿电热器功率基础上注入微小幅波动能量，形成预设的波动波形。

由于中央演算装置4对加热模块31和加湿模块32是同时控制的，为了避免两个控制(对加热模块31的控制和对加湿模块32的控制)之间发生影响或发生干扰，且使室内侧或室外侧的干球温度和湿球温度以相同的变化趋势波动，对加热模块31和加湿模块32进行一致性修正控制，一致性修正控制的时机在稳定控制前。一致性修正控制方式不仅适用于第一种实施方式，还适用于第二种实施方式。

具体实现方式如下：对加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312的输出变化量(下文以干球温度电加热器输出变化量简称，并用符号OpDH表示)和加湿电加热器321和调节湿度微小幅度变化加热器322的输出变化量(下文以湿球温度电加热器输出变化量简称，并用符号OpWH表示)分别进行计算，计算得到的值分别用OpDH_计算值，OpWH_计算值，对于第一种实施方式，OpDH_计算值是通过稳定控制方法得到的，表示的是加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312这两者之和的输出变化量；对于第二种实施方式，OpDH_计算值是通过稳定控制方法得到的，但是此时由于调节温度微小幅度变化加热器312输出为恒定功率，所以仅表示加热电加热器311的输出变化量，OpWH_计算值与OpDH_计算值不同仅在于一个是湿球温度，一个是干球温度，其他表示一样。参见图9，具体一致性修正控制可以但不限于如下：如果干球温度电加热器输出量有变化，即OpDH_计算值不为0，换言之OpDH_计算值＜0或＞0，如果OpDH_计算值＜0、且OpWH_计算值＜0，则室外干球温度电加热器的输出量不变(OpDH_修正值＝0)、室外湿球温度电加热器的输出量继续降低、但降低幅度减少为原来一半(OpWH_修正值＝OpWH_计算值×0.5)；如果OpDH_计算值＜0、且OpWH_计算值＞0，则室外干球温度电加热器的输出量不变(OpDH_修正值＝0)、室外湿球温度电加热器的输出量继续增加、但增加幅度减少为原来一半(OpWH_修正值＝OpWH_计算值×0.5)；如果OpDH_计算值＞0、且OpWH_计算值＜0，则室外干球温度电加热器的输出量不变(OpDH_修正值＝0)、室外湿球温度电加热器的输出量继续降低、但降低幅度减少为原来一半(OpWH_修正值＝OpWH_计算值×0.5)；如果OpDH_计算值＞0、且OpWH_计算值＞0，则室外干球温度电加热器和湿球温度电加热器的输出量均不变(OpDH_修正值＝OpDH_计算值×0.5，OpWH_修正值＝0)。如果室外干球温度电加热器的输出量不变(OpDH_计算值＝0)，如果室外湿球温度电加热也不变(OpWH_计算值＝0)，则室外干球温度电加热输出量不变、室外湿球温度电加热输出量也不变(OpDH_修正值＝0OpWH_修正值＝0)；如果OpDH_计算值＝0、OpWH_计算值≠0，则室外干球电加热器输出量不变、室外湿球电加热器输出量继续保持原来的增加量或减少量(OpDH_修正值＝0，OpWH_修正值＝OpWH_计算值)。相应的电加热器的输出功率按照修正后的输出量变化进行控制。

实际微小幅控制过程中，一个周期的干球温度或湿球温度的变化幅度可能会出现超出预设范围，因此对加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312的输出变化量进行温度幅度修正调整，使其在干球温度预设范围内，对加热电加热器321和调节湿度微小幅度变化加热器322的输出变化量进行调整，使其在湿球温度预设范围内。温度幅度修正调整方式不仅适用于第一种实施方式，还适用于第二种实施方式。

具体如下：如果已经完成一个周期，则计算该周期的温度最大值和最小值，若最大值或最小值高于设定值，则调节模糊算法中的模糊规则，如降低加热电加热器311和调节温度微小幅度变化加热器312的输出变化量，对应的，则降低加湿电加热器321和调节湿度微小幅度变化加热器322的输出变化量。然后按照修正后的控制规则进行微小幅控制。

实际能力试验时，经采用本高精度空调能力试验装置，得到的室外室干球温度(即Outdoor DB)曲线如图15所示，得到的室外室湿球温度(即Outdoor WB)曲线如图17所示。在图15中，1800秒前为稳定控制下的温度曲线，1800秒后为微小幅控制下的温度曲线，微小幅控制下，控温在±0.01K以内，且温度曲线将以300个数据(5分钟)为一个周期在第一象限到第四象限有规律波动。在图18中，1200秒前为稳定控制下的温度曲线，1200秒后为微小幅控制下的温度曲线，微小幅控制下，控温在±0.01K以内，且温度曲线将以300个数据(5分钟)为一个周期在第一象限到第四象限有规律波动。

综上所述，本发明带来的有益效果如下：

1)控制环境温度和湿度在±0.01K范围以内，并且以目标值为中心周期性波动；2)所测试的空调器能力值准确、一致性高；3)运行周期短，减小了实验室运行成本。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (6)

1.一种高精度空调能力试验装置，其特征在于：所述高精度空调能力试验装置包括：空气再处理机组和中央演算装置；

所述空气再处理机组用于在所述中央演算装置的控制下将室内室和室外室的温度控制在设定值范围内；

所述空气再处理机组包括：

加热和冷却热交换器；

由多个电加热器构成的可进行控制的加热电加热器；

用于空气温度的微小幅度变化，且最小分辨率小于所述加热电加热器的最小分辨率的调节温度微小幅度变化加热器；

由多个电加热器构成的可进行控制的加湿电加热器；

用于空气湿度的微小幅度变化，且最小分辨率小于所述加湿电加热器的调节湿度微小幅度变化加热器；

所述中央演算装置具有：

在室内室和室外室分别配置高精度型干球温度检测装置，用于获取干球温度实测值；

在室内室和室外室分别配置高精度型湿球温度检测装置，用于获取湿球温度实测值；

除干扰单元用于对所述高精度型干球温度检测装置和高精度型湿球温度检测装置所检测出的温度进行除干扰；

稳定控制单元，单元用于根据干球温度设定值与所述干球温度实测值和湿球温度设定值与所述湿球温度实测值控制所述加热器电加热器和所述调节温度微小幅度变化加热器的输出功率，以及所述加湿电加热器和所述调节湿度微小幅度变化加热器的输出功率，使环境空间工况由未达到稳定状态变为达到稳定状态，所述的稳定状态是指：环境的干球温度实测值和湿球温度实测值对应分别处于干球温度和湿球温度设定值范围内且持续预定时间；

微小幅控制单元，用于当环境空间工况达到稳定状态后，根据干球温度设定值与所述干球温度实测值和湿球温度设定值与所述湿球温度实测值控制所述加热电加热器和调节温度微小幅度变化电加热器的输出功率以及加湿电加热器和调节湿度微小幅度变化电加热器的输出功率，以使所述环境空间的温度实测值和湿度实测值对应在所述干球温度设定值范围内和湿球温度设定值范围内做周期性波动；

变化象限判断单元，用于根据温度的变化，设定四个象限：低于设定值，温度逐步上升的第一象限；高于设定值，温度逐步上升的第二象限；高于设定值，温度逐步下降的第三象限；低于设定值，温度逐步下降的第四象限，可对温度属于哪个象限进行判断；

周期平均演算单元，用于运用单个周期平均演算，将所述变化象限判断单元的结果所在的某个象限开始到运行一个周期的象限为止的温度的平均值进行计算；

其中，所述温度包括干球温度和湿球温度，对应的所述设定值包括干球温度设定值和湿球温度设定值。

2.如权利要求1所述的高精度空调能力试验装置，其特征在于：所述微小幅控制单元还用于在稳定控制单元和微小幅控制单元之间进行切换；当环境空间工况未能达到稳定状态时，先启动稳定控制单元使环境空间的温度达到稳定状态，稳定状态持续到设定时间后再启动所述微小幅控制单元，使环境空间的温度做周期性微小幅波动。

3.如权利要求1所述的高精度空调能力试验装置，其特征在于：所述微小幅度变化控制单元还用于在某个固定值的周期内，通过控制调节温度微小幅度变化电加热器和调节湿度微小幅度变化电加热器的功率，以达到干球温度和湿球温度的微小幅度变化。

4.如权利要求1所述的高精度空调能力试验装置，其特征在于：所述中央演算装置还会分别对所述加热电加热器和所述调节温度微小幅度变化加热器的输出以及所述加湿电加热器和所述调节湿度微小幅度变化加热器的输出功率进行修正和控制。

5.如权利要求1或2所述的高精度空调能力试验装置，其特征在于：所述微小幅控制单元还会基于所述变化象限判断单元的结果来更改控制规则，使得稳定或上升或下降温度变化得以持续。

6.如权利要求1～3中任一项所述的高精度空调能力试验装置，其特征在于：所述微小幅控制单元还会用于通过监视每个变化周期计算出的温度变化幅度，通过改变所述加热电加热器和所述调节温度微小幅度变化加热器的输出以及所述加湿电加热器和所述调节湿度微小幅度变化加热器的输出以获得合适的变化幅度。