CN109028482B - 一种空调控制方法、装置及空调器 - Google Patents

一种空调控制方法、装置及空调器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种空调控制方法、装置及空调器。其中，空调控制方法包括：获取当前时间间隔的膨胀阀开度及空调器在该膨胀阀开度下对应的实际过热度；基于膨胀阀开度生成预测过热度；根据实际过热度，对预测过热度进行修正处理；根据设定过热度及实际过热度，生成参考过热度变化曲线；根据参考过热度变化曲线及修正处理后的预测过热度，生成相邻下一个时间间隔对应的膨胀阀开度，以调整过热度。也就是，在决策对下一个时间间隔的膨胀阀开度时，除了已经输出的实际过热度外，还需要结合基于实际过热度预测到的未来时段的预测过热度，从而克服过热度被调节过程中存在时滞和惯性的问题，从而提高空调器的控制精度。

Description

一种空调控制方法、装置及空调器
技术领域
本发明涉及空调技术领域，特别涉及一种空调控制方法、装置及空调器。
背景技术
空调器的蒸发器内制冷剂流量的多少影响着整个空调器的制冷制热的效果。目前空调器大多选择蒸发器过热度作为被控量，并利用与电子膨胀阀组成一个闭环系统控制蒸发器过热度达到设定值，以符合用户对制冷制热效果的预期。也就是，通过对膨胀阀的调剂以实现对蒸发器的过热度进行调节。
但是，由于当前蒸发器的过热度在被调节过程中存在大惯性、延迟等特点，往往普通的PID控制的控制效果并不理想，存在时滞、干扰等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种空调控制方法，以实现对过热度更精准高效的控制。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种空调控制方法，所述空调控制方法包括：获取当前时间间隔的膨胀阀开度及空调器在该膨胀阀开度下对应的实际过热度；基于所述膨胀阀开度生成预测过热度；根据所述实际过热度，对所述预测过热度进行修正处理；根据设定过热度及所述实际过热度，生成参考过热度变化曲线；根据所述参考过热度变化曲线及修正处理后的所述预测过热度，生成相邻下一个所述时间间隔对应的所述膨胀阀开度，以调整过热度。
进一步地，所述预测过热度包括所述当前时间间隔的预测过热度及控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的预测过热度，所述根据所述实际过热度，对所述预测过热度进行修正的步骤，包括：根据所述当前时间间隔的预测过热度及所述实际过热度，计算预测偏差；基于预设修正系数及所述预测偏差对所述控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的预测过热度进行处理。
进一步地，生成参考过热度变化曲线的步骤包括：根据所述设定过热度、所述实际过热度、预设的平滑因子，利用公式：
Figure BDA0001766631710000021
计算所述控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的参考过热度，以生成所述参考过热度变化曲线，其中，yr(k+i)代表所述控制时域时长内第i个所述时间间隔对应的参考过热度，y(k)代表所述当前时间间隔对应的所述实际过热度，r代表所述设定过热度，P代表所述控制时域时长对应的所述时间间隔的个数，αr代表预设的所述平滑因子。
进一步地，所述根据所述参考过热度变化曲线及修正处理后的所述预测过热度，生成相邻下一个所述时间间隔对应的所述膨胀阀开度的步骤，包括：从所述参考过热度变化曲线，获取所述控制时域时长内每一个时间间隔对应的参考过热度；根据所述控制时域时长内每一个时间间隔对应的参考过热度及所述控制时域时长内每一个时间间隔的预测过热度，利用预设的滚动优化模型，计算相邻下一个所述时间间隔对应的所述膨胀阀开度。
进一步地，所述空调器内设置一脉冲响应模型,所述基于所述膨胀阀开度生成预测过热度的步骤，包括：将所述膨胀阀开度更新历史膨胀阀开度数据；根据所述历史膨胀阀开度数据及所述脉冲响应模型，生成预测过热度。
进一步地，所述空调器在该膨胀阀开度下对应的实际过热度的获得方式包括：获取基于所述空调器内部结构预先建立的膨胀阀开度与过热度之间的传递模型；根据该膨胀阀开度，利用所述传递模型，计算对应的实际过热度。
相对于现有技术，本发明所述的空调控制方法具有以下优势：
本发明所述的空调控制方法通过基于获得的当前时间周期的膨胀阀开度生成预测过热度，再利用与该膨胀阀开度下对应的实际过热度，对所述预测过热度进行修正处理，根据基于设定过热度及所述实际过热度生成的参考过热度变化曲线及修正处理后的所述预测过热度，生成相邻下一个所述时间间隔对应的所述膨胀阀开度，以调整过热度。也就是，在决策对下一个时间间隔的膨胀阀开度时，除了已经输出的实际过热度外，还需要结合基于实际过热度预测到的未来时段的预测过热度，从而克服过热度被调节过程中存在时滞和惯性的问题，从而提高空调器的控制精度。
本发明的另一目的在于提出一种空调控制装置，以改善上述问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种空调控制装置，所述空调控制装置包括：获取模块，用于获取当前时间间隔的膨胀阀开度及空调器在该膨胀阀开度下对应的实际过热度；生成模块，用于基于所述膨胀阀开度生成预测过热度；修正模块，用于根据所述实际过热度，对所述预测过热度进行修正处理；所述生成模块，还用于根据设定过热度及所述实际过热度，生成参考过热度变化曲线；计算模块，用于根据所述参考过热度变化曲线及修正处理后的所述预测过热度，生成相邻下一个所述时间间隔对应的所述膨胀阀开度，以调整过热度。
进一步地，所述预测过热度包括所述当前时间间隔的预测过热度及控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的预测过热度，所述修正模块具体用于：根据所述当前时间间隔的预测过热度及所述实际过热度，计算预测偏差；基于预设修正系数及所述预测偏差对所述控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的预测过热度进行处理。
进一步地，所述空调器内设置一脉冲响应模型,所述生成模块具体用于：将所述膨胀阀开度更新历史膨胀阀开度数据；根据所述历史膨胀阀开度数据及所述脉冲响应模型，生成预测过热度。
所述空调控制装置与上述空调控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的另一目的在于提出一种空调器，以改善上述问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种空调器，所述空调器还包括：一个或多个控制器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个控制器执行时，使得所述一个或多个控制器实现前述的空调控制方法。
所述空调器与上述空调控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的空调器的电路结构框图；
图2为本发明实施例所述的空调控制方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例所述的空调控制方法的控制框图；
图4为本发明实施例所述的空调控制装置的功能模块示意图。
附图标记说明：
1-空调器，2-存储器，3-控制器，4-膨胀阀，5-空调控制装置，6-获取模块，7-生成模块，8-修正模块，9-计算模块。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
另外，在本发明的实施例中所提到的实际过热度，是指空调器在当前时间间隔内的膨胀阀开度下可以控制空调器达到的过冷度。在本发明的实施例中所提到的预测过热度包括多个从当前时间间隔往后的多个时间间隔对应的预测过热度。具体地，包括当前时间间隔对应的预测过热度，也包括在时间轴上列于当前时间间隔之后的控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的预测过热度。需要说明的是，当前时间间隔对应的预测过热度是过冷度的预测值，而当前时间间隔对应的实际过冷度是过冷度的实际值，二值之间的差值为预测偏差。在本发明的实施例中所提到的控制时域时长，是指在当前时间间隔之后的时间段。在本发明的实施例中所提到的参考过热度变化曲线，是指由控制时域时长内多个参考过热度组成的变化曲线。在本发明的实施例中所提到的历史膨胀阀开度数据，是指位于相邻下一个时间间隔之前的时间间隔对应的膨胀开度数据。
进一步地，本发明提供了一种空调器1，优选地，该空调器1可以是中央空调制冷机。该空调器1在通过膨胀阀4调节过冷度的过程中，不仅引用了实际过冷度作为反馈数据，还将对未来时段的预测过冷度作为反馈数据，克服了过冷度控制过程中存在时延和惯性的问题，提高控制的精度。请参阅图1，为本发明实施例提供的空调器1的电路结构框图。
该空调器1包括：存储器2、控制器3、膨胀阀4以及空调控制装置5。其中，控制器3与存储器2、膨胀阀4均电连接。所述空调控制装置5包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器2中。
其中，存储器2可用于存储软件程序以及单元，如本发明实施例中的空调控制装置5及方法所对应的程序指令单元，控制器3通过运行存储在存储器2内的空调控制装置5及方法的软件程序以及单元，从而执行各种功能应用以及数据处理，如本发明实施例提供的空调控制方法。其中，所述存储器2可以是，但不限于，随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
第一实施例
请结合图2和图3参考，本发明实施例提供了一种空调控制方法。该空调控制方法可以应用于空调器1，上述空调器1优选为中央空调器1。可选地，如图2所示，空调控制方法包括以下步骤：
步骤S101,获取当前时间间隔的膨胀阀开度及空调器1在该膨胀阀开度下对应的实际过热度。
在本发明实施例中，按照预设的时间间隔从膨胀阀获取对应的膨胀阀开度。可选地，膨胀阀为电子膨胀阀时，获取膨胀阀开度的方式可以是直接从该电子膨胀阀读取其膨胀阀开度。可选地，还可以根据流经膨胀阀的流量数据等参数估算其在当前时间间隔的膨胀阀开度。
再获取空调器1内预设的膨胀阀开度值与过热度之间的传递模型。上述传递模型可以是基于空调器1内部结构建立。根据传递模型及膨胀阀开度，计算对应的实际过热度。例如，传递模型可以是：
Figure BDA0001766631710000061
其中，G(s)代表传递模型，Y(s)代表频域内的实际过热度，U(s)代表频域内的当前时间间隔对应的膨胀阀开度。
步骤S102,基于该膨胀阀开度生成预测过热度。
在本发明实施例中，在空调器1内设置一脉冲响应模型。上述脉冲响应模型可以是非参数模型，即单位脉冲响应曲线作为脉冲响应模型，共取N个采样值。该模型具有测量较为容易、不必进行复杂的数据处理的优点，虽然从精度上来说不是很高，但其数据冗余量大且抗干扰能力也较强。
可选地，将上述获取的膨胀阀开度更新历史膨胀阀开度数据，根据所述历史膨胀阀开度数据及所述脉冲响应模型，生成预测过热度。需要要说明的是，上述脉冲响应模型可以是：
Figure BDA0001766631710000071
ym(k+j)代表当前时间间隔之后第j个时间间隔对应的预测过热度，u(k+j-i)代表当前时间间隔之后第j个时间间隔对应的历史膨胀阀开度数据，hi代表生成的脉冲参数，P为控制时域时长内的时间间隔数量，k代表当前时间间隔。需要说明的是，u(k+i)的值在i＝M-1后保持不变，即u(k+i)＝u(k+M-1)i＝M,M+1,...,P-1。
进一步地，基于上述公式可以得到：
Figure BDA0001766631710000072
Figure BDA0001766631710000073
由上述可知，起到控制作用的膨胀阀开度由两部分组成，即
Figure BDA0001766631710000074
Figure BDA0001766631710000075
式子中，U1(k)为(N-1)维控制向量，N为用户设定的脉冲响应模型的采样数量，它是当前时间间隔k之前的控制向量，该控制向量由历史膨胀阀开度值组成，是已知的；U2(k)为M维未知的控制向量，是由当前时间间隔对应的膨胀阀开度和之后的时间间隔对应的膨胀阀开度组成的控制向量，这部分控制向量虽然未知却可以基于历史膨胀阀开度值求解。进一步地，预测过热度还可以写成如下所示的向量形式：
Figure BDA0001766631710000076
Figure BDA0001766631710000081
上公式可简化为：
Ym(k)＝H1U1(k)+H2U2(k)
Figure BDA0001766631710000082
Figure BDA0001766631710000083
从上式子可知，两个已知的系数矩阵H1和H2由脉冲响应模型的脉冲响应系数hi构成的，可离线计算出并将其存入到空调器1中。每一个时间间隔采集一次，更新历史膨胀阀开度数据，即U1(k)。并基于此递推计算一次，从而通过闭环预测等来进行求解出U2(k)。
步骤S103，根据所述实际过热度，对所述预测过热度进行修正处理。
在本发明实施例中，考虑到空调器1中，存在着时变性和各种外界随时的干扰性，往往会导致预测模型与实际的模型之间存在误差，因此通过对预测过热度进行修正处理可以使此种情况得到有效的缓解。
可选地，可以是根据当前时间间隔的预测过热度及实际过热度，计算预测偏差。基于预设修正系数及所述预测偏差对所述控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的预测过热度进行处理。
作为一种具体的实现方式，可以基于预设修正系数及所述预测偏差利用公式：
yP(k+j)＝ym(k+j)+βj[y(k)-ym(k)]＝ym(k+j)+βje(k)，
对所述控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的预测过热度进行修正。其中，yP(k+j)代表控制时域时长内第j个时间间隔对应的修正后的预测过热度；ym(k+j)代表控制时域时长内第j个时间间隔对应的预测过热度；y(k)代表当前时间间隔对应的实际过热度，ym(k)代表当前时间间隔对应的预测过热度。e(k)当前时间间隔对应的预测偏差，e(k)＝y(k)-ym(k)。βj代表预设修正系数，一般令βj＝1,j＝1,2,3,...,P。
步骤S104，根据设定过热度及所述实际过热度，生成参考过热度变化曲线。
在本发明实施例中，上述参考过热度变化曲线可以是基于实际过热度这一输出为反馈，结合设定过热度生成的理论的过热度变化曲线。基于参考过热度变化曲线调整膨胀阀开度可以使得输出变量(即实际过热度)按一定的轨迹缓慢的跟踪到设定值，这样可以避免膨胀阀开度调整过度，进而使实际过热度能平滑的达到期望值。
作为一种实施方式，生成参考过热度变化曲线的方式可以包括：
根据所述设定过热度、所述实际过热度、预设的平滑因子，利用公式：
Figure BDA0001766631710000091
计算所述控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的参考过热度，以生成所述参考过热度变化曲线。yr(k+i)代表控制时域时长内第i个所述时间间隔对应的参考过热度，y(k)代表所述当前时间间隔对应的所述实际过热度，r代表所述设定过热度，P代表所述控制时域时长对应的所述时间间隔的个数，αr代表预设的所述平滑因子。
步骤S105，根据参考过热度变化曲线及修正处理后的所述预测过热度，生成相邻下一个所述时间间隔对应的所述膨胀阀开度，以调整过热度。
在本发明实施例中，可以先从参考过热度变化曲线，获取所述控制时域时长内每一个时间间隔对应的参考过热度。再基于控制时域时长内每一个时间间隔对应的参考过热度及所述控制时域时长内每一个时间间隔的预测过热度，利用预设的滚动优化模型，计算相邻下一个所述时间间隔对应的所述膨胀阀开度。需要说明的是，上述滚动优化模型可以是预先建立的预测控制中目标函数。作为一种实施方式，上述滚动优化模型可以是：
Figure BDA0001766631710000101
其中，qi及λi均可以是根据大量测试获得的预设参数。u(k+j-1)代表当前时间间隔对应的膨胀阀开度及依据历史膨胀阀4数据递推计算得到的在当前时间间隔之后的膨胀阀开度。
需要说明的是，在空调器1对过热度的控制中，控制的目的是使过热度能沿着参考轨迹逐渐达到设定过热度。根据参考过热度变化曲线及修正处理后的所述预测过热度，对滚动优化模型取极小值的条件可得到相邻下一个时间间隔对应的膨胀阀开度，并在达到相邻下一个时间间隔控制膨胀阀4达到该滚动优化模型计算得到的膨胀阀开度。
第二实施例
请参考图4，本发明实施例提供了一种空调控制装置5。该空调控制装置5可以应用于空调器1。可选地，如图4所示，空调控制装置5包括：获取模块6、生成模块7、修正模块8及计算模块9。
获取模块6，用于获取当前时间间隔的膨胀阀开度及空调器1在该膨胀阀开度下对应的实际过热度。
生成模块7，用于基于所述膨胀阀开度生成预测过热度。
优选地，所述空调器1内设置一脉冲响应模型,所述生成模块7具体用于：
将所述膨胀阀开度更新历史膨胀阀开度数据；
根据所述历史膨胀阀开度数据及所述脉冲响应模型，生成预测过热度。
修正模块8，用于根据所述实际过热度，对所述预测过热度进行修正处理。优选地，所述预测过热度包括所述当前时间间隔的预测过热度及控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的预测过热度，所述修正模块8具体用于：根据所述当前时间间隔的预测过热度及所述实际过热度，计算预测偏差；基于预设修正系数及所述预测偏差对所述控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的预测过热度进行处理。
所述生成模块7，还用于根据设定过热度及所述实际过热度，生成参考过热度变化曲线；
计算模块9，用于根据所述参考过热度变化曲线及修正处理后的所述预测过热度，生成相邻下一个所述时间间隔对应的所述膨胀阀开度，以调整过热度。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
综上所述，本发明实施例提供一种空调控制方法、装置及空调器。其中，上述空调控制方法及装置均可以应用于空调器。具体地，空调控制方法包括：获取当前时间间隔的膨胀阀开度及空调器在该膨胀阀开度下对应的实际过热度；基于所述膨胀阀开度生成预测过热度；根据所述实际过热度，对所述预测过热度进行修正处理；根据设定过热度及所述实际过热度，生成参考过热度变化曲线；根据所述参考过热度变化曲线及修正处理后的所述预测过热度，生成相邻下一个所述时间间隔对应的所述膨胀阀开度，以调整过热度。也就是，在决策对下一个时间间隔的膨胀阀开度时，除了已经输出的实际过热度外，还需要结合基于实际过热度预测到的未来时段的预测过热度，从而克服过热度被调节过程中存在时滞和惯性的问题，从而提高空调器的控制精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种空调控制方法，其特征在于，所述空调控制方法包括：
获取当前时间间隔的膨胀阀开度及空调器(1)在该膨胀阀开度下对应的实际过热度；
基于所述膨胀阀开度生成预测过热度；
根据所述实际过热度，对所述预测过热度进行修正处理；
根据设定过热度及所述实际过热度，生成参考过热度变化曲线；其中，生成参考过热度变化曲线的步骤包括：
根据所述设定过热度、所述实际过热度、预设的平滑因子，利用公式：
Figure FDA0002555448310000011
计算控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的参考过热度，以生成所述参考过热度变化曲线，其中，yr(k+i)代表所述控制时域时长内第i个所述时间间隔对应的参考过热度，y(k)代表所述当前时间间隔对应的所述实际过热度，r代表所述设定过热度，P代表所述控制时域时长对应的所述时间间隔的个数，αr代表预设的所述平滑因子；
根据所述参考过热度变化曲线及修正处理后的所述预测过热度，生成相邻下一个所述时间间隔对应的所述膨胀阀开度，以调整过热度。
2.根据权利要求1所述的空调控制方法，其特征在于，所述预测过热度包括所述当前时间间隔的预测过热度及控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的预测过热度，所述根据所述实际过热度，对所述预测过热度进行修正的步骤，包括：
根据所述当前时间间隔的预测过热度及所述实际过热度，计算预测偏差；
基于预设修正系数及所述预测偏差对所述控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的预测过热度进行处理。
3.根据权利要求1所述的空调控制方法，其特征在于，所述根据所述参考过热度变化曲线及修正处理后的所述预测过热度，生成相邻下一个所述时间间隔对应的所述膨胀阀开度的步骤，包括：
从所述参考过热度变化曲线，获取所述控制时域时长内每一个时间间隔对应的参考过热度；
根据所述控制时域时长内每一个时间间隔对应的参考过热度及所述控制时域时长内每一个时间间隔的预测过热度，利用预设的滚动优化模型，计算相邻下一个所述时间间隔对应的所述膨胀阀开度。
4.根据权利要求1所述的空调控制方法，其特征在于，所述空调器(1)内设置一脉冲响应模型,所述基于所述膨胀阀开度生成预测过热度的步骤，包括：
将所述膨胀阀开度更新历史膨胀阀开度数据；
根据所述历史膨胀阀开度数据及所述脉冲响应模型，生成预测过热度。
5.根据权利要求1所述的空调控制方法，其特征在于，所述空调器(1)在该膨胀阀开度下对应的实际过热度的获得方式包括：
获取基于所述空调器(1)内部结构预先建立的膨胀阀开度与过热度之间的传递模型；
根据该膨胀阀开度，利用所述传递模型，计算对应的实际过热度。
6.一种空调控制装置，其特征在于，所述空调控制装置(5)包括：
获取模块(6)，用于获取当前时间间隔的膨胀阀开度及空调器(1)在该膨胀阀开度下对应的实际过热度；
生成模块(7)，用于基于所述膨胀阀开度生成预测过热度；
修正模块(8)，用于根据所述实际过热度，对所述预测过热度进行修正处理；
所述生成模块(7)，还用于根据设定过热度及所述实际过热度，生成参考过热度变化曲线；
其中，所述生成模块具体用于：
根据所述设定过热度、所述实际过热度、预设的平滑因子，利用公式：
Figure FDA0002555448310000031
计算控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的参考过热度，以生成所述参考过热度变化曲线，其中，yr(k+i)代表所述控制时域时长内第i个所述时间间隔对应的参考过热度，y(k)代表所述当前时间间隔对应的所述实际过热度，r代表所述设定过热度，P代表所述控制时域时长对应的所述时间间隔的个数，αr代表预设的所述平滑因子；
计算模块(9)，用于根据所述参考过热度变化曲线及修正处理后的所述预测过热度，生成相邻下一个所述时间间隔对应的所述膨胀阀开度，以调整过热度。
7.根据权利要求6所述的空调控制装置，其特征在于，所述预测过热度包括所述当前时间间隔的预测过热度及控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的预测过热度，所述修正模块(8)具体用于：
根据所述当前时间间隔的预测过热度及所述实际过热度，计算预测偏差；
基于预设修正系数及所述预测偏差对所述控制时域时长内每一个所述时间间隔对应的预测过热度进行处理。
8.根据权利要求6所述的空调控制装置，其特征在于，所述空调器(1)内设置一脉冲响应模型,所述生成模块(7)具体用于：
将所述膨胀阀开度更新历史膨胀阀开度数据；
根据所述历史膨胀阀开度数据及所述脉冲响应模型，生成预测过热度。
9.一种空调器，其特征在于，所述空调器(1)还包括：
一个或多个控制器(3)；
存储器(2)，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个控制器(3)执行时，使得所述一个或多个控制器(3)实现如权利要求1-5中任一项所述的空调控制方法。
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