CN109990510A - 一种空调系统中膨胀阀的控制方法 - Google Patents

一种空调系统中膨胀阀的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种空调系统中膨胀阀的控制方法，使得过热度基于最小稳定过热度(简称MSS，minimum stable signal)进行变动，以满足各种工况条件下的节能需求。本发明的控制方法，包括以下步骤：在系统压力稳定的预定时间内，获取蒸发器出口的过热度的标准差和方差中的至少一者，作为过热度的变动幅；判断所述变动幅是否处于振荡状态，是则将目标过热度增大第一预定值，否则将目标过热度减小第二预定值。

Description

一种空调系统中膨胀阀的控制方法
技术领域
本发明涉及流体控制技术领域，特别是涉及一种空调系统中膨胀阀的控制方法。
背景技术
随着节能环保要求的提高，电子膨胀阀在空调机冷冻系统中的应用越来越广泛。在膨胀阀控制中，如何通过膨胀阀的调节改善系统的节能性效果，是业界关注的关键。
当前，膨胀阀的控制多采用的是过热度控制，主要为固定过热度控制或以空调排气温为参数的固定排气温控制，两者的原理在本质上基本相同；其中，固定过热度控制的范围较小，而固定排气温控制的范围较大，但两者都是固定的目标参数，在某一个特定的工况条件下，调节到一个最佳的状态。
由于固定过热度或固定排气温控制是指在固定的工况条件下，调节一个较节能及合适的目标过热度或目标排气温。然而，在实践中不可能保持在一个固定的工况，即工况条件是实时变化的，并且，每个工况条件下最佳的过热度和排气温是存在差异的，一个固定的过热度或排气温不可能适用于所用的工况条件；换言之，目标过热度和目标排气温只能满足特定工况，在一个特定的工况条件下是较节能和合适的，而当工况条件变化后，目标过热度和目标排气温就变得不合适也不节能了。因此，固定过热度和固定排气温的控制方法，注定了其适应范围的局限性，不能满足制冷或空调系统在各种工况条件下的节能要求。
故，如何使得膨胀阀的控制能够满足各种工况条件下的节能需求，要求成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种空调系统中膨胀阀的控制方法，使得过热度基于最小稳定过热度(简称MSS，minimum stable signal)进行变动，以满足各种工况条件下的节能需求。
为实现上述目的，本发明提供了一种空调系统中膨胀阀的控制方法，包括以下步骤：
在系统压力稳定的预定时间内，获取蒸发器出口的过热度的标准差和方差中的至少一者，作为过热度的变动幅；
判断所述变动幅是否处于振荡状态，是则将目标过热度增大第一预定值，否则将目标过热度减小第二预定值。
本发明的控制方法，以预定时间内蒸发器出口的过热度的标准差和/或方差作为变动幅，衡量过热度的变动幅度，并根据变动幅的振荡状态判断此时的过热度是否对应于节能状态，即过热度是否接近最小稳定过热度，并据此调节目标过热度，使得过热度能够围绕最小稳定过热度变动，以更为稳定准确地寻找节能点，实现过热度基于MSS的动态调整。如此，当工况变动后，过热度也会相应变动，能够为多种工况寻找到合适的过热度，满足多种工况下的节能需求。
具体地，当获取变动幅后，判断变幅是否处于振荡状态，如果否，说明此时的过热度不对应节能状态，需要进一步调低目标过热度，故将目标过热度减小第二预定值，以寻找与节能状态相对应的过热度；如果是，说明此时的过热度基本上对应节能状态，但基于MSS可知，此时的过热度为最小稳定过热度，也就是说，此时的过热度为系统处于节能状态的最小值，而系统处于运行过程中，过热度会不断变化，不可能稳定在当前的过热度，为实现对节能状态下所对应过热度的动态找寻，需要调高目标过热度，以避免过热度在运行过程中不断降低而过分偏离MSS的点值。如此，过热度处于动态调整过程中，且围绕MSS变动，即使工况变动，过热度也会相应变动，与固定过热度或固定排气温的控制方法相比，基于MSS进行过热度的动态调整可以满足多种工况的需求，使得系统在整个运行过程中更加节能。
可选地，判断目标过热度减小第二预定值后的所得值是否小于等于过热度的最低预定值，是则将目标过热度设定为所述最低预定值。
可选地，获取两个以上所述变动幅，如果两个以上所述变动幅均处于振荡状态，则将目标过热度增大第一预定值，否则将目标过热度减小第二预定值。
可选地，经过所述预定时间后，判断所述变动幅的获取次数是否大于等于1，否则再次获取另一个所述变动幅，以获取两个以上所述变动幅。
可选地，每获取两个所述变动幅，进行一次目标过热度的调整，作为一个调整周期，在系统运行过程中，循环执行所述调整周期。
可选地，所述第一预定值等于所述第二预定值；和/或，所述第一预定值和所述第二预定值均处于0.3～0.8℃的范围内。
可选地，设定所述变动幅处于振动状态时所对应的最低值，作为振荡预定值，如果所获取的所述变动幅大于所述振荡预定值，则所述变动幅处于振荡状态，否则不处于振荡状态。
可选地，在所述预定时间内，每经过预定时间间隔对过热度进行一次采样，以获取三个以上过热度的采样值，当经过所述预定时间后，根据所述采样值和采样的次数计算过热度的标准差和/或方差。
可选地，将所述预定时间内的各采样值累加，以获取过热度的累加值，并将各采样值的平方累加，以获取过热度的平方累加值；获取所述累加值和所述平方累加值的平均值，以计算过热度的标准差和/或方差。
可选地，在所述预定时间内，每次采样均对采样值和采样值的平方进行累加，以随采样的进行更新所述累加值和所述平方累加值；当经过所述预定时间后，分别以所述累加值和所述平方累加值除以采样次数，以获取所述累加值和所述平方累加值的平均值。
可选地，在所述预定时间的后半段时间内，获取两个以上蒸发器出口的压力值，并计算压力值的最大值和最小值的差值，若所述差值小于预定压力值，则所述预定时间内的系统压力稳定，否则系统压力不稳定。
可选地，在所述预定时间内，判断时间是否经过了所述预定时间的一半，是则采集蒸发器出口的压力值，并每经过预定采样间隔进行一次压力值的采集，以获取两个以上压力值。
可选地，当系统压力不稳定时，重新选取下一个所述预定时间，获取过热度的变动幅，直至所选取的所述预定时间内的系统压力稳定。
可选地，在所述预定时间内，获取过热度的变动幅与判断系统压力是否稳定同步进行。
附图说明
图1为本发明所提供控制方法在一种具体实施方式中的流程示意图；
图2为图1所示控制方法中进行系统压力稳定判断的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行介绍，以便本领域技术人员准确理解本发明的技术方案。
本文所述的第一、第二等词仅用于区分两个以上的参数，不表示对顺序的特殊限定。
本发明一种空调系统中膨胀阀的控制方法，包括以下步骤：
在系统压力稳定的预定时间内，获取蒸发器出口的过热度的标准差和方差中的至少一者，作为过热度的变动幅；
判断所述变动幅是否处于振荡状态，是则将目标过热度增大第一预定值，并将增大后的值设定为新的目标过热度，否则将目标过热度减小第二预定值，并将减小后的值设定为新的目标过热度，按照重新设定的新的目标过热度进行控制。
过热度是指蒸汽温度高于对应压力下的饱和温度的程度，在空调系统中，根据蒸发器出口的压力以及出口的温度计算得出蒸发器出口的过热度。
由于蒸发器出口的过热度是根据蒸发器出口的压力和温度计算得出的，因此，要获取蒸发器出口的过热度，就需要采集蒸发器出口的压力和温度；而当系统压力不稳定时，采集的压力值和温度值就存在较大的偏差，因此，需要在系统稳定时再进行过热度的采集，以提高过热度的准确度和真实性，能够更加真实的反应当前状态下膨胀阀的工作状态。
可以理解，过热度与膨胀阀的开度有关，当过热度较大时，说明膨胀阀的开度较小，流体的流通量较小，反之，过热度较小时，说明膨胀阀的开度较大，流体的流通量较大。因此，通过对过热度的调整可以调节膨胀阀的开度，并与当前工况相关联，满足当前工况的需求。
本发明以过热度的方差和/或标准差作为变动幅，当该变动幅处于振荡状态时，说明此时的过热度为满足当前工况需求的最小稳定过热度(简称MSS，minimum stablesignal)，此时的过热度所处的点值定义为节能点；在当前工况下，空调系统处于节能状态，空调系统的各参数均能够处于节能点附近。然而，空调系统处于运行过程中，工况会随时变动，因此，即使变动幅处于振动状态，也不可能维持在该点，进行控制时，也就不能维持目标过热度不变。在本发明中，采用的是适当增大目标过热度的处理方式，以使得调整后的过热度能够围绕在MSS附近。基于MSS可知，此时的过热度为最小稳定过热度，也就是说，此时的过热度为系统处于节能状态的最小值，而系统处于运行过程中，过热度会不断变化，不可能稳定在当前的过热度，为实现对节能状态下所对应过热度的动态找寻，需要调高目标过热度，以避免过热度在运行过程中不断降低而过分偏离MSS的点值。
反之，当变动幅不处于振荡状态，说明此时的过热度依然较大，可以适当的减小目标过热度，以进一步调低过热度，然后再进行下一循环的过热度采集，对调整后的过热度进行重新判定，然后再根据判定结果继续调整，最终使得过热度能够围绕在MSS附近。
可见，与固定过热度或固定排气温的控制方法相比，本发明的控制方法，基于MSS进行过热度的动态调整，以更为稳定准确地为找寻节能点。如此，当工况变动后，过热度也会相应变动，能够为多种工况寻找到合适的过热度，满足多种工况下的节能需求，使得系统在整个运行过程中更加节能。
如图1所示，在本实施例中，以过热度的标准差作为变动幅，具体可以包括以下步骤：
S11：开始时，将采样次数Nsum、过热度的累加值SHsum1和过热度的平方累加值SHsum2均置零，以用于采样时的数据记录，即SHsum1＝0，Nsum＝0，SHsum2＝0；
S12：计时器复位，开始计时；
S13：判断采样是否经过T2秒，此时，以T2秒作为预定时间间隔，每经过预定时间间隔进行依次采样，如果已经过了T2秒，说明可以采样，此时可以执行步骤S14，如果否，则继续进行计时，直至经过T2秒可以进行采样；
S14：采集当前的过热度SH；
S15：对采集的过热度进行累加，即将当前采集的过热度与前一次或者前几次采集的过热度进行累加，获取过热度的累加值SHsum1，或者说，由于经过T2秒后又进行了一次采样，就需要将这次采样的结果累加到原来的过热度的累加值中，以更新累加值，因此，SHsum1＝SHsum1+SH；
S16：进行过热度平方的累加，即SHsum2＝SHsum2+SH×SH；
S17：进行采样次数的累加，即Nsum＝Nsum+1；
S18：判断时间是否经过了T1秒，如果否，在执行完一次采样和累加之后，再返回步骤S13，进行下一次采样和累加，以进行多次采样，如果是，说明采样已经完成，目前已经获取了多个采样值，这些采样值能够用于进行标准差和方差的计算，可以进入下一步，执行步骤S19，此时，以T1秒为预定时间，在该预定时间内采集多个过热度，以便在后续能够获取这些过热度的标准差或方差；
S19：计算平均过热度SHave1，即SHave1＝SHsum1/Nsum；
S20：计算平均过热度的平方和的均值SHave2，即SHave2＝SHsum2/Nsum；
S21：根据平均过热度和过热度的平方和的均值计算标准差σ，即σ＝√SHave2－SHave1×SHave1；
S22：将变动幅Ke赋值为过热度的标准差σ，其中，e为自然数，代表变动幅的个数，当获取一个变动幅时，e取值为1，如此依次类推；
S23：判断在T1秒的预定时间内，系统压力是否稳定，即在该预定时间内，系统的最大压力和最小压力的差值ΔP是否小于预定压力值Psing，如果是，说明系统压力稳定，则执行步骤S24，如果否，说明系统压力不稳定，则返回步骤S11重新进行采样；
S24：判断变动幅的采样次数是否大于等于1，即e是否大于等于1，如果否，则执行步骤S25，如果是，则执行步骤S26；
S25：将变动幅的采样次数加1，即e＝e+1，然后返回步骤S11，获取另一个变动幅；
S26：判断第一次获取的变动幅Ke和第二次获取的变动幅Ke+1是否均大于振荡预定值，如果均大于振荡预定值Ksing，则说明在当前的变动幅下，系统处于节能状态，执行步骤S27，如果至少一者不大于振荡预定值Ksing，说明此时的系统不处于节能状态，执行步骤S28，其中，振荡预定值Ksing是指变动幅处于振动状态时所对应的最低值；
S27：将当前的目标过热度增大第一预定值SHback，作为新的目标过热度，即目标过热度＝目标过热度+SHback，然后返回步骤S11，重新进行下一循环的数据采集和判断，以实现对变动幅的实时监控，并根据变动幅的变化就是调整目标过热度；
S28：将当前的目标过热度减小第二预定值SHtag，作为新的目标过热度，即目标过热度＝目标过热度－SHtag，然后执行步骤S29；
S29：判断重新设定的目标过热度是否小于等于最低预定值SHmin，是则执行步骤S30，否则不对目标过热度进行重新设定，返回步骤S11，进行变动幅的下一次循环控制；
S30：将目标过热度设定为过热度的最低预定值SHmin，然后再返回步骤S11，进行变动幅的下一次循环控制。
需要说明的是，上述步骤仅是本发明的一个具体实施例，本领域技术人员可以采用其他方式获取预定时间T1内过热度的标准差σ作为变动幅Ke，例如，可以每经过预定时间间隔T2就执行一次采样，当经过预定时间T1后，就获取了多个采样值，然后，可以根据标准差的数学公式计算得出标准差σ作为变动幅Ke，而不局限于步骤S11-S21所述的方法获取变动幅Ke。
即使采用本实施例中通过累加值和平方累加值的方式获取标准差，也可以不用采用本实施例中步骤S14-S17的方式进行累加，如，还可以在预定时间内获取多个过热度后，再执行累加，而不是每获取一次过热度就进行一次累加。
其中，步骤S11中，对采样次数Nsum、过热度的累加值SHsum1和过热度的平方累加值SHsum2均置零处理，是便于后续对采集数据的记录和处理，但是，采集这些数据是为了获取过热度的标准差σ，最终将该标准差σ作为变动幅Ke，本领域技术人员采用其他方式获取预定时间T1内过热度的标准差时，也就可以不采用步骤S11中的处理方式。
步骤S12仅是采样时计时的一种方式，为便于对采样的时间间隔以及预定时间进行监控，提高采样的准确性，本领域技术人员可以采用其他方式对预定时间T1和采样的预定时间间隔T2进行监控，不限于采用计时器的方式。
步骤S13是对采样的时间间隔的控制，以便在每经过预定时间间隔T2进行一次采样，保证采样数据的离散性，以获取多个有代表性的数值，从而能够得到更为准确的标准差。由步骤S13可知，预定时间T1与预定时间间隔T2大致存在一定的倍数关系，如T1可以等于5～10倍的T2，以便在T1内能够完成5～10次采样，得到5～10个可用于计算标准差的过热度的数值。
步骤S14-S17的执行顺序可以不限，这几个步骤基本上可以同步完成，或者说执行的先后顺序在时间上的间隔很短，基本上可以视为同步完成。
步骤S18中是为了保证采样时间满足预定时间T1，如果时间过短，不能获取足够多的采样数值，计算得出的标准差就会偏大，不能反映过热度的离散程度。
步骤S19和S20的执行顺序不限，当经过预定时间后，可以同时计算SHave1和SHave2，以便于执行步骤S21。
步骤S21和步骤S22可以合并为一个步骤，即在获取标准差后，直接将标准差作为变动幅，此时可以不定义变动幅，将标准差作为一个可衡量的数值直接使用，相当于省略步骤S22。
步骤S23可以在预定时间内与过热度的采样同步完成，或者可以先于过热度的采样执行，也可以按照上述实施例，在完成采样后再判断。优选的是同步执行，即在预定时间内，获取过热度的变动幅与判断系统压力是否稳定同步进行；但是，由于采样和压力稳定性判断的时间都较短，即使存在先后顺序，在时间上可以也就存在几秒的间隔，因此，当硬件条件不允许同步执行时，也可以存在执行上的先后顺序。
步骤S23中，如果判断得出系统压力不稳定，则重新选取下一个预定时间，获取该重新选取的预定时间内过热度的变动幅，直至所选取的预定时间内的系统压力稳定。
下文中将结合图2，对步骤S23进行详细说明。
步骤S24-S26是为了获取两个变动幅，也就是说，并不是获取一个变动幅后就进行目标过热度的调整，也经过2个预定时间T1并获取两个变动幅后，依据这两个变动幅判断系统的节能状态。如此，一方面可以提高判断的准确程度，避免误判；另一方面，每次调整完过热度后，系统的压力都会有一段的不稳定时间，每获取两个变动幅进行一个目标过热度的设定，可以避免过于频繁地调整过热度，从而提高系统的压力稳定性。
可以理解，本领域技术人员可以根据需要设定过热度的调整间隔，如可以获取三个或者更多个变动幅后，再根据变动幅的情况判定过热度如何调整。但是，由于变动幅是多个过热度的标准差，获取这一标准差所需的预定时间T1存在一定的取值范围，如果过分的延长过热度的调整间隔，就会使得过热度的调节存在滞后，更有可能错过节能点，无法实现对节能点的有效找寻，因此，本实施例中以采用两个变动幅为例进行说明。
也就是说，本实施例中，每获取两个变动幅，进行一次目标过热度的调整，作为一个调整周期，即按照上述实施例执行完步骤S27或者步骤S28、或者步骤S30即完成一个调整周期；在系统运行过程中，循环执行所述调整周期，以便根据工况对过热度进行动态调整。
步骤S27和步骤S28是根据判断变动幅的判断结果对目标过热度进行的分别调整，以使得调整后的过热度能够围绕MSS变动。
步骤S27和步骤S28中，第一预定值SHback可以等于第二预定值SHtag；例如，两者都可以设定为0.5℃，具体设置时，两者均可以处于0.3～0.8℃的范围内。
如上所述，过热度的调整是一个动态调整，需要循环执行上述调整周期，当第一预定值和第二预定值相等设置时，可以更好地控制目标过热度在每个调整周期的变动量，以更好地找寻节能点，避免错过节能点。
步骤S29和步骤S30的设置是为了对过热度进行纠正。因为通常情况下，过热度的初始值会设定的比较大，因此，在进行几次循环调节后，目标过热度会按照步骤S28持续减小，而为了避免误判而使得过热度过分地偏离MSS，本发明还设有对过热度进行纠正的步骤，即目标过热度不能小于过热度的最低预定值，如果小于该最低预定值，调整后的过热度不可能达到节能点，因此，此时可以将目标过热度设定为该最低预定值。再者，如果过热度太低，会导致压缩机回液，进而影响系统的正常运行。
可以理解的是，由于方差跟标准差存在平方关系，而有些芯片无法实现开平方的功能，因此，还可以选用过热度的方差作为变动幅。
此外，由于过热度是根据蒸发器出口的压力和温度计算得出的，在采样时，具体可以采集蒸发器出口的压力和温度，然后计算得出过热度，而不是直接采集过热度。
以下结合图2，对步骤S23中压力差的采集进行说明。
如图2所示，进行压力差的采集时，可以与过热度的采集同步进行，具体可以通过同一个计时器进行计时，步骤如下：
S31：计时器复位，以便于计时；
S32：判断时间是否经过T1/2，即是否经过预定时间的前半段，是则执行步骤S33，否则返回当前步骤继续判断；
S33：采集蒸发器出口的压力值，即以蒸发器出口的压力值作为系统的压力值，并每经过预定采样间隔T3进行一次采样，以获取两个以上的压力值；
S34：取压力值的最大值和最小值，分别作为最大压力值和最小压力值；
S35：判断时间是否经过T1/2，即是否经过预定时间的后半段，即整个时间是否经过了预定时间，是则执行步骤S36，否则返回步骤S33，继续进行采样，以获取多个压力值，并根据采样结果，更新压力值的最大值和最小值；
S36：根据压力值的最大值和最小值，计算的差值ΔP。
在上述采样过程中，需要经过预定时间的前半段时间后再进行采样，这是由于在每次进行目标过热度的调整后，系统压力均会存在波动；在完成一次目标过热度的调整后就会进入下一个调整周期，在进入下一个调整周期后，计时器会再次复位，重新对预定时间进行计时，而如果在预定时间的前半段采用蒸发器出口的压力，采集的压力值存在较大的波动，这种波动本身是由于目标过热度的调整引起的，不能说明系统的稳定状态，因此，本实施例中仅对后半段时间内的压力值进行采集。
以上对本发明所提供膨胀阀的控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种空调系统中膨胀阀的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在系统压力稳定的预定时间内，获取蒸发器出口的过热度的标准差和方差中的至少一者，作为过热度的变动幅；
判断所述变动幅是否处于振荡状态，是则将目标过热度增大第一预定值，否则将目标过热度减小第二预定值。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，判断目标过热度减小第二预定值后的所得值是否小于等于过热度的最低预定值，是则将目标过热度设定为所述最低预定值。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，获取两个以上所述变动幅，如果两个以上所述变动幅均处于振荡状态，则将目标过热度增大第一预定值，否则将目标过热度减小第二预定值。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，经过所述预定时间后，判断所述变动幅的获取次数是否大于等于1，否则再次获取另一个所述变动幅，以获取两个以上所述变动幅。
5.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，每获取两个所述变动幅，进行一次目标过热度的调整，作为一个调整周期，在系统运行过程中，循环执行所述调整周期。
6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一预定值等于所述第二预定值；和/或，所述第一预定值和所述第二预定值均处于0.3～0.8℃的范围内。
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，设定所述变动幅处于振动状态时所对应的最低值，作为振荡预定值，如果所获取的所述变动幅大于所述振荡预定值，则所述变动幅处于振荡状态，否则不处于振荡状态。
8.如权利要求1-7任一项所述的控制方法，其特征在于，在所述预定时间内，每经过预定时间间隔对过热度进行一次采样，以获取三个以上过热度的采样值，当经过所述预定时间后，根据所述采样值和采样的次数计算过热度的标准差和/或方差。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，将所述预定时间内的各采样值累加，以获取过热度的累加值，并将各采样值的平方累加，以获取过热度的平方累加值；获取所述累加值和所述平方累加值的平均值，以计算过热度的标准差和/或方差。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在所述预定时间内，每次采样均对采样值和采样值的平方进行累加，以随采样的进行更新所述累加值和所述平方累加值；当经过所述预定时间后，分别以所述累加值和所述平方累加值除以采样次数，以获取所述累加值和所述平方累加值的平均值。
11.如权利要求1-7任一项所述的控制方法，其特征在于，在所述预定时间的后半段时间内，获取两个以上蒸发器出口的压力值，并计算压力值的最大值和最小值的差值，若所述差值小于预定压力值，则所述预定时间内的系统压力稳定，否则系统压力不稳定。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，在所述预定时间内，判断时间是否经过了所述预定时间的一半，是则采集蒸发器出口的压力值，并每经过预定采样间隔进行一次压力值的采集，以获取两个以上压力值。
13.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，当系统压力不稳定时，重新选取下一个所述预定时间，获取过热度的变动幅，直至所选取的所述预定时间内的系统压力稳定。
14.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，在所述预定时间内，获取过热度的变动幅与判断系统压力是否稳定同步进行。
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