CN110454942A - 一种多噪声源设备防拍振的控制方法及控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多噪声源设备防拍振的控制方法，用于对多个噪声源的变频空调进行控制，包括获取变频空调产生的总噪声值，以及该总噪声值对应的噪声频谱曲线；对噪声频率曲线进行分析，确定时域变换谱中平均声压级与预设频率范围内峰值之间的差值；根据所述差值，判断是否存在拍振噪声；存在拍振噪声时，通过降低压缩机或风扇的运行频率，消除拍振噪声。本发明还公开了一种多噪声源设备防拍振的控制装置。本发明所述的控制方法通过时域傅里叶变换谱平均声压级及中低频峰值的差值判断机组是否存在拍振噪声，若确定存在拍振噪声，通过控制压缩机或风扇的运行频率，消除拍振噪声，该控制方法及装置简单、可靠，更易于推广使用。

Description

一种多噪声源设备防拍振的控制方法及控制装置
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种多噪声源设备防拍振的控制方法及控制装置。
背景技术
对于拥有多个噪声源的变频空调室外机，如单风扇-压缩机、双风扇-压缩机，拍振噪声是一种普遍存在的整机噪声，该类噪声在两个声源的激励幅值和频率接近时，两者叠加后整体对外表现出来的振动幅值以一种低的频率周期性变化的异响现象，因为其具有节拍属性，能让人敏感察觉，会直接影响用户对空调音质的评判，存在严重的售后投诉风险。
以双风扇、单压缩机的机组为例，室外机存在三个噪声源，风扇A(旋转噪声)、风扇B(旋转噪声)和压缩机(机械噪声)，当风扇A和压缩机、风扇B和压缩机以及风扇A和风扇B幅值和频率相近的时候，就会产生拍振。
在双风扇-单压缩机的室外机上拍振主要出现在以下几种情况：①风扇A的旋转基频与压缩机运行频率相近；②风扇A运行频率的2倍频与压缩机运行频率相近；③风扇A运行频率的3倍频与压缩机运行频率的2倍频相近；④风扇A运行频率的3倍频与压缩机运行频率相近；⑤风扇B的旋转基频与压缩机运行频率相近；⑥风扇B运行频率的2倍频与压缩机运行频率相近；⑦风扇B运行频率的3倍频与压缩机运行频率的2倍频相近；⑧风扇B运行频率的3倍频与压缩机运行频率相近；⑨风扇A与风扇B运行频率相近。
通过理论研究和实验发现，当两个噪声源频率或者幅值相差越大，拍振越不容易产生。对于风扇旋转噪声与压缩机噪声，噪声幅值通常与频率成正相关，因此，拍振噪声可以通过错开两个噪声源的频率进行改善。对于由双风扇-单压缩机构成机组的拍振噪声所产生的情况均可预测并在控制逻辑上予以改善。然而，由于涉及的工况较多，控制非常复杂，首先识别风扇A、风扇B、压缩机的运行频率，随后要考虑风扇A、风扇B、压缩机三者频率不能相近，还要考虑其噪声倍频也不能过于相近，即以上9种情况，控制越复杂，控制可靠性越差，程序可能出现的漏洞越多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多噪声源设备防拍振的控制方法及控制装置，一方面，以解决现有变频空调控制拍振噪声的装置复杂、可靠性差的技术问题，另一方面，以解决现有变频空调因工况复杂导致空调音质差、使用舒适性差、用户体验差的技术问题。
为实现上述目的，本发明的一种多噪声源设备防拍振的控制方法及控制装置的具体技术方案如下：
一种多噪声源设备防拍振的控制方法，用于对多个噪声源的变频空调进行控制，主要包括以下几个步骤：
获取变频空调产生的总噪声值，以及该总噪声值对应的噪声频谱曲线；
对噪声频率曲线进行分析，确定时域变换谱中平均声压级与预设频率范围内峰值之间的差值；
根据所述差值，判断是否存在拍振噪声；
存在拍振噪声时，通过降低压缩机或风扇的运行频率，消除拍振噪声。
进一步的，根据所述获取变频空调产生的总噪声值，以及该总噪声值对应的噪声频谱曲线，包括：
通过噪声采集装置采集室外机的总噪声值；
对所述噪声采集装置采集的时域声压信号进行时域傅里叶变换，获得所述总噪声值对应的噪声频率曲线。
进一步的，根据对噪声频率曲线进行分析，确定时域变换谱中平均声压级与预设频率范围内峰值之间的差值，包括：
提取噪声频率曲线中的平均声压级和在[0Hz-X Hz]频率范围内的峰值，计算所述平均声压级与所述峰值的差值。
进一步的，所述频率上限X的数值在100到1000的范围内取值。
进一步的，所述频率上限X的数值在300到500的范围内取值。
进一步的，所述根据所述差值，判断是否存在拍振噪声，包括：
若所述差值小于等于阈值Y，则判定机组存在拍振噪声，此时初步默认噪声是由压缩机与风扇噪声叠加导致的；若差值大于阈值Y，则不存在拍振噪声。
进一步的，所述阈值Y的数值在2到15的范围内取值。
进一步的，所述存在拍振噪声时，通过降低压缩机或风扇的运行频率，消除拍振噪声，包括：
降低压缩机的运行频率，运行频率的降低幅度为第一变化量Z Hz；
再次采集机组噪声并判定是否存在拍振噪声；
若存在拍振噪声，则判定压缩机非拍振噪声来源，拍振噪声是由两个风扇引起的；
将压缩机的运行频率提升第一变化量Z Hz，随后将其中一个风扇的旋转频率降低第二变化量W Hz。
进一步的，所述第一变化量Z和第二变化量W的取值范围相同，均在2到10的范围内取值。
进一步的，所述第一变化量Z和第二变化量W的数值为3。
一种变频空调防拍振的控制方法，用于对多个噪声源的变频空调进行控制，主要包括以下几个步骤：
获取变频空调产生的总噪声值，以及该总噪声值对应的噪声频谱曲线；
对噪声频率曲线进行分析，确定时域变换谱中平均声压级与预设频率范围内峰值之间的差值；
根据所述差值，判断是否存在拍振噪声；
存在拍振噪声时，通过降低压缩机或风扇的运行频率，消除拍振噪声。
一种多噪声源设备防拍振的控制装置，包括：
噪声获取模块，用于获取变频空调产生的总噪声，以及所述总噪声值对应的噪声频谱曲线；
噪声分析模块，用于对所述噪声获取模块获取到的噪声频谱曲线进行分析，确定平均声压级与预设频率范围内的频率峰值；
噪声处理模块，用于根据所述噪声分析模块确定的平均声压级与预设频率范围内的频率峰值，计算平均声压级与预设频率范围内的频率峰值的差值；
拍振确定模块，用于所述噪声处理模块确定的平均声压级与预设频率范围内的频率峰值的差值，确定空调室外机是否存在拍振噪声；
拍振消除模块，用于根据所述拍振确定模块确定空调室外机存在拍振噪声时，通过降低压缩机或风扇的运行频率以消除拍振噪声。
进一步的，所述拍振确定模块，包括差值确定单元、差值判断单元和拍振确定单元，其中：
所述差值比较单元，用于确定平均声压级与预设频率范围内的频率峰值的差值；
所述差值判断单元，用于比较该差值与阈值Y的大小；
所述拍振确定单元，用于在所述差值判断模块确定出差值小于等于阈值时，确定变频空调存在拍振噪声。
进一步的，所述阈值Y的数值在2到15的范围内取值。
进一步的，所述拍振消除模块，包括压缩机运行频率调节单元、拍振二次检测单元、风扇运行频率调节单元，其中：
所述压缩机运行频率调节单元，用于所述拍振确定模块确认存在拍振噪声时，降低压缩机的运行频率，压缩机运行频率的减小量为第一变化量Z Hz；
拍振二次检测单元，用于对压缩机降低运行频率后，判断是否消除拍振噪声；
风扇运行频率调节单元，用于压缩机调节运行频率后，无法消除拍振噪声，降低风扇的运行频率，风扇运行频率的减小量为第二变化量W Hz。
进一步的，所述第一变化量Z和第二变化量W的取值范围相同，均在2到10的范围内取值。
进一步的，所述第一变化量Z和第二变化量W的数值为3。
本发明的一种多噪声源防拍振的控制方法及控制装置具有以下优点：
本发明所述的控制方法通过时域傅里叶变换谱平均声压级及中低频峰值的差值判断机组是否存在拍振噪声，若确定存在拍振噪声，则进入拍振优化控制。该控制方法及装置简单、可靠，更易于推广使用。
进一步的，本发明所述的控制方法，考虑到机组安装环境，可将阈值设定不同范围，对机组的拍振噪声分为高能效模式和高音质模式两种模式进行控制，控制方法应用范围更广泛。
附图说明
图1为现有技术中拍振波形的示意图；
图2为本发明多噪声源设备防拍振的控制方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明多噪声源设备防拍振的控制方法第二实施例的流程示意图；
图4为本发明多噪声源设备防拍振的控制装置的结构示意图；
图5为本发明拍振确定模块的结构示意图；
图6为本发明拍振消除模块的结构示意图。
图中标号说明：1、噪声获取模块；2、噪声分析模块；3、噪声处理模块；4、拍振确定模块；41、差值比较单元；42、差值判断单元；43、拍振确定单元；5、拍振消除模块；51、压缩机运行频率调节单元；52、拍振二次检测单元；53、风扇运行频率调节单元。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种多噪声源设备防拍振的控制方法及控制装置做进一步详细的描述。
拍振现象，是指当两个声源的激励幅值和频率接近时，两个声源叠加后整体对外表现出来的振动幅值以一种低频率周期性变化的现象。由于该现象具有明显的“强—弱—强—弱”的节拍属性，让人能敏感察觉，所以称之为“拍振”。
本发明提供的多噪声源设备防拍振的控制方法及控制装置，适用于具有多个压缩机、风机、风扇或发动机的多噪声源设备，如带两个变频风机及以上的鼓风机、带两个变频风机及以上的电脑散热器、带两个变频压缩机及以上的水冷机组、带两个变速发动机及以上的车辆、飞机、变频空调等，主要适用于变频空调中，针对具有多个噪声源的变频空调室外机，如单压缩机-单风扇、单压缩机-双风扇等空调系统，通过识别、判断变频空调是否存在拍振噪声，当存在拍振噪声时，通过降低压缩机或风扇的频率以消除拍振噪声，进而解决现有变频空调使用舒适性差、拍振控制难，致使用户体验差的问题。下面以单压缩机-双风扇为例进行详细说明。
在对本申请所提供的控制压缩机和风扇的方法进行说明之前，首先对拍振现象的机制进行解释说明。
其中，两简谐振动信号为x1和x2，A1和A2分别为两振动信号的振幅,ω1和ω2分别为两振动信号的角频率,φ1和φ2分别为两振动信号的初相位，两简谐振动信号的合成信号为x，则x满足下式：
x＝x1+x2＝Al sin(ω1t+φ1)+A2 sin(ω2t+φ2)
两简谐振动的频率相差较小，即ω＝ω2＝ω1+Δω其中，Δω很小。则在Δω很小的情况下，合成信号x可变更为下式：
x＝A1 sin(ωt+φ1)+A2 sin(ωt+φ2)＝A sin(ωt+φ)
其中，
变化后的合成振动即为“拍振动”，波形如图1所示，在形式上仍然为简谐振动，但是该简谐振动的振幅和相位由上式确定。
如图2所示，本发明的多噪声源设备防拍振的控制方法，用于对多噪声源设备进行控制，主要包括以下步骤：
步骤S1：获取变频空调产生的总噪声值，以及该总噪声值对应的噪声频谱曲线。
进一步的，通过噪声检测仪、麦克风等噪声采集装置实时采集室外机的总噪声值，通过噪声分析器对噪声采集装置采集的时域声压信号进行时域傅里叶变换，从而获得该总噪声值对应的噪声频率曲线。
时域傅里叶变换是一种常用的噪声分析方法，反映某一噪声其频率成分及大小随时间的变化情况。
平均声压级反映噪声音频在录制时间内的噪声平均水平，是通过时域声压信号计算得来的；时域傅里叶变换X Hz以内峰值是反映噪声音频在录制时间内即[0Hz——X Hz]以内频率成分噪声的最大水平，是通过频域变换后散点对比计算得来的。
在时域傅里叶变换谱中，连续、稳定的噪声，在时域傅里叶变换谱上表现为多条颜色的横直线组成；在某一时刻突然出现的异响，在时域傅里叶谱上该时刻会出现一高亮竖直线。
根据实验分析发现，双风扇、单压机机组拍振噪声在时域傅里叶谱上通常表现为500Hz以下，单频高亮虚线；虚线越密集，表示拍振的频率越快，越接近连续的噪声；虚线越宽松，表示拍振的频率越慢，越容易被人感知；而0-500Hz以内拍振噪声的时域傅里叶变换峰值越高，其拍振噪声越明显。
步骤S2：对噪声频率曲线进行分析，确定时域变换谱中平均声压级与预设频率范围内峰值之间的差值。
对时域声压信号进行时域傅里叶变换后，提取时域变换谱中的平均声压级和在[0Hz-X Hz]频率范围内的峰值，并计算两者的差值，差值为平均声压级减去在[0Hz-X Hz]频率范围内的峰值。
步骤S3：根据上述差值与预先设定的阈值Y dB(A)进行比较，判断是否存在拍振噪声。
若差值小于等于阈值，则判定机组存在拍振噪声，此时初步默认噪声是由压缩机与风扇噪声叠加导致的，进入防拍振控制步骤；若差值大于阈值，则不存在拍振噪声，持续监测。
防拍振控制步骤S4：通过依次降低压缩机或风扇的运行频率，二次判断是否存在拍振噪声，以消除拍振噪声。
如图3所示，当检测到变频空调存在拍振噪声时，先将压缩机的运行频率降低第一变化量Z Hz，再次采集变频空调噪声并判定是否还存在拍振噪声，若存在，则判定压缩机非拍振噪声来源，拍振噪声是由两个风扇引起的，将压缩机的运行频率提升第一变化量Z Hz，随后将其中一个风扇的旋转频率降低第二变化量W Hz，即可消除拍振噪声。防拍振检测持续进行。
进一步的，频率上限X的数值在100Hz到1000Hz的范围内取值。优选的，频率上限X的数值在300Hz到500Hz的范围内取值。
进一步的，第一变化量Z的数值在2到10的范围内取值。优选的，第一变化量Z的数值为3。
进一步的，第二变化量W的数值在2到10的范围内取值。优选的，第二变化量W的数值为3。
进一步的，阈值Y的数值在2到15的范围内取值。阈值Y的大小决定了进入防拍振控制的难易程度，阈值Y越大，进入防拍振控制越容易，阈值Y越小，进入防拍振控制越难。
进一步的，考虑到机组安装环境，有的环境对噪声要求较低，如工厂、冷库等，此时，可将阈值Y设置在[2—5]之间，只有在拍振非常明显时才会进入防拍振控制，此模式为高能效模式；当机组安装环境对噪声要求较高，如住宅、医院等，可将阈值Y设置在[8-15]之间，机组噪声性能较高，此模式为高音质模式。
一种变频空调防拍振的控制方法，用于对多个噪声源的变频空调进行控制，主要包括以下几个步骤：
获取变频空调产生的总噪声值，以及该总噪声值对应的噪声频谱曲线；
对噪声频率曲线进行分析，确定时域变换谱中平均声压级与预设频率范围内峰值之间的差值；
根据所述差值，判断是否存在拍振噪声；
存在拍振噪声时，通过降低压缩机或风扇的运行频率，消除拍振噪声。
下述为本发明提供的多噪声源设备防拍振的控制装置的实施例，可以用于执行本发明提供的多噪声源设备防拍振的控制方法。
如图4所示，一种多噪声源设备防拍振的控制装置，用于对多噪声源设备进行防拍振控制，包括：
噪声获取模块1，用于获取变频空调产生的总噪声，以及该总噪声值对应的噪声频谱曲线；
噪声分析模块2，用于对噪声获取模块1获取到的噪声频谱曲线进行分析，确定平均声压级与预设频率范围内的频率峰值；
噪声处理模块3，用于根据噪声分析模块2确定的平均声压级与预设频率范围内的频率峰值，计算平均声压级与预设频率范围内的频率峰值的差值；
拍振确定模块4，用于根据噪声处理模块3确定的平均声压级与预设频率范围内的频率峰值的差值，确定空调室外机是否存在拍振噪声；
拍振消除模块5，用于根据拍振确定模块4确定变频空调存在拍振噪声时，通过降低压缩机或风扇的运行频率以消除拍振噪声。
进一步的，如图5所示，拍振确定模块4，包括差值确定单元、差值判断单元42和拍振确定单元43。
差值比较单元41，用于确定平均声压级与预设频率范围内的频率峰值的差值。
差值判断单元42，用于比较该差值与阈值Y的大小。
拍振确定单元43，用于在差值判断模块确定出差值小于等于阈值Y时，确定变频空调存在拍振噪声。
进一步的，阈值Y的数值在2到15的范围内取值。
进一步的，如图6所示，拍振消除模块5，包括压缩机运行频率调节单元51、拍振二次检测单元52、风扇运行频率调节单元53。
压缩机运行频率调节单元51，用于拍振确定模块4确认存在拍振噪声时，降低压缩机的运行频率。
拍振二次检测单元52，用于对压缩机降低运行频率后，判断是否消除拍振噪声。
风扇运行频率调节单元53，用于压缩机调节运行频率后，无法消除拍振噪声，降低风扇的运行频率。
该控制方法通过时域傅里叶变换谱平均声压级及中低频峰值的差值判断机组是否存在拍振噪声，若确定存在拍振噪声，则进入拍振优化控制。该控制方法及装置简单、可靠，更易于推广使用。考虑到机组安装环境，可将阈值设定不同范围，对机组的拍振噪声分为高能效模式和高音质模式两种模式进行控制，控制方法应用范围更广泛。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (17)

1.一种多噪声源设备防拍振的控制方法，用于对多个噪声源的变频空调进行控制，其特征在于，主要包括以下几个步骤：
获取变频空调产生的总噪声值，以及该总噪声值对应的噪声频谱曲线；
对噪声频率曲线进行分析，确定时域变换谱中平均声压级与预设频率范围内峰值之间的差值；
根据所述差值，判断是否存在拍振噪声；
存在拍振噪声时，通过降低压缩机或风扇的运行频率，消除拍振噪声。
2.根据权利要求1所述的多噪声源设备防拍振的控制方法，其特征在于，根据所述获取变频空调产生的总噪声值，以及该总噪声值对应的噪声频谱曲线，包括：
通过噪声采集装置采集室外机的总噪声值；
对所述噪声采集装置采集的时域声压信号进行时域傅里叶变换，获得所述总噪声值对应的噪声频率曲线。
3.根据权利要求2所述的多噪声源设备防拍振的控制方法，其特征在于，根据对噪声频率曲线进行分析，确定时域变换谱中平均声压级与预设频率范围内峰值之间的差值，包括：
提取噪声频率曲线中的平均声压级和在[0Hz-X Hz]频率范围内的峰值，计算所述平均声压级与所述峰值的差值。
4.根据权利要求3所述的多噪声源设备防拍振的控制方法，其特征在于，所述频率上限X的数值在100到1000的范围内取值。
5.根据权利要求4所述的多噪声源设备防拍振的控制方法，其特征在于，所述频率上限X的数值在300到500的范围内取值。
6.根据权利要求3所述的多噪声源设备防拍振的控制方法，其特征在于，所述根据所述差值，判断是否存在拍振噪声，包括：
若所述差值小于等于阈值Y，则判定机组存在拍振噪声，此时初步默认噪声是由压缩机与风扇噪声叠加导致的；若差值大于阈值Y，则不存在拍振噪声。
7.根据权利要求6所述的多噪声源设备防拍振的控制方法，其特征在于，所述阈值Y的数值在2到15的范围内取值。
8.根据权利要求7所述的多噪声源设备防拍振的控制方法，其特征在于，所述存在拍振噪声时，通过降低压缩机或风扇的运行频率，消除拍振噪声，包括：
降低压缩机的运行频率，运行频率的降低幅度为第一变化量Z Hz；
再次采集机组噪声并判定是否存在拍振噪声；
若存在拍振噪声，则判定压缩机非拍振噪声来源，拍振噪声是由两个风扇引起的；
将压缩机的运行频率提升第一变化量Z Hz，随后将其中一个风扇的旋转频率降低第二变化量W Hz。
9.根据权利要求8所述的多噪声源设备防拍振的控制方法，其特征在于，所述第一变化量Z和第二变化量W的取值范围相同，均在2到10的范围内取值。
10.根据权利要求9所述的多噪声源设备防拍振的控制方法，其特征在于，所述第一变化量Z和第二变化量W的数值为3。
11.一种变频空调防拍振的控制方法，用于对多个噪声源的变频空调进行控制，其特征在于，主要包括以下几个步骤：
获取变频空调产生的总噪声值，以及该总噪声值对应的噪声频谱曲线；
对噪声频率曲线进行分析，确定时域变换谱中平均声压级与预设频率范围内峰值之间的差值；
根据所述差值，判断是否存在拍振噪声；
存在拍振噪声时，通过降低压缩机或风扇的运行频率，消除拍振噪声。
12.一种多噪声源设备防拍振的控制装置，其特征在于，包括：
噪声获取模块(1)，用于获取变频空调产生的总噪声，以及所述总噪声值对应的噪声频谱曲线；
噪声分析模块(2)，用于对所述噪声获取模块(1)获取到的噪声频谱曲线进行分析，确定平均声压级与预设频率范围内的频率峰值；
噪声处理模块(3)，用于根据所述噪声分析模块(2)确定的平均声压级与预设频率范围内的频率峰值，计算平均声压级与预设频率范围内的频率峰值的差值；
拍振确定模块(4)，用于所述噪声处理模块(3)确定的平均声压级与预设频率范围内的频率峰值的差值，确定空调室外机是否存在拍振噪声；
拍振消除模块(5)，用于根据所述拍振确定模块(4)确定空调室外机存在拍振噪声时，通过降低压缩机或风扇的运行频率以消除拍振噪声。
13.根据权利要求12所述的多噪声源设备防拍振的控制装置，其特征在于，所述拍振确定模块(4)，包括差值确定单元、差值判断单元(42)和拍振确定单元(43)，其中：
所述差值比较单元(41)，用于确定平均声压级与预设频率范围内的频率峰值的差值；
所述差值判断单元(42)，用于比较该差值与阈值Y的大小；
所述拍振确定单元(43)，用于在所述差值判断模块确定出差值小于等于阈值时，确定变频空调存在拍振噪声。
14.根据权利要求13所述的多噪声源设备防拍振的控制装置，其特征在于，所述阈值Y的数值在2到15的范围内取值。
15.根据权利要求12所述的多噪声源设备防拍振的控制装置，其特征在于，所述拍振消除模块(5)，包括压缩机运行频率调节单元(51)、拍振二次检测单元(52)、风扇运行频率调节单元(53)，其中：
所述压缩机运行频率调节单元(51)，用于所述拍振确定模块(4)确认存在拍振噪声时，降低压缩机的运行频率，压缩机运行频率的减小量为第一变化量Z Hz；
拍振二次检测单元(52)，用于对压缩机降低运行频率后，判断是否消除拍振噪声；
风扇运行频率调节单元(53)，用于压缩机调节运行频率后，无法消除拍振噪声，降低风扇的运行频率，风扇运行频率的减小量为第二变化量W Hz。
16.根据权利要求15所述的多噪声源设备防拍振的控制装置，其特征在于，所述第一变化量Z和第二变化量W的取值范围相同，均在2到10的范围内取值。
17.根据权利要求16所述的多噪声源设备防拍振的控制装置，其特征在于，所述第一变化量Z和第二变化量W的数值为3。
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