CN111649441A - 一种电子膨胀阀控制方法、控制装置、空调器及存储介质 - Google Patents

一种电子膨胀阀控制方法、控制装置、空调器及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电子膨胀阀控制方法、控制装置、空调器及存储介质。所述电子膨胀阀控制方法包括：获取第一偏差和第二偏差，其中第一偏差为室内回风温度与期望回风温度之间的偏差，第二偏差为过热度与期望过热度或过冷度与期望过冷度之间的偏差；根据第一偏差和第二偏差利用PID算法获得第一阀开度调节量和第二阀开度调节量；根据模糊控制规则确定PID控制的隶属函数，根据隶属函数将第一阀开度调节量和第二阀开度调节量模糊化处理后叠加，得到内机阀的开度调节量。通过对内机阀开度的双重控制，有效调节空调机组能力输出，使得内机阀的控制具有较好的动态特性，增大了控制的适应范围，无需对给定过热度进行修正，且控制方法更为简单。

Description

一种电子膨胀阀控制方法、控制装置、空调器及存储介质
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种电子膨胀阀控制方法、控制装置、空调器及存储介质。
背景技术
随着多联空调的广泛应用以及电子膨胀阀技术的成熟发展，采用电子膨胀阀对多联空调冷媒进行精确控制越来越普遍。多联内机电子膨胀阀开度控制对用户的舒适性有较明显的影响，电子膨胀阀的控制需要兼顾机组到温停机、精确温控、可靠性、内机间冷媒分配等特殊场景的适配，才能确保最佳的用户的体验。
最初的室内机电子膨胀阀控制一般基于可靠性设定控制目标，将实际值与目标值的偏差与电子膨胀阀的调节量按照经验制作成表格控制，这种方式针对上述特殊场景时，需对基础控制加以修正。
当下对室内机的电子膨胀阀大多采取给定过热度或过冷度的PID控制，通过给定的目标过热度值或过冷度值，通过PID控制实现，相对于表格控制有较好的动态特性。但是这种方式针对上述特殊场景时，仍需单独修正。
相比给定过热度或过冷度进行PID控制的方法，基于自适应模糊控制PID的控制方案，通过给定的目标过热度或过冷度判定，在运转过程中对PID调节参数不断优化，使机组能在各种工况、负荷下更准、更快地到达控制目标。但是模糊自适应PID仍然依据给定值调节，且仍需依据场景识别来修正阀的控制。
总结起来，目前电子膨胀阀的控制方法中，通常采用给定目标过热度或过冷度的控制方法，这种方法的缺点是给定值难以适应各种工况的变化，需要对过热度或过冷度进一步修正。
发明内容
本发明解决的问题是现有电子膨胀阀控制方法在面对不同场景时适应性差，需要进行修正。
为解决上述问题，本发明提供一种电子膨胀阀控制方法，包括：
获取第一偏差和第二偏差，其中所述第一偏差为室内回风温度与期望回风温度之间的偏差，所述第二偏差为过热度与期望过热度之间的偏差或过冷度与期望过冷度之间的偏差；
将所述第一偏差输入第一PID控制器，获得第一阀开度调节量，将所述第二偏差输入第二PID控制器，获得第二阀开度调节量；
根据模糊控制规则分别确定所述第一PID控制器和所述第二PID控制器的隶属函数，根据所述隶属函数将所述第一阀开度调节量和所述第二阀开度调节量分别模糊化处理后叠加，得到内机阀的开度调节量，以对内机阀进行控制。
本发明的模糊控制为双输入、单输出模式，双输入为内机过热度(或过冷度)和室内回风温度，单输出为内机阀的开度。在模糊控制规则基础上，通过对基于过热度(或过冷度)的PID控制的输出和基于室内回风温度的PID控制的输出进行模糊化处理，叠加后得到内机阀开度调节量，从而实现对内机阀开度的双重控制，有效调节空调机组能力输出。另外，双重控制使得内机阀的控制既具有较好的动态特性，又增大了控制的适应范围，无需对给定过热度进行修正，且控制方法更为简单。
进一步地，所述模糊控制规则为：
当所述过热度或所述过冷度小于或等于第一预设值或大于第二预设值时，采用所述第二PID控制器对所述内机阀的开度进行控制；当所述过热度或所述过冷度大于所述第一预设值且小于或等于所述第二预设值时，采用所述第一PID控制器和所述第二PID控制器对所述内机阀的开度进行双重控制。
本发明的模糊控制规则是在过热度保证安全的前提下，室温PID控制全程参与，如此，一方面有效调节机组能力输出，不依赖场景识别，进而精确控温的舒适性较好。另一方面，实现内机间的冷媒按需分配。
进一步地，所述第一PID控制器的隶属函数f1(x,a,b,c)与所述第二PID控制器的隶属函数f2(x,a,b,c)满足如下关系：f1(x,a,b,c)+f2(x,a,b,c)＝1。
如此，当过热度(或过冷度)较大或较小时，可以采取基于过热度的PID控制，以保证系统可靠性，同时，当过热度(或过冷度)适中时，采取基于过热度和基于室温的PID联合控制，以有效调节机组能力输出，提高控温精度。
进一步地，所述第一PID控制器的隶属函数包括三角形隶属函数、梯形隶属函数和广义钟形隶属函数。
如此，基于室温的PID控制在过热度(或过冷度)处于中间区域时能够参与控制，而在过热度(或过冷度)处于两端区域时退出控制，仅基于过热度的PID控制参与控制，以保证系统的可靠性。
进一步地，所述第一PID控制器的隶属函数f1(x,a,b,c)为：
Figure BDA0002513663360000031
当所述第二偏差为所述过热度与所述期望过热度之间的偏差时，a的取值为0至1℃，b的取值为5至10℃，c的取值为15至20℃；
当所述第二偏差为所述过冷度与所述期望过冷度之间的偏差时，a的取值为4至8℃，b的取值为10至15℃，c的取值为20至25℃。
采用三角形隶属函数，控制较为简单。另外，本发明中a、b、c取上述范围，能够避免过热度(或过冷度)过大或过小，并在过热度(或过冷度)较大或较小时能够很快地降低或提高，控制效率高。
进一步地，所述第一阀开度调节量和所述第二阀开度调节量的算法均为增量式PID控制算法。
本发明采用增量PID控制，第一阀开度调节量和第二阀开度调节量的确定仅与最后三个采样值有关，计算过程中无需累加，易于获得较好的控制效果。
进一步地，在所述获取第一偏差和第二偏差之前，还包括：判断空调是否满足控制的进入条件，若满足，则获取所述第一偏差和第二偏差，若不满足，则所述空调继续以当前运转状态运行；
所述控制的进入条件为内机阀启动控制结束、空调回油运转模式结束和空调化霜模式结束中的任意一个。
进一步地，所述控制的退出条件为：所述空调进入回油运转模式、空调停机和空调进入化霜模式中的任意一个。
本发明还提供一种电子膨胀阀控制装置，包括：
获取单元，所述获取单元用于获取室内回风温度与期望回风温度之间的第一偏差和过热度与期望过热度或过冷度与期望过冷度之间的第二偏差；
控制单元，所述控制单元用于将所述第一偏差输入第一PID控制器，以获取第一阀开度调节量，所述控制单元还用于将所述第二偏差输入第二PID控制器，以获取第二阀开度调节量；
所述控制单元还用于根据模糊控制规则分别确定所述第一PID控制器和所述第二PID控制器的隶属函数，并根据所述隶属函数对所述第一阀开度调节量和所述第二阀开度调节量分别模糊化后叠加，输出内机阀的开度调节量。
本发明还提供一种空调器，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的电子膨胀阀控制方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的电子膨胀阀控制方法。
本发明提供的电子膨胀阀控制装置、空调器相比现有技术具有的有益效果与电子膨胀阀控制方法具有的效果相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例中电子膨胀阀控制方法的流程图；
图2为本发明实施例中电子膨胀阀控制装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
请参阅图1所示，本发明实施例提供一种电子膨胀阀控制方法，根据该控制方法控制内机阀的开度调节量ΔU，使室内回风温度和过热度或过冷度达到期望指标。该控制方法包括：
获取第一偏差和第二偏差，其中第一偏差为室内回风温度与期望回风温度之间的偏差，第二偏差为过热度与期望过热度之间的偏差或过冷度与期望过冷度之间的偏差；应当理解的是，当空调以制冷模式运行时，第二偏差为过热度与期望过热度之间的偏差，当空调以制热模式运行时，第二偏差为过冷度与期望过冷度之间的偏差；
将第一偏差输入第一PID控制器，获得第一阀开度调节量，将第二偏差输入第二PID控制器，获得第二阀开度调节量；
根据模糊控制规则分别确定第一PID控制器和第二PID控制器的隶属函数，并根据隶属函数将第一阀开度调节量和第二阀开度调节量分别模糊化处理后叠加，即，将隶属函数作为隶属度函数，或者根据隶属函数得到模糊变量的隶属度赋值表，将输入量(第一阀开度调节量和第二阀开度调节量)模糊化得到模糊量，模糊化可以采用隶属度值法，再将两个模糊量相加，得到内机阀的开度调节量，从而实现内机阀的控制。
本实施例中，利用第一PID控制器进行基于内机过热度或过冷度的PID控制，为便于阐述，简称为过热度PID控制，利用第二PID控制器进行基于室内回风温度的PID控制，简称为室温PID控制。并根据内机阀不同阶段，具体是根据过热度所处范围，对过热度PID控制和室温PID控制的输出结果(第一阀开度调节量和第二阀开度调节量)在模糊控制规则基础上进行模糊化处理，以控制过热度PID控制和室温PID控制在整个模糊控制中所占比例。将模糊化得到的两个模糊量相加，即得到内机阀的开度调节量，从而实现对内机阀开度的过热度PID控制与室温PID控制的双重控制，有效调节空调机组能力输出。
与现有技术相比，本实施例利用内机阀可以控制内机过热度和室内回风温度，即本实施例具有两个控制目标，虽然也是通过给定目标值进行控制，但过热度PID控制和室温PID控制叠加之后的新的控制目标与前述两个控制目标存在差异，新的控制目标在控制过程中是变化的，从而可以适应各种工况的变化，无需再对过热度或过冷度进行修正。即本实施例中内机阀的控制既具有较好的动态特性，又增大了控制的适应范围。
另外，与现有技术中通过对PID控制的比例、积分、微分系数进行调节相比，本实施例中，过热度PID控制和室温PID控制的比例、积分、微分系数在实施过程中为常数，进行PID控制时更简单。
进一步地，模糊控制规则为：
当过热度或过冷度小于或等于第一预设值或大于第二预设值时，采用第二PID控制器对内机阀的开度进行控制；
当过热度或过冷度大于第一预设值且小于或等于第二预设值时，采用第一PID控制器和第二PID控制器对内机阀的开度进行双重控制。
空调以制冷模式运行时，当过热度较小时，压缩机有回液风险，当过热度较大时，会引起机组排气温度偏高，甚至会导致排气温度限频。空调以制热模式运行时，当过冷度较小时，会引起冷媒流动噪音增加，机组能力不足，当过冷度较大时，机组排气温度偏高会影响正常控制，如压缩机排气温度限频。
因此，为保证系统可靠性，不管空调是以制冷还是制热模式运行，在过热度(或过冷度)较大或较小时，均采用过热度PID控制，而在过热度(或过冷度)的其它情况采取过热度PID控制与室温PID控制的双重控制。由此，本实施例的模糊控制规则是在过热度保证安全的前提下，室温PID控制全程参与，如此，一方面有效调节机组能力输出，不依赖场景识别，进而精确控温的舒适性较好。另一方面，对于多联机系统，每个室内机的电子膨胀阀均采取上述模糊控制方法，由于该控制方法以室内回风温度与期望回风温度之间的偏差为控制目标，而室内回风温度与期望回风温度之间的差异可以用于代表各内机冷媒需求，因此本实施例提供的控制方法还具有分配内机间冷媒的效果，使得内机间的冷媒分配为按需求负荷分配。与现有技术中通过使各开机内机的管中温度相同实现冷媒分配平衡相比，本实施例控制方法通过内机需求计算冷媒分配，使得到温停机状态的内机不会因为新开内机受到影响，从而维持原有状态，而内机阀在到温停机时的控制会影响其控温精度，因此本实施例控制方法控温精度更高。
进一步地，基于模糊控制规则，第一PID控制器的隶属函数包括三角形隶属函数、梯形隶属函数和广义钟形隶属函数，应当理解的是，本实施例仅给出几种比较常见的隶属函数，当然也可以为其它形式的隶属函数，只要满足上述模糊控制规则即可。如此，室温PID控制在过热度(或过冷度)处于中间区域时能够参与控制，而在过热度(或过冷度)处于两端区域时退出控制，仅过热度PID控制参与控制，以保证系统的可靠性。
进一步地，第一PID控制器的隶属函数f1(x,a,b,c)与第二PID控制器的隶属函数f2(x,a,b,c)满足如下关系：f1(x,a,b,c)+f2(x,a,b,c)＝1。如此，当过热度(或过冷度)较大或较小时，可以采取过热度PID控制，以保证系统可靠性，同时，当过热度(或过冷度)适中时，采取过热度PID控制与室温PID联合控制，以有效调节机组能力输出，提高控温精度，同时还能够实现各内机间冷媒的按需分配。
优选地，第一PID控制器的隶属函数为三角形隶属函数，函数如下：
Figure BDA0002513663360000071
其中，a、b、c均为常数，可以通过实验确定。x为论域中的元素，本实施例中为过热度(或过冷度)。
根据f1(x,a,b,c)+f2(x,a,b,c)＝1，此时第二PID控制器的隶属函数为：
Figure BDA0002513663360000081
其中，a、b、c均为常数，可以通过实验确定。
在制冷模式控制下，a的取值为0至1℃，b的取值为5至10℃，c的取值为15至20℃；
在制热模式控制下，a的取值为4至8℃，b的取值为10至15℃，c的取值为20至25℃。
进一步地，第一阀开度调节量和第二阀开度调节量的算法均为增量式PID控制算法。
其中，第一阀开度调节量的PID算法公式为：
ΔUT＝KpT[e(m)-e(m-1)]+KlTe(m)+KDT[e(m)-2e(m-1)+e(m-2)]；
其中，ΔUT为第一阀开度调节量，e(m)＝T(t)-R(T)，T(t)为当前室内机回风温度值，R(T)为遥控器设定的期望回风温度值。
e(m-1)＝T(t-1)-R(T)，T(t-1)为前一采样周期回风温度值；
e(m-2)＝T(t-2)-R(T)，T(t-2)为前两个采样周期回风温度值；
KPT、KIT、KDT分别为PID算法的比例、积分、微分系数，实施过程中为常数，可以通过实验确定。
第二阀开度调节量的PID算法公式为：
ΔUsh＝Kpsh[e(k)-e(k-1)]+Klshe(k)+KDsh[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]；
其中，ΔUsh为第二阀开度调节量，e(k)＝SH(t)-R(sh)，SH(t)为内机当前过热度值或内机当前过冷度值，过热度或过冷度通过温度传感器出管温度与入管温度的差值获取，R(sh)为期望过热度或期望过冷度，通过实验调试获取；
e(k-1)＝SH(t-1)-R(sh)，SH(t-1)为内机前一采样周期过热度或过冷度值，第一次计算时使用默认值计算，默认值为R(sh)；
e(k-2)＝SH(t-2)-R(sh)，SH(t-2)为内机前两个采样周期过热度或过冷度值，第一次与第二次计算时均使用默认值计算，默认值为R(sh)。
KPsh、KIsh、KDsh分别为PID算法的比例、积分、微分系数，实施过程中为常数，可以通过实验确定。
本实施例采用增量PID控制，第一阀开度调节量和第二阀开度调节量的确定仅与最后三个采样值有关，计算过程中无需累加，易于获得较好的控制效果。
如此，内机阀开度调节量ΔU的计算公式为：
ΔU＝ΔUT*f1(x,a,b,c)+ΔUsh*f2(x,a,b,c)。
进一步地，在获取第一偏差和第二偏差之前，还包括：判断空调是否满足控制的进入条件，若满足，则获取第一偏差和第二偏差，若不满足，则空调继续以当前运转状态运行；
控制的进入条件为内机阀启动控制结束、空调回油运转模式结束和空调化霜模式结束中的任意一个。
进一步地，控制的退出条件为：空调进入回油运转模式、空调停机和空调进入化霜模式中的任意一个。
如图2所示，本发明实施例还提供一种电子膨胀阀控制装置，应当理解的是，图2中仅虚线框内代表电子膨胀阀控制装置，包括：
获取单元，获取单元用于获取室内回风温度与期望回风温度之间的第一偏差和过热度与期望过热度或过冷度与期望过冷度之间的第二偏差；
控制单元，控制单元用于将第一偏差输入第一PID控制器，以获取第一阀开度调节量，控制单元还用于将第二偏差输入第二PID控制器，以获取第二阀开度调节量；本实施例中，可以采用PID控制器实现上述功能，其中，PID控制器包括室温PID控制器和过热度PID控制器，室温PID控制器的输入为第一偏差，室温PID控制器的输出为第一阀开度调节量，过热度PID控制器的输入为第二偏差，过热度PID控制器的输出为第二阀开度调节量；
控制单元还用于根据模糊控制规则分别确定第一PID控制器和第二PID控制器的隶属函数，并根据隶属函数对第一阀开度调节量和第二阀开度调节量分别模糊化后叠加，输出内机阀的开度调节量。本实施例中，可以采用模糊控制器实现上述功能。
进一步地，如图2所示，本发明实施例还提供一种控制系统，包括电子膨胀阀控制装置，还包括A/D转换器、D/A转换器和传感器，传感器为温度传感器，用于获取过热度(或过冷度)。A/D转换器和D/A转换器用于转换信号。
本发明实施例还提供一种空调器，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的电子膨胀阀控制方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的电子膨胀阀控制方法。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种电子膨胀阀控制方法，其特征在于，包括：
获取第一偏差和第二偏差，其中所述第一偏差为室内回风温度与期望回风温度之间的偏差，所述第二偏差为过热度与期望过热度之间的偏差或过冷度与期望过冷度之间的偏差；
将所述第一偏差输入第一PID控制器，获得第一阀开度调节量，将所述第二偏差输入第二PID控制器，获得第二阀开度调节量；
根据模糊控制规则分别确定所述第一PID控制器和所述第二PID控制器的隶属函数，根据所述隶属函数将所述第一阀开度调节量和所述第二阀开度调节量分别模糊化处理后叠加，得到内机阀的开度调节量，以对内机阀进行控制。
2.根据权利要求1所述的电子膨胀阀控制方法，其特征在于，所述模糊控制规则为：
当所述过热度或所述过冷度小于或等于第一预设值或大于第二预设值时，采用所述第二PID控制器对所述内机阀的开度进行控制；
当所述过热度或所述过冷度大于所述第一预设值且小于或等于所述第二预设值时，采用所述第一PID控制器和所述第二PID控制器对所述内机阀的开度进行双重控制。
3.根据权利要求2所述的电子膨胀阀控制方法，其特征在于，所述第一PID控制器的隶属函数f1(x,a,b,c)与所述第二PID控制器的隶属函数f2(x,a,b,c)满足如下关系：f1(x,a,b,c)+f2(x,a,b,c)＝1。
4.根据权利要求3所述的电子膨胀阀控制方法，其特征在于，所述第一PID控制器的隶属函数包括三角形隶属函数、梯形隶属函数和广义钟形隶属函数。
5.根据权利要求3所述的电子膨胀阀控制方法，其特征在于，所述第一PID控制器的隶属函数f1(x,a,b,c)为：
Figure FDA0002513663350000021
当所述第二偏差为所述过热度与所述期望过热度之间的偏差时，a的取值为0至1℃，b的取值为5至10℃，c的取值为15至20℃；
当所述第二偏差为所述过冷度与所述期望过冷度之间的偏差时，a的取值为4至8℃，b的取值为10至15℃，c的取值为20至25℃。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电子膨胀阀控制方法，其特征在于，所述第一阀开度调节量和所述第二阀开度调节量的算法均为增量式PID控制算法。
7.根据权利要求1-5任一项所述的电子膨胀阀控制方法，其特征在于，在所述获取第一偏差和第二偏差之前，还包括：判断空调是否满足控制的进入条件，若满足，则获取所述第一偏差和第二偏差，若不满足，则所述空调继续以当前运转状态运行；
所述控制的进入条件为内机阀启动控制结束、空调回油运转模式结束和空调化霜模式结束中的任意一个。
8.根据权利要求7所述的电子膨胀阀控制方法，其特征在于，所述控制的退出条件为：所述空调进入回油运转模式、空调停机和空调进入化霜模式中的任意一个。
9.一种电子膨胀阀控制装置，其特征在于，包括：
获取单元，所述获取单元用于获取室内回风温度与期望回风温度之间的第一偏差和过热度与期望过热度或过冷度与期望过冷度之间的第二偏差；
控制单元，所述控制单元用于将所述第一偏差输入第一PID控制器，以获取第一阀开度调节量，将所述第二偏差输入第二PID控制器，以获取第二阀开度调节量；
所述控制单元还用于根据模糊控制规则分别确定所述第一PID控制器和所述第二PID控制器的隶属函数，并根据所述隶属函数对所述第一阀开度调节量和所述第二阀开度调节量分别模糊化后叠加，输出内机阀的开度调节量。
10.一种空调器，其特征在于，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如权利要求1-8任一项所述的电子膨胀阀控制方法。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如权利要求1-8任一项所述的电子膨胀阀控制方法。
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