CN111854068B

CN111854068B - 一种空调及风量控制方法

Info

Publication number: CN111854068B
Application number: CN202010516439.5A
Authority: CN
Inventors: 王乐三; 尹磊; 刘晓飞
Original assignee: Hisense Shandong Air Conditioning Co Ltd
Current assignee: Hisense Air Conditioning Co Ltd
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2021-12-24
Anticipated expiration: 2040-06-09
Also published as: CN111854068A

Abstract

本发明公开了一种空调及风量控制方法，应用于包括冷媒循环回路、压缩机、室外热交换器和室内热交换器、四通阀、室内环境温度传感器、室内盘管温度传感器、室内风扇及处理器的空调中，所述空调包括室内风扇，用于将气流经进风口引入并经室内热交换器后由出风口送出；处理器，获取目标风量，根据负载转矩观测器获取所述室内风扇的风机的实时风量，并根据所述目标风量对所述实时风量进行调整，以使所述实时风量达到所述目标风量，从而实现高精度、高动态性能的恒风量控制。

Description

一种空调及风量控制方法

技术领域

本申请涉及空调技术领域，更具体地，涉及一种空调及风量控制方法。

背景技术

随着人们对生活环境要求的不断提高，空调设备应用的场所日益增多。人们对空调设备带来的舒适度要求也在提高，风量是空调送风系统的一个重要参数，风量恒定是保证室内温度、湿度清洁度和舒适度的一个关键因素。

目前主要采用的是基于电机功率、电流等参数的恒风量控制技术，此类恒风量控制技术不需外部传感器，而是通过预先的实验，拟合出功率、电流等参数与风量的关系，在实际运行时根据功率、电流估算出当前的风量，但是该技术存在控制精度低，动态性能差等缺陷，且依赖大量数据拟合。

因此，如何解决当前恒风量控制精度低、动态性能差的问题，是目前有待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种空调，用以解决现有技术中空调恒风量控制精度低、动态性能差的技术问题，包括：

冷媒循环回路，使冷媒在压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、四通阀和减压器组成回路中进行循环；

压缩机，用于进行将低温低压冷媒气体压缩成高温高压冷媒气体并排至冷凝器的工作；

室外热交换器和室内热交换器，其中，一个为凝缩器进行工作，另一个为蒸发器进行工作；

四通阀，用于控制所述冷媒回路中冷媒流向，以使室外热交换器和室内热交换器，作为冷凝器和蒸发器之间进行切换；

室内环境温度传感器，用于检测室内环境温度；

室内盘管温度传感器，用于检测室内盘管温度；

室内风扇，用于将气流经进风口引入并经室内热交换器后由出风口送出；

处理器，获取目标风量，根据负载转矩观测器获取所述室内风扇的风机的实时风量，并根据所述目标风量对所述实时风量进行调整，以使所述实时风量达到所述目标风量；

其中，所述目标风量是通过用户输入或者根据空调当前运行状态得到的；

所述负载转矩观测器是根据所述风机电机的动力学状态方程构建的。

一些实施例中，所述处理器具体用于：

获取所述风机电机的运行信息；

根据所述运行信息及所述负载转矩观测器确定所述风机电机的负载转矩与风阻系数；

基于预设的实验数据及所述风机电机的负载转矩与风阻系数确定所述风机的实时风压及实时风阻；

基于所述实时风压及实时风阻确定所述实时风量；

其中，所述运行信息为所述风机电机的电流、电压及实时转速；

所述预设的实验数据包括所述负载转矩与风压的定量关系、风阻系数与风阻的定量关系。

一些实施例中，所述处理器具体用于：

判断所述风机电机是否为无位置传感器控制；

若是，根据转速估计算法确定所述实时转速；

若否，则直接采集所述实时转速。

一些实施例中，所述处理器具体用于：

将所述目标风量与所述实时风量做差，以获取所述风量差值；

对所述风量差值进行比例积分PI控制处理，以将所述实时风量调整到所述目标风量，并输出所述目标风量对应的目标转速；

基于所述目标转速对所述风机电机进行矢量控制FOC处理，以使所述风机电机运行于所述目标转速，并输出所述目标风量。

一些实施例中，所述处理器具体用于：

当风量差值大于0，增大所述风机电机的电流和电压，以使实时转速调整到所述目标转速；

当风量差值小于0，减小所述风机电机的电流和电压，以使实时转速调整到所述目标转速。

一些实施例中，所述风机电机的动力学状态方程具体为：

其中，ωr为室内风扇的风机电机的机械角速度，TL为负载转矩，Te为电磁转矩，B为摩擦系数，J为转动惯量。

一些实施例中，所述负载转矩观测器具体为：

其中，

为状态变量，K表示状态反馈控制率，

C＝[1 0]，

为转速估计值。

相应地，本发明还提出了一种风量控制方法，所述方法包括：

根据所述室内风扇的风机电机的动力学状态方程构建负载转矩观测器；

基于所述风机电机的状态信息及所述负载转矩观测器确定风机电机的实时风量，所述风机电机的运行信息具体为风机电机的电流、电压及实时转速；

基于目标风量对所述实时风量进行调整，以使所述实时风量与所述目标风量一致，所述目标风量是通过用户输入或者根据空调当前运行状态得到的。

一些实施例中，基于所述风机电机的状态信息及所述负载转矩观测器确定所述风机电机的实时风量，具体为：

获取所述风机电机的运行信息；

通过所述运行信息及所述负载转矩观测器确定所述风机电机的负载转矩与风阻系数；

基于预设的实验数据及所述风机电机的负载转矩与风阻系数确定所述风机的实时风压及实时风阻，所述预设的实验数据包括所述负载转矩与风压的定量关系、风阻系数与风阻的定量关系；

基于所述实时风压及实时风阻确定所述风机的实时风量。

一些实施例中，基于目标风量对所述实时风量进行调整，以使所述实时风量与所述目标风量一致，具体为：

对所述风量差值进行比例积分PI控制处理，以将所述实时风量调整到所述目标风量，并输出所述目标转速；

基于所述风机电机的目标转速对所述风机电机进行矢量控制FOC处理，以使所述风机电机运行于所述目标转速，并输出所述目标风量。

与现有技术对比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种空调及风量控制方法，应用于包括冷媒循环回路、压缩机、室外热交换器和室内热交换器、四通阀、室内环境温度传感器、室内盘管温度传感器、室内风扇及处理器的空调中，室内风扇，用于将气流经进风口引入并经室内热交换器后由出风口送出；处理器，获取目标风量，根据负载转矩观测器获取所述室内风扇的风机的实时风量，并根据所述目标风量对所述实时风量进行调整，以使所述实时风量达到所述目标风量。通过上述空调及风量控制方法，从而实现高精度、高动态性能的恒风量控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例提出的一种空调的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提出的一种空调风量控制流程示意图；

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为进一步对本申请的方案进行描述，如图1所示为本申请的一种空调中的结构示意图。

本申请保护一种空调，如图1所示，具体为：

冷媒循环回路101，使冷媒在压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、四通阀和减压器组成回路中进行循环。

在本申请的优选实施例中，空调器通过使用压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器来执行空调器的制冷循环。制冷循环包括一系列过程，涉及压缩、冷凝、膨胀和蒸发，并向已被调节和热交换的空气供应制冷剂。

压缩机102，用于进行将低温低压冷媒气体压缩成高温高压冷媒气体并排至冷凝器的工作。

在本申请的优选实施例中，压缩机压缩处于高温高压状态的制冷剂气体并排出压缩后的制冷剂气体。所排出的制冷剂气体流入冷凝器。冷凝器将压缩后的制冷剂冷凝成液相，并且热量通过冷凝过程释放到周围环境。

室外热交换器和室内热交换器103，其中，一个为凝缩器进行工作，另一个为蒸发器进行工作。

在本申请的优选实施例中，空调器的室外单元包含制冷循环的包括压缩机和室外热交换器的部分，空调器的室内单元包括室内热交换器，并且膨胀阀可以提供在室内单元或室外单元中。

膨胀阀使在冷凝器中冷凝的高温高压状态的液相制冷剂膨胀为低压的液相制冷剂。蒸发器蒸发在膨胀阀中膨胀的制冷剂，并使处于低温低压状态的制冷剂气体返回到压缩机。蒸发器可以通过利用制冷剂的蒸发的潜热与待冷却的材料进行热交换来实现制冷效果。在整个循环中，空调器可以调节室内空间的温度。

室内热交换器和室外热交换器用作冷凝器或蒸发器。当室内热交换器用作冷凝器时，空调器用作制热模式的加热器，当室内热交换器用作蒸发器时，空调器用作制冷模式的冷却器。

四通阀104，用于控制所述冷媒回路中冷媒流向，以使室外热交换器和室内热交换器，作为冷凝器和蒸发器之间进行切换；

室内环境温度传感器105，用于检测室内环境温度；

室内盘管温度传感器106，用于检测室内盘管温度。

在本申请的优选实施例中，所述目标风量是指用户期望空调器输出的风量，而目标风量的确定方式可以是用户使用空调遥控器输入的，以控制空调器输出目标风量，例如手机空调APP输入，也可以是根据空调当前的运行状态计算得到，所述确定方式的不同并不影响本申请的保护范围。

在确定好目标风量后，并不是直接输出目标风量，而是先获取室内风扇的风机的实时风量，也就是当前空调器运行中输出的风量，在本申请的优选实施例中是采用负载转矩观测器进行调整的，而所述负载转矩观测器是根据根据所述风机电机的动力学状态方程构建的，获取所述实时风量后，根据输入的目标风量对实时风量进行调整，以将实时风量调整到目标风量。

为了准确构建所述负载转矩观测器。在本申请的优选实施例中，所述风机电机的动力学状态方程具体为：

在本申请的优选实施例中，所述负载转矩观测器是由风机电机的动力学状态方程确定的，电机的动力学状态方程为：

式中，

C＝[1 0]，u＝T_e，y＝ω_r。

经过变换后，电机的动力学状态方程可表示为：

式中，ωr为电机的机械角速度，TL为负载转矩，Te为电磁转矩，B为摩擦系数，J为转动惯量。

为了获取所述实时风量，在本申请的优选实施例中，所述负载转矩观测器具体为：

其中，

为状态变量，K表示状态反馈控制率，

C＝[1 0]，

为转速估计值。

为了获取所述实时风量，在本申请的优选实施例中，所述处理器具体用于：

获取所述风机电机的运行信息；

基于所述实时风压及实时风阻确定所述实时风量；

在本申请的优选实施例中，所述风机电机的运行信息具体为运行信息为所述风机电机的电流、电压及实时转速，所述风机电机的电流与电压用于对实时风量的调控，而所述实时转速是用于获取空调器风机的实时风量，将所述实时转速带入所述负载转矩观测器中，就可以得到所述电机的负载转矩。

另外，由于风机具有如下的负载特性：

式中，P为风机的风阻系数，其与风道的风阻成线性关系，当风道结构参数固定时，风阻系数P为常值。

由上式所示的风机负载特性可以看出，风机的负载转矩TL与风机转速ωr的平方成正比。而在风机的运行过程中，风压同样与风机转速ωr的平方成正比，因此，可得风机的负载转矩TL与风压成线性关系。

综上所述，通过负载转矩观测器，可以实时计算风机的负载转矩TL与风阻系数P，而负载转矩TL与风压成线性关系，风阻系数P与风阻成线性关系，具体的定量关系可以通过预先的实验获得，例如可以采用控制变量的方法，保证其他变量不变，获取负载转矩与风压的线性定量关系，同样的方法，获取风阻系数与风阻的线性定量关系。

根据所述实时转速可以得到所述负载转矩，并通过上述的负载特性进一步得到风阻系数，又因为我们获取了负载转矩与风压的线性定量关系、风阻系数与风阻的线性定量关系，我们可以得到此时的风压与风阻，基于风压与风阻最终可以得到实时风量。

为了准确获取所述实时转速，在本申请的优选实施例中，所述处理器具体用于：

判断所述风机电机是否为无位置传感器控制；

若是，根据转速估计算法确定所述实时转速；

若否，则直接采集所述实时转速。

在本申请的优选实施例中，在获取所述实时转速之前，先判断所述风机电机是否为无位置传感器控制，若是由无位置传感器控制，则根据所述无位置传感器的数据，并通过转速估计算法确定对应的实时转速，若不是有无位置传感器控制，则说明所述电机中存在转速采集传感器，直接采集所述转速即可。

需要说明的是，以上优选实施例的方案仅为本申请所提出的一种具体实现方案，其他采集所述风机电机的实时转速的方式均属于本申请的保护范围。

为了将所述实时风量调整到目标风量，在本申请的优选实施例中，所述处理器具体用于：

在本申请的优选实施例中，将获取到的目标风量与实时风量做差，以获取所述风量差值，然后对获取到的所述风量差值做比例积分PI控制处理，通过所述PI控制处理，可以将实时风量调整到目标风量，并输出目标风量对应的目标转速。

在获取到所述目标转速后，对风机电机做矢量控制FOC处理，FOC是一种利用变频器控制三相交流马达的技术，利用调整变频器的输出频率、输出电压的大小及角度，来控制电机的输出，其特性是可以分别控制电机的磁场及转矩，类似他激式直流电机的特性。由于处理时会将三相输出电流及电压以矢量来表示，因此称为矢量控制，通过FOC处理可以控制所述电机运行于目标转速，进而输出目标风量。

为了准确获取所述目标转速，在本申请的优选实施例中，所述处理器具体用于：

在本申请的优选实施例中，当风量差值大于0，即目标风量大于实时风量，则通过PI处理增大所述风机电机的电流与电压，进而将所述实时风量调整到目标风量，若风量差值小于0，即目标风量小于实时风量，则通过PI处理减小所述风机电机的电流与电压，进而将所述实时风量调整到目标风量。

基于上述空调，本申请还提出了一种风量控制方法，如图2，应用于包括冷媒循环回路、压缩机、室外热交换器和室内热交换器、四通阀、室内环境温度传感器、室内盘管温度传感器、室内风扇及处理器的空调中，所述方法包括：

步骤S201，根据所述室内风扇的风机电机的动力学状态方程构建负载转矩观测器。

在本申请的优选实施例中，预先在风机控制程序中构建负载转矩观测器，风机的控制程序存储在风机控制装置的存储器中，且控制程序可在风机控制装置的处理器中运行，所述负载转矩观测器具体是根据风机电机的动力学状态方程确定。

步骤S202，基于所述风机电机的状态信息及所述负载转矩观测器确定风机电机的实时风量，所述风机电机的运行信息具体为风机电机的电流、电压及实时转速。

在本申请的优选实施例中，采集风机电机的电流、电压及实时转速等状态信息，所述风机电机的电流与电压用于对后续电机的转速的调整，并将所述实时转速输入到所述负载转矩观测器中，通过所述负载转矩观测器确定所述风机的实时风量。

为了准确获取所述实时转速，在本申请的优选实施例中，基于所述风机电机的状态信息及所述负载转矩观测器确定所述风机电机的实时风量，具体为：

获取所述风机电机的运行信息；

基于所述实时风压及实时风阻确定所述风机的实时风量。

在本申请的优选实施例中，在获取到电机的实时转速后，将所述实时转速带入负载转矩观测器，通过负载转矩观测器确定此时的风机电机的负载转矩，由所述负载转矩及负载特性确定所述风阻系数。

在本申请的优选实施例中，预先设置有所述负载转矩与风压的定量关系、风阻系数与风阻的定量关系，当确定所述负载转矩与风阻系数后，基于上述定量关系获取所述风机的实时风压与实时风阻，并根据所述实时风压与实时风阻确定风机的实时风量。

步骤S203，基于目标风量对所述实时风量进行调整，以使所述实时风量与所述目标风量一致，所述目标风量是通过用户输入或者根据空调当前运行状态得到的。

在本申请的优选实施例中，当接收到通过用户输入或者根据空调当前运行状态得到的目标风量后，判断所述目标风量与实时风量是否一致，若不一致，则基于所述目标风量对所述实时风量进行调整，以使所述实时风量与目标风量相等。

为了将所述实时风量调整到所述目标风量，在本申请的优选实施例中，基于目标风量对所述实时风量进行调整，以使所述实时风量与所述目标风量一致，具体为：

在本申请的优选实施例中，将获取到的目标风量与实时风量做差处理，确定所述风量差值，并根据所述风量差值，进行比例积分PI控制处理，以使所述实时风量达到所述目标风量，并输出目标转速。

所述PI控制处理具体为：当风量差值大于0，即目标风量大于实时风量，则通过PI处理增大所述风机电机的电流与电压，进而将所述实时风量调整到目标风量，若风量差值小于0，即目标风量小于实时风量，则通过PI处理减小所述风机电机的电流与电压，进而将所述实时风量调整到目标风量。

在输出所述目标转速后，基于所述目标转速对所述风机进行矢量控制FOC处理，通过所述FOC处理可以使所述风机电机运行于所述目标转速，进而可以通过电机控制风机输出目标风量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。