CN112594896A - 空调、扫风风速控制方法、系统、控制器、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明属于空调风速控制技术领域，公开了一种空调、扫风风速控制方法、系统、控制器、设备及介质，基于风速衰减的空调扫风风速控制系统包括：执行机构、主控模块和检测模块；执行机构包括风机和扫风电机；主控模块用于通过主控制器根据风速和电机转速的对应关系输出控制信号；检测模块包括空间距离检测单元、风速检测单元、转速检测单元和角度检测单元。本发明通过实时测量当前扫风角度下出风口与使用者的空间距离，根据风速衰减原理，扫风的同时自适应调节出风口的风速，实现无论使用者是静止或者移动，体感风速均保持在舒适的范围内不会有明显的变化，从而提高扫风舒适度的目的，使空调出风策略更人性化，提高使用者的舒适度。
Description
技术领域
本发明属于空调风速控制技术领域，尤其涉及一种空调、扫风风速控制方法、系统、控制器、设备及介质。
背景技术
目前，市面上大多数空调的出风控制采用定风速扫风的控制逻辑，出风结构上多采用电机-贯流风叶-扫风结构的设计，即便是某些智能空调也是如此。此控制方法简单，出风结构上也无需较为复杂的设计，但由于人体具有身高，定风速扫风带给用户的是身体各个部位体感风速不均的体验，尤其是接近头部的位置，因为更靠近空调内机出风口，迎面吹来的凉风往往会更加寒冷，让用户感到不适。若要保持扫风的状态，用户需要频繁的调整风档，此繁琐操作也会带来不良的用户体验。
专利号为CN106403200A的专利提供了一种空调送风控制系统及方法，通过测量空调房间的容积尺寸和导风板扫风的角度值控制，根据预设的房间各处的风档查询计算房间各处的风速风档，实现根据房间空间结构调节风力强度，使得房间中不同位置的风力均衡的目的。
专利号为CN106885334A的专利公开了一种空调风量控制方法，通过实时监测获取对比空调工作空间内和室外气压差与预设风压的大小关系，结合空调各风机运行参数，调节风机的电机频率以控制空调风量，实现了送风风机送风量与新风风机在保障风量动态平衡下实现联动变频控制，防止因风压失常而减少风机寿命的目的。
传统空调扫风控制采用定风档扫风，扫风区域内等距离的风速一样，存在高低远近处的风速不均衡的问题。在用户体验上则表现为当使用者站立或坐立于空调的扫风范围内时，使用者的风感存在从脚到头，由远及近风速渐强的问题。但目前的风速控制策略均倾向于根据非体验者本身的其他客观因素的变化来进行空调风速以及出风量的调节控制，而当使用者站立于某一位置或进行远近移动时的全身风感不均衡的问题依旧存在。因此，亟需一种新的空调扫风风速控制方法及系统。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)传统空调扫风控制采用定风档扫风，扫风区域内等距离的风速一样，存在高低远近处的风速不均衡的问题。
(2)目前的风速控制策略均倾向于根据非体验者本身的其他客观因素的变化来进行空调风速以及出风量的调节控制，而当使用者站立于某一位置或进行远近移动时的全身风感不均衡的问题依旧存在。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种空调、扫风风速控制方法、系统、控制器、设备及介质。
本发明是这样实现的，一种基于风速衰减的空调扫风风速控制系统，所述基于风速衰减的空调扫风风速控制系统包括：执行机构、主控模块和检测模块；
执行机构，包括风机和扫风电机；
主控模块，用于通过主控制器根据风速和电机转速的对应关系输出控制信号；
所述检测模块包括空间距离检测单元、风速检测单元、转速检测单元和角度检测单元；
空间距离检测单元，用于通过红外距离检测装置检测当前扫风角度下空调出风口与使用者身体间的直线空间距离；
风速检测单元，用于根据风速衰减原理计算得到出风口的风速；
转速检测单元，用于检测风机转速；
角度检测单元，用于根据当前程序中的运行参数，检测得到挡风板角度。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的基于风速衰减的空调扫风风速控制系统的基于风速衰减的空调扫风风速控制方法，所述基于风速衰减的空调扫风风速控制方法包括以下步骤：
步骤一，通过控制器判断空调是否开启扫风模式，未开启则保持空调现有运行模式；若空调开启左右扫风执行步骤二；
步骤二，检测扫风区域内是否有符合高度要求的人员活动，若没有则维持设定扫风模式运行；当检测到有人进出或在扫风范围内活动/静止，执行步骤三；
步骤三，测量此时出风口的风速vo和当前扫风角度下出风口距离使用者的直线空间距离x，由风速衰减关系推导式
得出使用者体感风速vm，并将此风速vm设定为目标体感风速；
步骤四，测量检测周期T后的下一个检测时刻的扫风角度下的x1，和vm代入风速衰减关系推导式
计算得到vo1，将vo1代入出风口风速与转速的拟合关系式中可得到需控制的目标转速n1；
步骤五，通过主控制器根据目标转速n1输出相应的控制波形，对出风口风速进行精确控制；若检测到使用者已不在/移动出扫风范围，则恢复原初始扫风运行模式。
进一步，当空调开启扫风模式时，使用者在室内移动和静止，在扫风范围θ内，当使用者站立或坐下时，由于身体各部位与出风口的空间距离从下x3往上x2呈递减趋势，根据风速衰减原理，初始风速相同，经过的距离越长风速衰减越多，出风口向使用者吹出的风经过衰减到达身体各部位的风速，由下而上逐渐变强。而当使用者由远及近靠近出风口，x1减小到x2，到达身体的风力逐渐增强。从出风口吹出的风遵循动量守恒定律，此过程满足自由射流理论。由于使用场景为室内，忽略重力对射流偏移的影响，轴心速度vm空间距离x的关系为：
其中，vo为出风速度，m/s；KP为送风口常数，对圆形及矩形喷口的为5.0；d0为喷口所管辖的横截面积的当量直径；若出风口出风面积为S，
代入式
射流轴心速度为：
出风口射流轴心速度为：
进一步，在扫风模式开启时，如果检测模块检测有人员进出或在当前扫风区域内活动，测量得到出风口当前扫风角度下与使用者身体部位的直线空间距离x。控制器根据当前出风口风速vo计算得出衰减后到达使用者体表的风速vm，以此作为使用者在身体各部分的目标衰减风速。下一个检测周期再更新由于扫风角度和使用者的移动而发生改变的空间距离x1，由风速衰减关系推导式
计算出下一个时刻的出风口风速vo1。出风口风速vo与风机转速n之间存在线性关系如下：
vo＝kn+b；
等式中，参数k和b与空调出风口结构有关，可使用最小二乘法或由数据拟合得出；根据所述等式可得到控制的目标转速并由控制器输出控制信号进行转速和风速的精确控制。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于风速衰减的空调扫风风速控制方法。
本发明的另一目的在于提供一种控制器，所述控制器实施基于风速衰减的空调扫风风速控制方法，所述基于风速衰减的空调扫风风速控制方法包括：
判断空调是否开启扫风模式，未开启则保持空调现有运行模式；若空调开启左右扫风执行下一步；
检测扫风区域内是否有符合高度要求的人员活动信息，若没有则维持设定扫风模式运行；当检测到有人进出或在扫风范围内活动/静止，执行下一步；
测量此时出风口的风速和当前扫风角度下出风口距离使用者的直线空间距离，由风速衰减关系推导式得出使用者体感风速，并将所述使用者体感风速设定为目标体感风速；
将测量检测周期后的扫风角度下出风口距离使用者的直线空间距离、使用者体感风速代入风速衰减关系推导式计算得到下一个时刻的出风口风速，将所述下一个时刻的出风口风速代入出风口风速与转速的拟合关系式中得到需控制的目标转速；
根据所述目标转速输出相应的控制波形，对出风口风速进行控制；若检测到使用者已不在/移动出扫风范围，则恢复原初始扫风运行模式。
本发明的另一目的在于提供一种空调，所述空调搭载所述的基于风速衰减的空调扫风风速控制系统，并实施基于风速衰减的空调扫风风速控制方法。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行基于风速衰减的空调扫风风速控制方法。
本发明的另一目的在于提供一种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执行时，使得所述处理器执行基于风速衰减的空调扫风风速控制方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的基于风速衰减的空调扫风风速控制方法及系统，基于风速衰减原理，可根据出风口与使用者之间的空间距离和风向准确地控制出风口风速，使衰减后到达人体的风速保持一致，从而使得使用者在移动或站立时空调的扫风风感均衡舒适。本发明通过实时测量当前扫风角度下出风口与使用者的空间距离，根据风速衰减原理，扫风的同时自适应调节出风口的风速，实现无论使用者是静止或者移动，体感风速均保持在舒适的范围内不会有明显的变化，从而提高扫风舒适度的目的。
本发明以人为对象直接设计人体接收到的风量，精确控制人体各个部位的风感，解决日常体验中使用者因身高和移动导致的吹到身体不同部位的风量有的无感，有的又过于刺激(尤其是头部)的问题，使空调出风策略更人性化，提高使用者的舒适度。同时，本发明基于风速衰减原理/射流理论，将使用者的姿势、身高变化、移动等多变量变化与出风口风速关联为空间距离的变化，既可简化检测手段又可通过理论计算后对最终到达人体的风量进行直接的控制，减少中间控制环节可降低控制的累计误差，提高控制的精确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明实施例提供的基于风速衰减的空调扫风风速控制系统框图。
图2是本发明实施例提供的基于风速衰减的空调扫风风速控制方法流程图。
图3是本发明实施例提供的基于风速衰减的空调扫风风速控制方法原理图。
图4是本发明实施例提供的模拟场景示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种空调、扫风风速控制方法、系统、控制器、设备及介质，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于风速衰减的空调扫风风速控制系统包括：执行机构、主控模块和检测模块；
执行机构，包括风机和扫风电机；
主控模块，用于通过主控制器根据风速和电机转速的对应关系输出控制信号。
本发明实施例提供的检测模块包括空间距离检测单元、风速检测单元、转速检测单元和角度检测单元；
空间距离检测单元，用于通过红外距离检测装置检测当前扫风角度下空调出风口与使用者身体间的直线空间距离；
风速检测单元，用于根据风速衰减原理计算得到出风口的风速；
转速检测单元，用于检测风机转速；
角度检测单元，用于根据当前程序中的运行参数，检测得到挡风板角度。
如图2所示，本发明实施例提供的基于风速衰减的空调扫风风速控制方法包括以下步骤：
S101，通过控制器判断空调是否开启扫风模式，未开启则保持空调现有运行模式；若空调开启左右扫风执行S102；
S102，检测扫风区域内是否有符合高度要求的人员活动，若没有则维持设定扫风模式运行；当检测到有人进出或在扫风范围内活动/静止，执行S103；
S103，测量此时出风口的风速v0和当前扫风角度下出风口距离使用者的直线空间距离x，由风速衰减关系推导式得出使用者体感风速vm，并将此风速vm设定为目标体感风速；
S104，测量检测周期T后的下一个检测时刻的扫风角度下的x1，和vm代入风速衰减关系推导式计算得到v01，将v01代入出风口风速与转速的拟合关系式，得到需控制的目标转速n1；
S105，通过主控制器根据目标转速n1输出相应的控制波形，对出风口风速进行精确控制；若检测到使用者已不在/移动出扫风范围，则恢复原初始扫风运行模式。
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
现有技术方案是根据室内空间分布来计算出风速度均衡室内各个空间的风量，以改善室内整体扫风舒适性，并未以人为对象直接设计人体接收到的风量，本发明便是以此为着眼点，精确控制人体各个部位的风感，解决日常体验中使用者因身高和移动导致的吹到身体不同部位的风量有的无感，有的又过于刺激(尤其是头部)的问题，使空调出风策略更人性化，提高使用者的舒适度。
同时，本发明通过实时测量当前扫风角度下出风口与使用者的空间距离，根据风速衰减原理，扫风的同时自适应调节出风口的风速，实现无论使用者是静止或者移动，体感风速均保持在舒适的范围内不会有明显的变化，从而提高扫风舒适度的目的。
图4模拟的是当空调开启扫风模式时，使用者在室内移动和静止时，身体的受风情况。在扫风范围θ内，当使用者站立或坐下时，由于身体各部位与出风口的空间距离从下x3往上x2呈递减趋势，根据风速衰减原理，初始风速相同，经过的距离越长风速衰减越多，出风口向使用者吹出的风经过衰减到达身体各部位的风速，由下而上逐渐变强。而当使用者由远及近靠近出风口，x1减小到x2，到达身体的风力逐渐增强。从出风口吹出的风遵循动量守恒定律，此过程满足自由射流理论。因为只考虑到达身体部位的风速大小，因此可将出风口吹出的风(射流)近似为轴对称射流，空调出风口的射流动量、喷口瑞流系数是室内空气分布的重要影响因素。由于使用场景为室内，为简化分析，此处忽略重力对射流偏移的影响。轴心速度vm空间距离x的关系为：
式中，vo为出风速度，m/s；KP为送风口常数，对圆形及矩形喷口的为5.0；d0为喷口所管辖的横截面积的当量直径；若出风口出风面积为S，
代入式1，射流轴心速度为：
出风口射流轴心速度为：
图1为整体系统框图，检测模块包括与使用者的空间距离检测、出风口的风速检测、风机转速检测和挡风板角度检测。其中，挡风板角度可由当前程序中的运行参数得到，检测模块根据该时刻的风向(扫风角度)来检测出风口与使用者身体之间的直线空间距离x。
图3是控制流程图。
在扫风模式开启时，如果检测模块检测有人员进出或在当前扫风区域内活动，测量得到出风口当前扫风角度下与使用者身体部位的直线空间距离x。控制器根据当前出风口风速vo计算得出衰减后到达使用者体表的风速vm，以此作为使用者在身体各部分的目标衰减风速。下一个检测周期再更新由于扫风角度和使用者的移动而发生改变的空间距离x1，由风速衰减关系推导式3计算出下一个时刻的出风口风速vo1。出风口风速vo与风机转速n之间存在线性关系如下：
vo＝kn+b (4)
该等式中的参数k和b与空调出风口结构有关，可使用最小二乘法或由数据拟合得出，具体步骤此处省略；根据此等式可以得到控制的目标转速并由控制器输出控制信号进行转速和风速的精确控制。
在本发明中，整个控制系统包括检测模块、主控制器和执行机构(风机和扫风电机)。其中检测模块为人机之间空间距离检测和出风口风速检测。其中空间距离的变化由风向改变所导致，扫风风向可由空调运行中的角度值得到，该角度值可由软件方式得到故不纳入检测模块中。除此之外，扫风电机虽为整体控制系统执行机构的一部分，但在本发明的控制系统中仅仅是需要借助扫风角度值确定出风口风向，并未对扫风电机施加除基本扫风逻辑外的其余控制，实际执行机构仅为风机。
具体实施方式如下：
步骤一：首先控制器判断空调是否开启扫风模式，未开启则保持空调现有运行模式；若空调开启了左右扫风执行步骤二；
步骤二：检测扫风区域内是否有符合高度要求的人员活动，若没有则维持设定扫风模式运行，当检测到有人进出或在扫风范围内活动/静止，执行步骤三；
步骤三：测量此时出风口的风速vo和当前风向(扫风角度)下出风口距离使用者的直线空间距离x，由风速衰减关系推导式2
得出使用者体感风速vm，并将此风速vm设定为目标体感风速；
步骤四：测量检测周期T后的下一个检测时刻的扫风角度下的x1，和vm代入风速衰减关系推导式3
计算得到vo1，将vo1代入出风口风速与转速的拟合关系式4中可得到需控制的目标转速n1；
步骤五：主控制器根据目标转速n1输出相应的控制波形，对出风口风速进行精确控制。
步骤六：若检测到使用者已不在/移动出扫风范围，则恢复原初始扫风运行模式。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于风速衰减的空调扫风风速控制方法，其特征在于，所述基于风速衰减的空调扫风风速控制方法包括：
通过控制器判断空调是否开启扫风模式，未开启则保持空调现有运行模式；若空调开启左右扫风执行下一步；
检测扫风区域内是否有符合高度要求的人员活动信息，若没有则维持设定扫风模式运行；当检测到有人进出或在扫风范围内活动/静止，执行下一步；
测量此时出风口的风速和当前扫风角度下出风口距离使用者的直线空间距离，由风速衰减关系推导式得出使用者体感风速，并将所述使用者体感风速设定为目标体感风速；
将测量检测周期后的扫风角度下出风口距离使用者的直线空间距离、使用者体感风速代入风速衰减关系推导式计算得到下一个时刻的出风口风速，将所述下一个时刻的出风口风速代入出风口风速与转速的拟合关系式中得到需控制的目标转速；
通过控制器根据所述目标转速输出相应的控制波形，对出风口风速进行控制；若检测到使用者已不在/移动出扫风范围，则恢复原初始扫风运行模式。
2.如权利要求1所述的基于风速衰减的空调扫风风速控制方法，其特征在于，所述风速衰减关系推导式为：
由所述风速衰减关系推导式得出使用者体感风速vm，并将此风速vm设定为目标体感风速；式中，出风口的风速vo，当前扫风角度下出风口距离使用者的直线空间距离x。
3.如权利要求1所述的基于风速衰减的空调扫风风速控制方法，其特征在于，当空调开启扫风模式时，使用者在室内移动和静止，在扫风范围θ内，轴心速度vm空间距离x的关系为：
其中，vo为出风速度，m/s；KP为送风口常数，对圆形及矩形喷口的为5.0；d0为喷口所管辖的横截面积的当量直径；若出风口出风面积为S，
代入式
射流轴心速度为：
出风口射流轴心速度为：
4.如权利要求1所述的基于风速衰减的空调扫风风速控制方法，其特征在于，所述风速衰减关系推导式为：
由所述风速衰减关系推导式计算得到下一个时刻的出风口风速vo1，将vo1代入出风口风速与转速的拟合关系式中得到需控制的目标转速n1。
5.如权利要求1所述的基于风速衰减的空调扫风风速控制方法，其特征在于，出风口风速vo与风机转速n的拟合关系式为
vo＝kn+b；
等式中，参数k和b与空调出风口结构有关，使用最小二乘法或由数据拟合得出；根据所述等式得到控制的目标转速并由控制器输出控制信号进行转速和风速的控制。
6.一种基于风速衰减的空调扫风风速控制系统，其特征在于，所述基于风速衰减的空调扫风风速控制系统包括：
执行机构，包括风机和扫风电机；
主控模块，用于通过主控制器根据风速和电机转速的对应关系输出控制信号；
所述检测模块包括空间距离检测单元、风速检测单元、转速检测单元和角度检测单元；
空间距离检测单元，用于通过红外距离检测装置检测当前扫风角度下空调出风口与使用者身体间的直线空间距离；
风速检测单元，用于根据风速衰减原理计算得到出风口的风速；
转速检测单元，用于检测风机转速；
角度检测单元，用于根据当前程序中的运行参数，检测得到挡风板角度。
7.一种控制器，其特征在于，所述控制器实施权利要求1～5任意一项基于风速衰减的空调扫风风速控制方法，所述基于风速衰减的空调扫风风速控制方法包括：
判断空调是否开启扫风模式，未开启则保持空调现有运行模式；若空调开启左右扫风执行下一步；
检测扫风区域内是否有符合高度要求的人员活动信息，若没有则维持设定扫风模式运行；当检测到有人进出或在扫风范围内活动/静止，执行下一步；
测量此时出风口的风速和当前扫风角度下出风口距离使用者的直线空间距离，由风速衰减关系推导式得出使用者体感风速，并将所述使用者体感风速设定为目标体感风速；
将测量检测周期后的扫风角度下出风口距离使用者的直线空间距离、使用者体感风速代入风速衰减关系推导式计算得到下一个时刻的出风口风速，将所述下一个时刻的出风口风速代入出风口风速与转速的拟合关系式中得到需控制的目标转速；
根据所述目标转速输出相应的控制波形，对出风口风速进行控制；若检测到使用者已不在/移动出扫风范围，则恢复原初始扫风运行模式。
8.一种空调，其特征在于，所述空调搭载权利要求6所述的基于风速衰减的空调扫风风速控制系统，并实施权利要求1～5任意一项基于风速衰减的空调扫风风速控制方法。
9.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～5任意一项基于风速衰减的空调扫风风速控制方法。
10.一种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执行时，使得所述处理器执行权利要求1～5任意一项基于风速衰减的空调扫风风速控制方法。
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