CN112628958A - 空调器控制方法和空调器 - Google Patents

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Abstract

空调器控制方法包括：开机并采样室内温度和设定温度，计算温差并判定是否满足最高频率运行条件；若满足则控制压缩机按照最高频率运行直至温差不再满足最高频率运行条件后进入PID控制模式；若不满足则控制空调器进入PID控制模式；采样当前送风设定状态并根据当前送风设定状态将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数，利用当前送风设定状态对应的PID控制参数计算频率补偿量，并控制压缩机在下一个调速周期内按照实时压缩机运行频率和频率补偿量之和运行；判定温差是否满足降频运行条件；若满足则控制压缩机降频直至室内环境温度达到设定温度，保持当前运行状态稳定运行。还公开一种空调器。本发明可以实现更好的降频自调节效果。

Description

空调器控制方法和空调器
技术领域
本发明涉及空气调节设备技术领域，尤其涉及一种空调器控制方法和空调器。
背景技术
变频空调系统是在制冷系统中，通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内换热器的制冷剂流量，适时地满足室内冷热符合要求的空调系统。变频空调系统需采用变频压缩机，多级压缩机，卸载压缩机或多台压缩机组和来实现压缩机容量控制。在制冷系统中常设置电子膨胀阀或其他辅助回路，以调节进入室内机的制冷剂流量；通过控制室内外换热器的风扇转速，调节换热器的能力。空调系统在环境温度、室内负荷不断变化下工作，因为系统各组成部件之间、系统与环境之间相互作用，相互影响，所以各运行参数难以达到稳定。对于这种多变量、非线性、时变的系统，现有技术中通常采用智能控制方法进行控制，如模糊控制法或者采用PID算法计算压缩机转速。
当空调器刚刚开机时，通常空调房间的实际温度与设定温度之间的温差较大。现有技术中通常控制空调器按照最高频率运行，使空调房间的实际温度与设定温度之间的温差快速减小。当温差降低到较小的区间内时，进入PID控制，从而实现快速制冷制热的目的。在这种控制方式中，整个调节过程仅考虑了系统热负荷的变化，虽然控制效果是理想的，但是没有考虑到其它影响换热能力的因素对空调系统的影响，例如空气流量的影响。这导致空调器可能需要通过一个较长的时间段才能降频运行，也就是保持最高频率运行的时间过长，并不能达到良好的节约能耗的作用。
发明内容
本发明提供一种空调器控制方法，以解决现有技术空调器控制过程中没有考虑到其它影响换热能力的因素对空调系统的影响，导致空调器需要通过一个较长的时间段才能降频运行，能耗较高的问题。
本发明提供一种空调器控制方法，包括以下步骤：
空调器开机；
采样室内环境温度和设定温度，计算设定温度和室内环境温度之间的温差并判定所述温差是否满足最高频率运行条件；
如果所述温差满足最高频率运行条件，则控制压缩机按照最高频率运行，直至所述温差不再满足最高频率运行条件后进入PID控制模式；如果不满足最高频率运行条件，则控制空调器直接进入PID控制模式；
进入PID控制模式后，采样当前送风设定状态并根据当前送风设定状态将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数，利用当前送风设定状态对应的PID控制参数计算频率补偿量，并控制压缩机在下一个调速周期内按照实时压缩机运行频率和频率补偿量之和运行；
判定设定温度和室内环境温度之间的温差是否满足降频运行条件；
如果满足降频运行条件，则控制压缩机降频运行直至室内环境温度达到设定温度，保持当前运行状态稳定运行。
本发明的另一个方面提供一种空调器，采用以下的控制方法，控制方法包括以下步骤：
空调器开机；
采样室内环境温度和设定温度，计算设定温度和室内环境温度之间的温差并判定所述温差是否满足最高频率运行条件；
如果所述温差满足最高频率运行条件，则控制压缩机按照最高频率运行，直至所述温差不再满足最高频率运行条件后进入PID控制模式；如果不满足最高频率运行条件，则控制空调器直接进入PID控制模式；
进入PID控制模式后，采样当前送风设定状态并根据当前送风设定状态将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数，利用当前送风设定状态对应的PID控制参数计算频率补偿量，并控制压缩机在下一个调速周期内按照实时压缩机运行频率和频率补偿量之和运行；
判定设定温度和室内环境温度之间的温差是否满足降频运行条件；
如果满足降频运行条件，则控制压缩机降频运行直至室内环境温度达到设定温度，保持当前运行状态稳定运行。
本发明在空调器进入PID控制模式后，采样当前送风设定状态并根据当前送风设定状态将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数，利用当前送风设定状态对应的PID控制参数计算频率补偿量，从而通过本身的PID控制算法调节室内换热器热交换引入的热负荷扰动；一方面可以降低整个控制系统的延迟，使得控制稳定度更高，另一方面无需构建复合调节系统，可以满足较高精度的生产工艺要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的空调器控制方法第一种实施例的流程图；
图2为本发明所提供的空调器控制方法第二种实施例的流程图；
图3为本发明所提供的空调器制冷模式下导风板设定位置的结构示意图；
图4为本发明所提供的空调器制热模式下导风板设定位置的结构示意图；
图5为设定工况下现有技术的PID控制方法下压缩机频率变化曲线；
图6为设定工况下本发明的PID控制方法下压缩机频率变化曲线。
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，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，代表覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明中“实施例”代表结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中，各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员可以理解，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
一种空调器控制方法具体如图1的流程图所示。空调器采用普通变频空调器的制冷系统作为调节空调房间热负荷的方式，空调房间的温度是制冷系统的被调参数，选取压缩机运行频率为操作量。具体来说，空调器控制方法包括以下步骤：
空调器开机；
采样室内环境温度和设定温度，计算设定温度和室内环境温度之间的温差，即偏差。本方法的控制目标是基于该偏差按照设定的调节规律输出调节量，控制空调器中的执行器完成给定的调节动作以消除偏差，保持制冷量与热负荷的动态平衡。
考虑到运行效率最高的需求，本申请所公开的控制方法首先满足用户的舒适性需求，判定温差是否满足最高频率运行条件。
具体来说，如果空调器开机后满足以下条件，则判定为所述温差满足最高频率运行条件：Pn＞30；Pn＝|Tai-Ts|×10；其中Tai为室内环境温度，Ts为设定温度。也就是说，当室内环境温度和设定温度之间的偏差较大时，出于快速制冷或者快速制热的目的，首先控制压缩机工作在所允许的最高频率，使得室内环境温度在短时间内降低或升高至设定温度附近；在室内环境温度降低或升高的过程中，持续采样室内环境温度和设定温度，并在二者之间的温差不满足最高频率运行条件时，控制空调器进入PID控制模式。如果空调器开机后的温差不满足最高频率运行条件，则控制空调器直接进入PID控制模式。
现有技术中空调器的PID控制方法，被调参数是制冷系统中的制冷剂流量，控制器基于设定温度和室内环境温度之间的偏差按照预定控制规律输出调节指令给执行器，即压缩机，控制压缩机按照设定的频率运行对制冷系统进行控制。其中的控制规律是既定不变的，这就使得在整个系统的其它的热负荷扰动发生变化时，控制器还是按照预定控制规律输出调节指令给压缩机，使得压缩机在部分情况下延迟进入降频运行的过程，导致压缩机的能耗增加，起不到良好的节能效果。
实际上，在进入PID控制模式后，由于设定温度和室内环境温度之间的偏差已经处于相对可控的范围，此种环境下，制冷系统中的热负荷扰动主要来自于室内换热器和空气之间的换热效果，也就是室内风机和室内机出风口导风板的工作状态。当室内风机的风速较高时，气流量较大，室内换热器和空气之间的换热充分；与之对应的，当室内风机的风速较低时，其流量较低，室内换热器和空气之间的换热降低。当室内机出风口导风板的开度较大时，气流量较大，室内换热器和空气之间换热充分；与之对应的，当室内机出风口导风板的开度较低时，气流量较小，室内换热器和空气之间的换热降低。通常来说，设置室内风机的风速和室内机出风口导风板的开度的变化趋势是一致的，也就是，如果空调器运行模式中设定室内风机的风速较高，则对应设定室内机出风口导风板的开度较大，如果空调器运行模式中设定室内风机的风速较低，则对应设定室内机出风口导风板的开度较小。因此，两个因素的叠加将进一步扩大室内换热器换热效果对制冷系统造成的热负荷扰动。
为对这部分的热负荷扰动进行调节，与现有技术的PID控制方法完全不同，本发明在进入PID控制模式后，首先采样当前送风设定状态，并根据当前送风设定状态将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数。
具体来说，设定PID控制参数是一组依据经验法得到的PID参数，即KP0、Ki0、Kd0。求得设定PID控制参数时，在不考虑室内换热器换热效果的条件下，根据运行经验，先任意确定一组PID控制参数，然后将制冷系统投入运行并人工地加入阶跃扰动，观察输出的阶跃响应曲线，并改变相应的参数值，如此反复，直至获得满意的阶跃响应曲线时记录当前的参数值，记为设定PID控制参数。设定PID控制参数KP0、Ki0、Kd0存储在空调器的控制器中可供随时调用。
可以通过两种方式将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数。
第一种方式为采样当前设定室内风机风速，按照当前设定室内风机风速将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数。在设定PID控制参数中，KP0为比例系数，Ki0为积分系数，Kd0为微分系数。其中积分作用消除静态偏差，因此，在整定设定PID控制参数时，如果当前设定室内风机风速越高，则说明当前送风设定状态对空调效果的影响越小，引入的扰动小，造成的静态偏差也较小，积分作用的需求也相对较小，整定后的与当前送风状态对应的PID控制参数中的积分系数越小。保持比例系数KP0、微分系数Kd0不变，按照当前设定室内风机风速档位减小Ki0即得到整定后的当前送风设定状态对应的PID控制参数，将整定后的PID控制参数记为KPn、Kin、Kdn，其中n对应当前设定室内风机风速的不同档位，n为正整数。
第二种方式为采样当前导风板位置，按照当前导风板位置将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数。类似的，在整定设定PID控制参数时，如果当前导风板位置相对于闭合位置的旋转角度越大，整定后的与当前送风状态对应的PID控制参数中的积分系数越小；即当前导风板位置的开度越大当前送风设定状态对空调效果的影响越小，积分作用的需求相对较小，整定后的与当前送风状态对应的PID控制参数中的积分系数越小。保持比例系数KP0、微分系数Kd0不变，按照当前导风板位置减小Ki0即得到整定后的当前送风设定状态对应的PID控制参数，将整定后的PID控制参数记为KPn、Kin、Kdn，在此种方式中，n对应当前导风板的不同位置，n为正整数。
进一步利用当前送风状态对应的PID控制参数计算频率补偿量。频率补偿量记作Hzoutf，Hzoutf＝(Hzout+(Hzout1×2))÷3；其中Hzout＝Out_gain×ΔFn；ΔFn＝Hzkp+Hzki+Hzkd；Hzkp＝KPn×Dn；Hzki＝Kin×Pn；Hzkd＝Kdn×(Dn-Dn-1)；Dn＝Pn-Pn-1；Dn-1＝Pn-1-Pn-2。
其中，Pn＝|Tai-Ts|×10，为此次偏差；其中Tai为室内环境温度，Ts为设定温度；Pn-1为前次偏差，Pn-2为前前次偏差，Dn为此次偏差的差，Dn-1为前次偏差的差；Hzkp为比例控制量；Hzki为积分控制量；Hzkd为微分控制量；ΔFn为校正量；Out_gain为输出系数，为常数；Hzout为校正输出量；Hzout1为前次校正输出量。
进一步控制压缩机在下一个调速周期内按照反馈的实时压缩机运行频率和频率补偿量之和运行，即在下一个调速周期内，压缩机运行频率Fn＝Sn+Hzoutf，其中，Sn为反馈的实时压缩机运行频率。
进一步判定设定温度和室内环境温度之间的温差是否满足降频运行条件：
如果满足以下条件，则判定为所述温差满足降频运行条件：|Tai-Ts|≤d；0＜d≤1；其中，Tai为室内环境温度，Ts为设定温度，d为常数。
如果满足降频运行条件，则控制压缩机降频运行直至室内环境温度达到设定温度，保持当前运行状态稳定运行。
通过上述控制方法，在空调器进入PID控制模式后，采样当前送风设定状态并根据当前送风设定状态将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数，利用当前送风设定状态对应的PID控制参数计算频率补偿量，利用本身的PID控制算法调节室内换热器热交换引入的热负荷扰动；一方面可以降低整个控制系统的延迟，使得控制稳定度更高，另一方面无需构建复合调节系统，可以满足较高精度的生产工艺要求。如图5和图6所示，在同样的设定工况下进行比对试验：室外环境温度43℃，室内环境温度38℃，制冷模式，室内风机运行在高风档位，设定温度为26℃，采用原始的控制方法，系统大约在运行2小时后，压缩机进入降频运行，而采用本发明所提供的控制方法，系统大约在运行1小时后，压缩机即进入降频运行。
如图2所示，当室内环境温度达到设定温度后，继续采样室内环境温度和设定温度，并判定室内环境温度是否满足干预条件。若满足干预条件，则说明控制系统需要响应动态干扰，对压缩机频率进行控制。
如果满足以下条件，则判定为所述室内环境温度是否满足干预条件：|Tai-Ts|＞a；其中，Tai为室内环境温度，Ts为设定温度，a为常数，a≥0。优选的，a＝0，即|Tai-Ts|＞0时，感温器切换为ON状态。
为了避免由于参数设置不当导致的连续停机，当满足干预条件时，首先读取空调器开关机状态。如果读取到空调器开关机状态，则说明空调器重新启动，首先执行判定温差是否满足最高频率运行条件的步骤并在压缩机进入PID控制模式后根据当前送风设定状态将设定PID控制参数再次整定为当前送风状态对应的PID控制参数。如果未读取到空调器开关机状态，则直接进入PID控制模式，保持根据当前送风设定状态整定的PID控制参数不变执行PID控制。这样，整定PID控制参数的频率被限定在合理的范围内，即在每次重新开机的状态下执行，在正常运行过程中不会出现反复波动，避免出现虽然在短时间内进入降频过程，但系统连续停机的问题，使得系统的控制更为稳定可靠。
通常来说，室内风机的档位是固定的，一些机型中设置有高风档位、中风档位和低风档位，另一些机型中设置有强力档位、高风档位、中风档位、低风档位和静音档位。对应每一种档位可以设置有与之匹配的积分系数并在出场前存储在空调器的控制器中可供随时调用。
在另一种方式中，则更为突出导风板位置的影响，在并以导风板的位置为优先级对PID参数进行整定。为了提高系统的响应速度，导风板至少具有相对于闭合位置旋转角度依次增大的第一设定位置、第二设定位置、第三设定位置和第四设定位置，第一设定位置设置有与之匹配的第一积分系数，第二设定位置设置有与之匹配的第二积分系数，第三设定位置设置有与之匹配的第三积分系数，第四设定位置设置有与之匹配的第四积分系数，其中第一积分系数、第二积分系数、第三积分系数和第四积分系数依次增大。
一种更为优选的方式时针对制冷模式和制热模式进行更为细致的划分。如图3所示，在制冷模式下，当导风板处于第一设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为55度；当导风板处于第二设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为40度；当导风板处于第三位置时，导风板与水平方向之间的夹角为25度；当导风板处于第四位置时，导风板与水平方向之间的夹角为10度。与之对应的，如图4所示，在制热模式下，当导风板处于第一设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为70度；当导风板处于第二设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为55度；当导风板处于第三设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为40度；当导风板处于第四设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为25度；当导风板处于第五设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为10度。空调控制器中针对每一个导风板的设定位置预先存储一组对应的整定PID参数，在进入PID控制模式时，直接进行相应的调用，以提高系统的响应速度。
本申请实施例还提供一种空调器，应用上述空调器控制方法。空调器控制方法的具体步骤参见上述实施例的详细描述和说明书附图的详细描绘。在此不再赘述，采用上述空调器控制方法的空调器可以实现同样的技术效果。
本申请实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质存储于电子数据交换的计算机程序，该计算机程序使得空调器执行如上方法实施例中记载的任一方法的部分或全部步骤。
在上述实施例中，对各个实施例的描述均各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元或模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个物理空间，或者也可以分布到多个网络单元上，可以根据实际需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述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；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种空调器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
空调器开机；
采样室内环境温度和设定温度，计算设定温度和室内环境温度之间的温差并判定所述温差是否满足最高频率运行条件；
如果所述温差满足最高频率运行条件，则控制压缩机按照最高频率运行，直至所述温差不再满足最高频率运行条件后进入PID控制模式；如果不满足最高频率运行条件，则控制空调器直接进入PID控制模式；
进入PID控制模式后，采样当前送风设定状态并根据当前送风设定状态将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数，利用当前送风设定状态对应的PID控制参数计算频率补偿量，并控制压缩机在下一个调速周期内按照实时压缩机运行频率和频率补偿量之和运行；
判定设定温度和室内环境温度之间的温差是否满足降频运行条件；
如果满足降频运行条件，则控制压缩机降频运行直至室内环境温度达到设定温度，保持当前运行状态稳定运行。
2.根据权利要求1所述的空调器控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
当室内环境温度达到设定温度后，继续采样室内环境温度和设定温度，并判定所述室内环境温度是否满足干预条件；
如果满足干预条件，则读取空调器开关机状态；如果读取到空调器开关机状态，则执行判定温差是否满足最高频率运行条件的步骤并在压缩机进入PID控制模式后根据当前送风设定状态将设定PID控制参数再次整定为当前送风状态对应的PID控制参数；如果未读取到空调器开关机状态，则直接进入PID控制模式，保持根据当前送风设定状态整定的PID控制参数不变执行PID控制。
3.根据权利要求2所述的空调器控制方法，其特征在于：
如果满足以下条件，则判定为所述温差满足最高频率运行条件：Pn＞30；Pn＝|Tai-Ts|×10；其中Tai为室内环境温度，Ts为设定温度。
4.根据权利要求2所述的空调器控制方法，其特征在于：
如果满足以下条件，则判定为所述温差满足降频运行条件：|Tai-Ts|≤d；0＜d≤1；其中，Tai为室内环境温度，Ts为设定温度，d为常数。
5.根据权利要求2所述的空调器控制方法，其特征在于：
如果满足以下条件，则判定为所述室内环境温度是否满足干预条件：|Tai-Ts|＞a；其中，Tai为室内环境温度，Ts为设定温度，a为常数，a≥0。
6.根据权利要求1至5任一项所述的空调器控制方法，其特征在于，
根据当前送风设定状态将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数时包括以下步骤：
采样当前设定室内风机风速，按照当前设定室内风机风速将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数；当前设定室内风机风速越高，整定后的与当前送风状态对应的PID控制参数中的积分系数越小。
7.根据权利要求1至5任一项所述的空调器控制方法，其特征在于，
根据当前送风设定状态将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数时包括以下步骤：
采样当前导风板位置，按照当前导风板位置将设定PID控制参数整定为当前送风设定状态对应的PID控制参数；当前导风板位置相对于闭合位置的旋转角度越大，整定后的与当前送风状态对应的PID控制参数中的积分系数越小。
8.根据权利要求7所述的空调器控制方法，其特征在于，
导风板至少具有相对于闭合位置旋转角度依次增大的第一设定位置、第二设定位置、第三设定位置和第四设定位置，第一设定位置设置有与之匹配的第一积分系数，第二设定位置设置有与之匹配的第二积分系数，第三设定位置设置有与之匹配的第三积分系数，第四设定位置设置有与之匹配的第四积分系数，其中第一积分系数、第二积分系数、第三积分系数和第四积分系数依次增大。
9.根据权利要求8所述的空调器控制方法，其特征在于，
在制冷模式下，当导风板处于第一设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为55度；当导风板处于第二设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为40度；当导风板处于第三位置时，导风板与水平方向之间的夹角为25度；当导风板处于第四位置时，导风板与水平方向之间的夹角为10度；在制热模式下，当导风板处于第一设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为70度；当导风板处于第二设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为55度；当导风板处于第三设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为40度；当导风板处于第四设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为25度；当导风板处于第五设定位置时，导风板与水平方向之间的夹角为10度。
10.一种空调器，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述的空调器控制方法。
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