CN113503624A - 一种制冷系统多目标联动响应控制方法 - Google Patents

一种制冷系统多目标联动响应控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请属于空调器控制技术领域，尤其是涉及一种制冷系统多目标联动响应控制方法。包括设定目标湿度值、目标设定室温、目标蒸发温度、目标排气温度；通过相对湿度PID控制器调节蒸发温度控制湿度；通过蒸发温度PID控制器和室内温度PID控制器调节调节压缩机频率控制蒸发温度；通过膨胀阀开度PID控制器调节膨胀阀控制排气温度，本申请的制冷系统多目标联动响应控制方法适用于各类空调系统的多目标联动控制，调节房间湿度、温度以及空调出风温度等目标，使三个关键目标会自我耦合修正，使其处于最佳范围内，提升用户使用体验，在制冷系统在外部环境变化时，实时修正更新保制冷内输出的稳定。

Description

一种制冷系统多目标联动响应控制方法
技术领域
本申请属于空调器控制技术领域，尤其是涉及一种制冷系统多目标联动响应控制方法。
背景技术
在夏天特别是夏季高温伴随雷雨天气时，空气温度和湿度都变高，使用空调不仅需要快速降低室内温度，还要通过除湿操作以降低空气的相对湿度，保证人体能够有效散热，改善使用体验，而室内温度以及相对湿度的变化涉及很多影响因素，包括空调器输出空气以及室内空气的湿度，空调器的蒸发温度和排气温度等，而且这些因素相互之间存在关联影响，虽然现有的空调器能够快速方便的实现各种影响因素的调节设定，但缺乏明确有效的手段来保证和协调多种因素之间的关系和管理，不利于进一步提高空调器的使用体验，特别是在多变环境中的协调使用。
发明内容
本申请的目的在于，提供一种更加科学有效的控制方案，以实现空调器多种目标因素的联动控制，使空调器能够获得更良好的使用体验，提高空调器在多变的外部环境下稳定制冷效果。
为实现上述目的，本申请采用如下技术方案。
一种制冷系统多目标联动响应控制方法，包括如下步骤：
A.设定目标湿度值、目标设定室温、目标蒸发温度、目标排气温度；
B.通过相对湿度PID控制器调节蒸发温度控制湿度；通过蒸发温度PID控制器和室内温度PID控制器调节调节压缩机频率控制蒸发温度；通过膨胀阀开度PID控制器调节膨胀阀控制排气温度，具体而言，包括：
b1.基于目标蒸发温度与当前蒸发温度的偏差，由蒸发温度PID控制器计算得到所需的第一压缩机频率修正量f1；基于目标室内温度与当前室内温度的偏差，有室内温度PID控制器计算得到所需的第二压缩机频率修正量f2，以第一压缩机频率修正量f1和第二压缩机频率修正量f2为基础计算压缩机频率调节量F，且
若f1＜f2，则F＝max(f1，f2)＝f2；
若f1≥f2且当前蒸发温度≥16℃，则F＝max(f1，f2)＝f1；
若f1≥f2且当前蒸发温度＜16℃，则F＝min(f1，f2)＝f2；
b2.基于目标排气温度与实际排气温度的偏差，由膨胀阀开度PID控制器计算得到所需要的膨胀阀开度修正量对膨胀阀开度进行修正；
b3.基于目标相对湿度与当前相对湿度的偏差，由相对湿度PID控制器计算得到所需的预期蒸发温度；
b4.用预期蒸发温度替换目标蒸发温度，返回步骤b1，重新计算更新。
对前述制冷系统多目标联动响应控制方法的进一步改进和优化还包括，所述目标湿度值为40％-60％，目标设定室温值为22℃-28℃，目标蒸发温度值为7℃-20℃。
对前述制冷系统多目标联动响应控制方法的进一步改进和优化还包括，所述目标湿度值为52％、目标设定室温值为26℃、目标蒸发温度值为12℃。
对前述制冷系统多目标联动响应控制方法的进一步改进和优化还包括，如果当前实际相对湿度＞52％，取目标蒸发温度＝Td-1；如果当前实际相对湿度＜52％，取目标蒸发温度＝Td+1。
对前述制冷系统多目标联动响应控制方法的进一步改进和优化还包括，所述目标排气温度DisT根据压缩机频率进行计算，且：DisT＝a*H+b；式中DisT表示目标排气温度，单位℃；H表示压缩机频率，单位为Hz；a表示目标排气温度系数，取值范围0.35-0.82；b表示目标排气温度系数，取值范围30-55。
对前述制冷系统多目标联动响应控制方法的进一步改进和优化还包括，所述蒸发温度由设置在空调器室内换热器盘管上的温度传感器测量获得，所述排气温度由设置在室外机压缩机排气口附近的温度传感器获得，所述室内温度由设置在是室内机回风口处的温度传感器获得，所述相对湿度由设置在是室内机回风口处的湿度传感器获得。
对前述制冷系统多目标联动响应控制方法的进一步改进和优化还包括，所述相对湿度PID控制器、蒸发温度PID控制器、室内温度PID控制器、膨胀阀开度PID控制器的控制模式如下：
对于前述任一PID控制器，其
偏差e(n)＝(目标控制量数值-实际控制量数值)×10；
此次偏差的差△e(n)＝e(n)-e(n-1)；
前次偏差的差：△e(n-1)＝e(n-1)-e(n-2)；
比例控制量HzKp；积分控制量HzKi；微分控制量HzKd；
HzKp＝Kp1*△e(n)；HzKi＝Ki1*e(n)；HzKd＝Kd1*[△e(n)-△e(n-1)]；
其中Kp表示比例常数；Ki表示积分常数；Kd表示微分常数；
输出系数Out_gain根据实际情况确定系数；
输出补正后的输出量Hzout；上次输出补正后的输出量Hzout1；过滤后的输出量Hzoutf；
前次控制量F(n-1)；此次控制量F(n)；输出无补正的输出增量△F(n)；
△F(n)＝HzKp1+HzKi1+HzKd1＝Kp1*△e(n)+Ki1*e(n)+Kd1*[△e(n)-△e(n-1)]；
Hzout＝Out_gain*△F(n)；Hzoutf＝(Hzout+(Hzout1)*2)/3；F(n)＝F(n-1)+Hzoutf；
上述算法每15s更新一次。
对前述制冷系统多目标联动响应控制方法的进一步改进和优化还包括，还包括用于实现所述相对湿度PID控制器、蒸发温度PID控制器、室内温度PID控制器、膨胀阀开度PID控制器自适应调节的步骤，具体是指：
对于任意前述PID控制器，基于其相应的实时偏差值E的阈值范围[Emin，Emax]进行分区间处理：具体而言，对于当前结果数据与目标结果数据的偏差E，分别将其分为8个区间[Emin，Emin+a]、[Emin+a，Emin+2a]...[Emax-2a，Emax-a]、[Emax-a，Emax]；其中a＝(Emax-Emin)/8；计算得到当前偏差E区间的7个节点：E1＝Emin+a、E2＝Emin+2a、E3＝Emin+3a、E4＝Emin+4a、E5＝Emin+5a、E6＝Emin+6a、E7＝Emin+7a；
对于某次计算得到的实时偏差Enew，Ei≤Enew≤Ei+1，将其归属于在数值区间上更接近的一个，且当Ei≤E1时归属为E1，当Ei≥E7时归属为E7；i＝1、2、3、4、5、6；
对于某一PID控制器控制的相应对象，设置8个分档调节量，并将调节量的大小分别与该PID控制器相应的偏差区间进行对应。
其有益效果在于：
本申请的制冷系统多目标联动响应控制方法适用于各类空调系统的多目标联动控制，调节房间湿度、温度以及空调出风温度等目标，使三个关键目标会自我耦合修正，使其处于最佳范围内，提升用户使用体验，使制冷系统在外部环境变化时，实时修正更新保制冷内输出的稳定。本申请的基于多目标联动响应控制，可以使制冷系统快速达到一个最佳稳定状态，响应及时，波动小，相对于传统的单目标单一控制，能够有效缩短制冷系统稳定时间，降低各种参数的波动，尽可能的使各个目标参数处于合理范围内。
附图说明
图1是制冷系统多目标联动响应控制方法的流程原理示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请作详细说明。
本申请的一种制冷系统多目标联动响应控制方法，主要用于各类制冷系统的多目标联动控制管理，提高空调早多变环境中的系统输出的稳定性，改善使用者体验，减少控制操作内容，实现更灵活科学的管理控制。
如图1所示，本申请的制冷系统多目标联动响应控制方法包括如下步骤：
A.设定目标湿度值、目标设定室温、目标蒸发温度、目标排气温度；
B.通过相对湿度PID控制器调节蒸发温度控制湿度；通过蒸发温度PID控制器和室内温度PID控制器调节调节压缩机频率控制蒸发温度；通过膨胀阀开度PID控制器调节膨胀阀控制排气温度，具体而言，包括：
b1.基于目标蒸发温度与当前蒸发温度的偏差，由蒸发温度PID控制器计算得到所需的第一压缩机频率修正量f1；基于目标室内温度与当前室内温度的偏差，有室内温度PID控制器计算得到所需的第二压缩机频率修正量f2，以第一压缩机频率修正量f1和第二压缩机频率修正量f2为基础计算压缩机频率调节量F，且
若f1＜f2，则F＝max(f1，f2)＝f2，优先保证调节室温；
若f1≥f2且实际蒸发温度≥蒸发温度阈值＝16℃，此时对应最舒适出风温度，则F＝max(f1，f2)＝f1，保证出风温度的前提下继续调节室内湿度；
若f1≥f2且实际蒸发温度＜蒸发温度阈值＝16℃，此时若按继续取最大值，出风温度会非常低，势必造成人体不适，因此取F＝min(f1，f2)＝f2，优先保证室温和出风温度。
b2.基于目标排气温度与实际排气温度的偏差，由膨胀阀开度PID控制器计算得到所需要的膨胀阀开度修正量对膨胀阀开度进行修正；，所述膨胀阀安装于冷凝器出口，蒸发器进口处，其作用是节流降压，即通过调节系统流量大小实现高压向低压转换。
b3.基于目标相对湿度与当前相对湿度的偏差，由相对湿度PID控制器计算得到所需的预期蒸发温度；
b4.用预期蒸发温度替换目标蒸发温度，返回步骤b1，重新计算更新。
所述目标湿度值为40％-60％，优先取52％、目标设定室温值为22℃-28℃，优先取26℃、目标蒸发温度值为7℃-20℃，优先取12℃、目标排气温度值为根据当前压缩机频率计算获取。
对前述制冷系统多目标联动响应控制方法的进一步改进和优化还包括，如果当前实际相对湿度＞52％，取目标蒸发温度＝Td-1；如果当前实际相对湿度＜52％，取目标蒸发温度＝Td+1。
所述目标排气温度DisT根据压缩机频率进行计算，且：DisT＝a*H+b；式中DisT表示目标排气温度，单位℃；H表示压缩机频率，单位为Hz；a表示目标排气温度系数，取值范围0.35-0.82；b表示目标排气温度系数，取值范围30-55。
对前述制冷系统多目标联动响应控制方法的进一步改进和优化还包括，所述蒸发温度由设置在空调器换热盘管上的温度传感器测量获得，所述排气温度由设置在室内机出气口附近的温度传感器获得，所述室内温度由设置在是室内或者室内机外侧的温度传感器获得，所述相对湿度由设置在是室内或者室内机外侧的湿度传感器获得。
对前述制冷系统多目标联动响应控制方法的进一步改进和优化还包括，所述相对湿度PID控制器、蒸发温度PID控制器、室内温度PID控制器、膨胀阀开度PID控制器的控制模式如下：
对于前述任一PID控制器，其
偏差e(n)＝(目标控制量数值-实际控制量数值)×10；
此次偏差的差△e(n)＝e(n)-e(n-1)；
前次偏差的差：△e(n-1)＝e(n-1)-e(n-2)；
比例控制量HzKp；积分控制量HzKi；微分控制量HzKd；
HzKp＝Kp1*△e(n)；HzKi＝Ki1*e(n)；HzKd＝Kd1*[△e(n)-△e(n-1)]；
其中Kp表示比例常数；Ki表示积分常数；Kd表示微分常数；
输出系数Out_gain根据实际情况确定系数；
输出补正后的输出量Hzout；上次输出补正后的输出量Hzout1；过滤后的输出量Hzoutf；
前次控制量F(n-1)；此次控制量F(n)；输出无补正的输出增量△F(n)；
△F(n)＝HzKp1+HzKi1+HzKd1＝Kp1*△e(n)+Ki1*e(n)+Kd1*[△e(n)-△e(n-1)]；
Hzout＝Out_gain*△F(n)；Hzoutf＝(Hzout+(Hzout1)*2)/3；F(n)＝F(n-1)+Hzoutf；
上述算法每15s更新一次。
还包括用于实现所述相对湿度PID控制器、蒸发温度PID控制器、室内温度PID控制器、膨胀阀开度PID控制器自适应调节的步骤，具体是指：
对于任意前述PID控制器，基于其相应的实时偏差值E的阈值范围[Emin，Emax]进行分区间处理：具体而言，对于当前结果数据与目标结果数据的偏差E，分别将其分为8个区间[Emin，Emin+a]、[Emin+a，Emin+2a]...[Emax-2a，Emax-a]、[Emax-a，Emax]；其中a＝(Emax-Emin)/8；计算得到当前偏差E区间的7个节点：E1＝Emin+a、E2＝Emin+2a、E3＝Emin+3a、E4＝Emin+4a、E5＝Emin+5a、E6＝Emin+6a、E7＝Emin+7a；
对于某次计算得到的实时偏差Enew，Ei≤Enew≤Ei+1，将其归属于在数值区间上更接近的一个，且当Ei≤E1时归属为E1，当Ei≥E7时归属为E7；i＝1、2、3、4、5、6；
对于某一PID控制器控制的相应对象，设置8个分档调节量，并将调节量的大小分别与该PID控制器相应的偏差区间进行对应。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种制冷系统多目标联动响应控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.设定目标湿度值、目标设定室温、目标蒸发温度、目标排气温度；
B.通过相对湿度PID控制器调节蒸发温度控制湿度；通过蒸发温度PID控制器和室内温度PID控制器调节调节压缩机频率控制蒸发温度；通过膨胀阀开度PID控制器调节膨胀阀控制排气温度，具体而言，包括：
b1.基于目标蒸发温度与当前蒸发温度的偏差，由蒸发温度PID控制器计算得到所需的第一压缩机频率修正量f1；基于目标室内温度与当前室内温度的偏差，有室内温度PID控制器计算得到所需的第二压缩机频率修正量f2；以第一压缩机频率修正量f1和第二压缩机频率修正量f2为基础计算压缩机频率调节量F，且
若f1＜f2，则F＝max(f1，f2)＝f2；
若f1≥f2且当前蒸发温度≥16℃，则F＝max(f1，f2)＝f1；
若f1≥f2且当前蒸发温度＜16℃，则F＝min(f1，f2)＝f2；
b2.基于目标排气温度与实际排气温度的偏差，由膨胀阀开度PID控制器计算得到所需要的膨胀阀开度修正量对膨胀阀开度进行修正；
b3.基于目标相对湿度与当前相对湿度的偏差，由相对湿度PID控制器计算得到所需的预期蒸发温度；
b4.用预期蒸发温度替换目标蒸发温度，返回步骤b1，重新计算更新。
2.根据权利要求1所述的一种制冷系统多目标联动响应控制方法，其特征在于，所述目标湿度值为40％-60％，目标设定室温值为22℃-28℃，目标蒸发温度值为7℃-20℃。
3.根据权利要求1所述的一种制冷系统多目标联动响应控制方法，其特征在于，所述目标湿度值为52％、目标设定室温值为26℃、目标蒸发温度值为12℃。
4.根据权利要求1所述的一种制冷系统多目标联动响应控制方法，其特征在于，如果当前实际相对湿度＞52％，取目标蒸发温度＝Td-1；如果当前实际相对湿度＜52％，取目标蒸发温度＝Td+1。
5.根据权利要求1所述的一种制冷系统多目标联动响应控制方法，其特征在于，所述目标排气温度DisT根据压缩机频率进行计算，且：DisT＝a*H+b；式中DisT表示目标排气温度，单位℃；H表示压缩机频率，单位为Hz；a表示目标排气温度系数，取值范围0.35-0.82；b表示目标排气温度系数，取值范围30-55。
6.根据权利要求1所述的一种制冷系统多目标联动响应控制方法，其特征在于，所述蒸发温度由设置在空调器室内换热器盘管上的温度传感器测量获得，所述排气温度由设置在室外机压缩机排气口附近的温度传感器获得，所述室内温度由设置在是室内机回风口处的温度传感器获得，所述相对湿度由设置在是室内机回风口处的湿度传感器获得。
7.根据权利要求1所述的一种制冷系统多目标联动响应控制方法，其特征在于，所述相对湿度PID控制器、蒸发温度PID控制器、室内温度PID控制器、膨胀阀开度PID控制器的控制模式如下：
对于前述任一PID控制器，其
偏差e(n)＝(目标控制量数值-实际控制量数值)×10；
此次偏差的差△e(n)＝e(n)-e(n-1)；
前次偏差的差：△e(n-1)＝e(n-1)-e(n-2)；
比例控制量HzKp；积分控制量HzKi；微分控制量HzKd；
HzKp＝Kp1*△e(n)；HzKi＝Ki1*e(n)；HzKd＝Kd1*[△e(n)-△e(n-1)]；
其中Kp表示比例常数；Ki表示积分常数；Kd表示微分常数；
输出系数Out_gain根据实际情况确定系数；
输出补正后的输出量Hzout；上次输出补正后的输出量Hzout1；过滤后的输出量Hzoutf；
前次控制量F(n-1)；此次控制量F(n)；输出无补正的输出增量△F(n)；
△F(n)＝HzKp1+HzKi1+HzKd1＝Kp1*△e(n)+Ki1*e(n)+Kd1*[△e(n)-△e(n-1)]；
Hzout＝Out_gain*△F(n)；Hzoutf＝(Hzout+(Hzout1)*2)/3；F(n)＝F(n-1)+Hzoutf；
上述算法每15s更新一次。
8.根据权利要求1所述的一种制冷系统多目标联动响应控制方法，其特征在于，还包括用于实现所述相对湿度PID控制器、蒸发温度PID控制器、室内温度PID控制器、膨胀阀开度PID控制器自适应调节的步骤，具体是指：
对于任意前述PID控制器，基于其相应的实时偏差值E的阈值范围[Emin，Emax]进行分区间处理：具体而言，对于当前结果数据与目标结果数据的偏差E，分别将其分为8个区间[Emin，Emin+a]、[Emin+a，Emin+2a]...[Emax-2a，Emax-a]、[Emax-a，Emax]；其中a＝(Emax-Emin)/8；计算得到当前偏差E区间的7个节点：E1＝Emin+a、E2＝Emin+2a、E3＝Emin+3a、E4＝Emin+4a、E5＝Emin+5a、E6＝Emin+6a、E7＝Emin+7a；
对于某次计算得到的实时偏差Enew，Ei≤Enew≤Ei+1，将其归属于在数值区间上更接近的一个，且当Ei≤E1时归属为E1，当Ei≥E7时归属为E7；i＝1、2、3、4、5、6；
对于某一PID控制器控制的相应对象，设置8个分档调节量，并将调节量的大小分别与该PID控制器相应的偏差区间进行对应。
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