CN113757977B - 一种基于双模糊控制的变频房间空调器压缩机频率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双模糊控制的变频房间空调器压缩机频率控制方法，该方法为：控制系统预设制冷模式下室内环境温度阈值以及压缩机运行频率阈值；空调制冷运行，执行模糊控制1，获得第一压缩机运行频率调整量u_y；若当前室内温度不小于预设的室内环境温度阈值，则根据u_y调整压缩机的运行频率；否则，判断u_y是否不大于零；若“是”，根据u_y调整压缩机的运行频率；若“否”，执行模糊控制2，获得第一调整系数u_z；选择(1.0‑u_z)与1.0中的较小值作为第二调整系数K₂；将K₂与u_y的乘积值作为压缩机运行频率的目标调整量，据此调整压缩机的运行频率。本发明方法可有效提高变频房间空调器在制冷模式运行时的节能性与舒适性。

Description

一种基于双模糊控制的变频房间空调器压缩机频率控制方法

技术领域

本发明涉及变频房间空调器技术领域，具体而言，是涉及一种变频房间空调器制冷模式下压缩机运行频率的控制方法。

背景技术

现阶段，制冷模式下，绝大多数变频房间空调器压缩机运行频率控制算法的核心为：下一时刻压缩机的目标运行频率等于当前时刻压缩机的运行频率加上根据控制规则得出的压缩机运行频率目标调整量。传统的获取压缩机运行频率目标调整量的方法旨在尽快降低室内温度至用户设定温度以及维持室内温度在用户设定温度附近。

一方面，采用这种传统的控制方法，变频房间空调器开机后，为尽快达到用户设定温度，压缩机运行频率会迅速上升至高频段或超高频段。但实际上，变频房间空调器的制冷量与压缩机的运行频率二者之间并不呈线性关系：频率超过一定值时，再提高压缩机的运行频率，变频房间空调器的制冷量几乎不发生变化，但变频房间空调器的能效比会显著降低。因此，传统的压缩机频率控制方法无法保证制冷模式下变频房间空调器的高能效运行。

另一方面，用户设定的温度有时并不代表用户真实的热舒适需求。很多情况下，用户为了尽快获得凉爽的感觉，会将温度设定的非常低。但室内温度下降至人体舒适温度的阈值后，如果仍然保持室内温度快速下降的趋势，反而会引起人员的不舒适感。为尽快消除冷感，相当一部分用户选择直接关闭变频房间空调器，造成变频房间空调器短时间运行即被关闭以及变频房间空调器在一段时间内反复启停的现象，进而降低了变频房间空调器的舒适性能。

基于以上原因，应当研究一种能够提高变频房间空调器制冷运行时的节能性及舒适性的压缩机运行频率控制方法。

发明内容

本发明提出一种变频房间空调器压缩机运行频率的控制方法，其目的在于提高变频房间空调器制冷运行时的节能性及舒适性。为达到上述目的，本发明提供的变频房间空调器压缩机运行频率的控制方法采用以下技术方案予以实现：

一种基于双模糊控制的变频房间空调器压缩机频率控制方法，包括以下步骤：

空调控制器预设制冷模式下室内环境温度阈值以及压缩机运行频率阈值，所述预设的压缩机运行频率阈值取值范围为[60HZ,70HZ]；

空调制冷运行，获取用户设定温度、当前室内环境温度、当前压缩机运行频率；

计算温差e_y和温差变化率ec_y，其中所述温差e_y＝当前室内环境温度-用户设定温度，所述温差变化率ec_y＝de_y/dt；

执行模糊控制1：所述模糊控制1采用双输入单输出的模糊控制器，所述双输入分别为所述温差e_y和所述温差变化率ec_y；两个输入变量在模糊控制器中经模糊化、模糊推理和解模糊处理后，输出第一压缩机运行频率调整量u_y；

判断所述当前室内环境温度是否不小于设定室内环境温度阈值；

若“是”，则将所述第一压缩机运行频率调整量u_y作为变频房间空调器压缩机运行频率的目标调整量输出，用于调整压缩机的运行频率；

若“否”，判断第一压缩机运行频率调整量是否不大于零：若“是”，则将所述第一压缩机运行频率调整量u_y作为变频房间空调器压缩机运行频率的目标调整量输出，用于调整压缩机的运行频率；若“否”，计算频率偏差e_z，所述频率偏差e_z＝压缩机运行频率阈值-当前变频房间空调器压缩机运行频率；执行模糊控制2：所述模糊控制2采用双输入单输出的模糊控制器，所述双输入分别为所述频率偏差e_z以及所述温差变化率ec_y，两个输入量在模糊控制器中经模糊化、模糊推理和解模糊处理后，获得第一调整系数u_z；之后，选择(1.0-u_z)与1.0中的较小值作为第二调整系数K₂；计算所述第二调整系数K₂与所述第一压缩机运行频率调整量u_y二者的乘积，并将其作为变频房间空调器压缩机运行频率的目标调整量输出，并根据目标调整量实现制冷模式下对压缩机运行频率的控制。

上述技术方案中，进一步地，所述模糊控制1中：所述温差e_y选择的基本论域为[-4℃，4℃]，所述温差变化率ec_y选择的基本论域为[-0.03℃/s,0.03℃/s]，所述第一压缩机运行频率调整量u_y的基本论域为[-12HZ，12HZ]；模糊变量E_y、模糊变量EC_y和模糊变量U_y其论域均为{-3,-2,-1,0,1,2,3}，E_y、EC_y和U_y分别为温差e_y、温差变化率ec_y和第一压缩机运行频率调整量u_y所对应的模糊变量；所述输入变量温差e_y的量化因子为0.75，所述输入变量温差变化率ec_y的量化因子为100，所述输出变量第一压缩机运行频率调整量u_y的量化因子为4；输入变量和输出变量论域对应的模糊子集均为{NB,NM,NS,ZR,PS,PM,PB}，其中，NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，ZR表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大；所述输入变量和输出变量的NB和PB选择梯形隶属函数，其余均采用三角形隶属函数；采用Mamdani模糊推理运算；采用重心法进行解模糊化运算。

进一步地，所述模糊控制2中：所述频率偏差e_z选择的基本论域为[-21HZ，21HZ]，所述温差变化率ec_y选择的基本论域为[-0.015℃/s,0.015℃/s]，所述第一调整系数u_z的基本论域为[-0.75，0.75]；模糊变量E_z、模糊变量EC_y ^*和模糊变量U_z的论域均为{-3,-2,-1,0,1,2,3}，E_z、EC_y ^*和U_z分别为温差频率偏差e_z、温差变化率ec_y和第一调整系数u_z所对应的模糊变量；所述输入变量温差频率偏差e_z的量化因子为7，所述输入变量温差变化率ec_y的量化因子为200，所述输出变量第一调整系数u_z的量化因子为0.25；输入变量和输出变量论域对应的模糊子集均为{NB,NM,NS,ZR,PS,PM,PB}，其中，NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，ZR表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大；所述输入变量和输出变量的NB和PB选择梯形隶属函数，其余均采用三角形隶属函数；采用Mamdani模糊推理运算；采用重心法进行解模糊化运算。

进一步地，所述模糊控制1的模糊控制规则表如下：

进一步地，所述模糊控制2的模糊控制规则表如下：

本发明的有益效果为：

本发明所提供的基于双模糊控制的变频房间空调器压缩机频率控制方法，可以在室内环境温度高于预设的室内环境温度阈值时，使室内环境温度快速降低；而在室内环境温度低于预设的室内环境温度的阈值后，可以避免室内环境温度下降过快，同时可以降低压缩机在高频及超高频段运行的概率。采用本发明的方法，一方面保障了制冷模式下室内温度调节的舒适性；另一方面也提高了变频房间空调器的运行能效比，降低了空调能耗，实现了节能性。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案加以详细说明。

如图1所示，变频房间空调器开机后选择制冷模式运行时，本实施例的变频房间空调器压缩机运行频率控制方法包括如下步骤：

步骤S101：获取用户设定温度、当前室内环境温度、当前压缩机运行频率。

具体来说，所述用户设定温度是指用户希望室内环境所达到的温度，用户设定温度可以是用户通过遥控器或空调面板所输入的一个温度值，该设定温度可以直接被变频房间空调器主板获取到。当前室内环境温度是指在变频房间空调器开机运行后，根据设定温度采样频率不断获取并更新的室内环境温度。

步骤S102：计算温差e_y和温差变化率ec_y，其中所述温差e_y＝当前室内环境温度-用户设定温度，温差变化率ec_y＝de_y/dt。

步骤S103：执行模糊控制1：将温差e_y和温差变化率ec_y作为输入变量输入模糊控制器，两个输入变量在模糊控制器中经模糊化、模糊推理和解模糊处理后，输出第一压缩机运行频率调整量u_y。

步骤S103中，输入变量温差e_y选择的基本论域为[-4℃，4℃]，输入变量温差变化率ec_y选择的基本论域为[-0.03℃/s,0.03℃/s]，输出变量第一压缩机运行频率调整量u_y所选择的基本论域为[-12HZ，12HZ]；温差e_y、温差变化率ec_y以及第一压缩机运行频率调整量u_y所对应的模糊变量E_y、EC_y和U_y的论域均为{-3,-2,-1,0,1,2,3}；输入变量温差e_y的量化因子为0.75，输入变量温差变化率ec_y的量化因子为100，输出变量第一压缩机运行频率调整量u_y的量化因子为4；输入变量和输出变量论域对应的模糊子集均为{NB,NM,NS,ZR,PS,PM,PB}，其中，NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，ZR表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大；所述输入变量和输出变量的NB和PB选择梯形隶属函数，其余均采用三角形隶属函数；采用Mamdani模糊推理运算，模糊控制规则表如表1所示；采用重心法进行解模糊化运算。

表1模糊控制规则表(模糊控制1)

步骤S104：判断所述当前室内温度是否不小于预设的室内环境温度阈值。若“是”，执行步骤105；否则执行步骤106。

预设的室内环境温度阈值在变频房间空调器出厂时已经由空调生产厂商写入空调控制器内。一般情况下，该预设的室内环境温度阈值只能由空调生产厂商或专业技术人员修改，而不能被空调用户修改。该预设的室内环境温度阈值是在夏季典型着装条件下，大多数人员对室内热环境基本满意、不会感觉太热的一个温度值，例如28℃。

步骤S105：如果步骤S104判定当前室内温度不小于预设的室内环境温度阈值，则将步骤S103中输出的第一压缩机运行频率调整量u_y作为变频房间空调器压缩机运行频率的目标调整量，据此调整压缩机的运行频率。

步骤S106：如果步骤S104判定当前室内温度小于预设的室内环境温度阈值，则判断S103中输出的第一压缩机运行频率调整量u_y是否不大于零。若“是”，执行步骤107；否则执行步骤108。

步骤S107：如果步骤S106判定S103中输出的第一压缩机运行频率调整量u_y不大于零，则将步骤S103中输出的第一压缩机运行频率调整量u_y作为压缩机运行频率的目标调整量，据此调整压缩机的运行频率。

步骤S108：如果步骤S106判定S103中输出的第一压缩机运行频率调整量u_y大于零，计算频率偏差e_z，所述频率偏差e_z＝预设的压缩机运行频率阈值-当前变频房间空调器压缩机运行频率。

预设的压缩机运行频率阈值在变频房间空调器出厂时已经由空调生产厂商写入空调控制器内。一般情况下，该预设的压缩机运行频率阈值只能由空调生产厂商或专业技术人员修改，而不能被空调用户修改。该预设的压缩机运行频率阈值接近于变频房间空调器的中间频率，当压缩机运行频率在该预设的频率阈值附近时，变频房间空调拥有较高的能效比。该预设的压缩机运行频率阈值取值范围为[60HZ,70HZ]。

步骤S109：执行模糊控制2：将频率偏差e_z和步骤S102中计算得到的温差变化率ec_y作为输入变量输入模糊控制器，两个输入变量在模糊控制器中经模糊化、模糊推理和解模糊处理后，输出第一调整系数u_z。

步骤S109中，输入变量频率偏差e_z选择的基本论域为[-21HZ，21HZ]，输入变量温差变化率ec_y选择的基本论域为[-0.015℃/s,0.015℃/s]，输出变量第一调整系数u_z所选择的基本论域为[-0.75，0.75]。频率偏差e_z、温差变化率ec_y以及第一调整系数u_z所对应的模糊变量E_z、EC_y ^*和U_z的论域均为{-3,-2,-1,0,1,2,3}。输入变量变量频率偏差e_z量化因子为7，输入变量温差变化率ec_y的量化因子为200，输出变量第一调整系数u_z的量化因子为0.25。输入变量和输出变量论域对应的模糊子集均为{NB,NM,NS,ZR,PS,PM,PB}，其中，NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，ZR表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大；所述输入变量和输出变量的NB和PB选择梯形隶属函数，其余均采用三角形隶属函数；采用Mamdani模糊推理运算，模糊控制规则表如表2所示；采用重心法进行解模糊化运算。

表2模糊控制规则表(模糊控制2)

步骤S110：选择(1.0-u_z)与1.0中的较小值作为第二调整系数K₂输出；

步骤S111：计算步骤S110中获得的第二调整系数K₂与步骤S103中得到的第一压缩机运行频率调整量u_y二者的乘积值，将其作为变频房间空调器压缩机运行频率的目标调整量，据此调整压缩机的运行频率，实现制冷模式下对压缩机运行频率的控制。

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范围。

Claims (5)

1.一种基于双模糊控制的变频房间空调器压缩机频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制系统预设制冷模式下室内环境温度阈值以及压缩机运行频率阈值；

空调制冷运行，获取用户设定温度、当前室内环境温度、当前压缩机运行频率；

计算当前室内环境温度与用户设定温度的差值以及温差变化率；

执行模糊控制1，将当前室内环境温度与用户设定温度的差值以及温差变化率作为模糊控制器输入，采用模糊控制算法计算第一压缩机运行频率调整量；

将所述当前室内环境温度与预设的室内环境温度阈值作比较；

若所述当前室内环境温度不小于所述预设的室内环境温度阈值，则根据所述第一压缩机运行频率调整量调整压缩机的运行频率；

若所述当前室内环境温度小于所述预设的室内环境温度阈值，判断第一压缩机运行频率调整量是否不大于零；

若“是”，根据第一压缩机运行频率调整量调整压缩机的运行频率；

若“否”，计算频率偏差，所述频率偏差＝压缩机运行频率阈值-当前变频房间空调器压缩机运行频率，执行模糊控制2，将频率偏差和温差变化率作为模糊控制器输入，采用模糊控制算法计算第一调整系数；选择1.0与第一调整系数的差值和1.0中的较小值作为第二调整系数；将所述第二调整系数与所述第一压缩机运行频率调整量的乘积值作为压缩机运行频率的目标调整量，并根据目标调整量控制所述变频房间空调器压缩机的运行状态。

2.根据权利要求1所述的基于双模糊控制的变频房间空调器压缩机频率控制方法，其特征在于，所述预设的压缩机运行频率阈值在[60HZ,70HZ]范围内取值。

3.根据权利要求1所述的基于双模糊控制的变频房间空调器压缩机频率控制方法，其特征在于，所述模糊控制1和2中的模糊控制器均采用双输入单输出的二维模糊控制器。

4.根据权利要求1所述的基于双模糊控制的变频房间空调器压缩机频率控制方法，其特征在于，所述的模糊控制2中，输入变量频率偏差e_z所选择的基本论域为[-21HZ,21HZ]，其量化因子为7；输入变量温差变化率ec_y所选择的基本论域为[-0.015℃/s,0.015℃/s]，其量化因子为200；输出变量第一调整系数所选择的基本论域为[-0.75,0.75]，其量化因子为0.25；输入变量与输出变量所对应的模糊变量的论域均为{-3,-2,-1,0,1,2,3}；输入变量和输出变量论域对应的模糊子集均为{NB,NM,NS,ZR,PS,PM,PB}，其中，NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，ZR表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大；所述输入变量和输出变量的NB和PB选择梯形隶属函数，其余均采用三角形隶属函数；采用Mamdani模糊推理运算，采用重心法进行解模糊化运算。

5.根据权利要求1所述的基于双模糊控制的变频房间空调器压缩机频率控制方法，其特征在于，所述的模糊控制2中，模糊规则控制表如下：

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