CN115327888B - 一种循环水泵流量的pid算法、直流循环水泵、空气能热泵 - Google Patents

一种循环水泵流量的pid算法、直流循环水泵、空气能热泵 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种循环水泵流量的PID算法，包括如下步骤：S1:每隔固定周期T后，采集进水温度Twi、出水温度Two_B，并获得水温温差e(n)；S2:更新之前至少2次的水温温差e(n‑1)、e(n‑2)；S3:根据上述的水温温差e(n)、e(n‑1)、e(n‑2)计算PWM调节值Δ，并且每隔固定周期T更新PWM调节值Δ0＝Δ；S4:采集当前的流量Fw，并计算理论出水温度Ttype；S5:根据当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype调节并更新PWM占空比。通过采集进水温度和出水温度，并获得水温温差，并且获取最近三次的水温温度，并根据最近三次的水温温差计算PWM调节值Δ，并且每隔滞后时间更新PWM调节值；然后通过当前流量和理论出水温度之间比较计算是否更新占空比，以达到水泵内流量调节的目的，以使出水流量更为精确控制。

Description

一种循环水泵流量的PID算法、直流循环水泵、空气能热泵
技术领域
本发明涉及空气能热泵技术领域，具体而言，涉及一种循环水泵流量的PID算法、直流循环水泵、空气能热泵。
背景技术
随着空气能热泵热水机日益普及，人们对空气能热泵热水机的需求也越来越高，故如何使空气能热泵热水机节能、高效且较为精准的出水，为此采用合适的流量控制方式是亟需解决的问题。
基于此，发明人提出一种循环水泵流量的PID算法来解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决的问题是如何使空气能热泵热水机节能、高效且较为精准的出水的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供一种循环水泵流量的PID算法，包括如下步骤：S1:每隔固定周期T后，采集进水温度Twi、出水温度Two_B，并获得水温温差e(n)；S2:更新之前至少2次的水温温差e(n-1)、e(n-2)；S3:根据上述的水温温差e(n)、e(n-1)、e(n-2)计算PWM调节值Δ，并且每隔滞环时间t更新PWM调节值Δ0＝Δ；其中，Δ0为上一次计算PWM占空比调节量，Δ为计算PWM占空比调节量；S4:采集当前的流量Fw，并计算理论出水温度Ttype；S5:根据当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype是否调节并更新PWM占空比。
与现有技术相比，采用本方案所能达到的技术效果：通过采集进水温度和出水温度，并获得水温温差，并且获取最近三次的水温温度，并根据最近三次的水温温差计算PWM调节值Δ，并且每隔固定周期更新PWM调节值；然后通过当前流量和理论出水温度之间比较计算是否更新占空比，以达到水泵内流量调节的目的，以使出水流量更为精确控制。
在本实施例中，更新之前至少2次连续的水温温差e(n-1)、e(n-2)，包括:将第n个的水温温差代替第n-1个的水温温差，依次将至少2个水温温差代替上一个的水温温差，直至将第n-1个的水温温差代替第n-2个的水温温差。
采用该技术方案后的技术效果为，采用上述的方式依次替换之前至少2次连续的水温温差，通过将第n个水温温差代替第n-1个水温温差，并依次将至少2个水温温差代替上一个水温温差，直至将第n-1个的水温温差代替第n-2个的水温温差，以此将至少2次的水温温差进行更新，以计算PWM调节值Δ。
在本实施例中，根据上述的水温温差e(n)、e(n-1)、e(n-2)计算PWM调节值Δ包括：采用PID算法计算PWM调节值Δ，具体公式如下：P-para*[e(n)-e(n-1)]+I-para*e(n)+D-para*{[e(n)-e(n-1)]-[e(n-1)-e(n-2)]},其中，P-para表示比例参数，I-para表示微分参数，D-para表示积分参数。
采用该技术方案后的技术效果为，采用PID算法计算PWM的调节值Δ，采用按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制的自动控制器，PID控制算法是结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法，通过比例参数乘以当前水温温差以及上一次水温温差、微分参数乘以当前水温温差、积分参数乘以上一次水温温差和上上次水温温差之和来得到PWM的调节值Δ。
在本实施例中，采集当前的流量Fw，并计算理论出水温度Ttype包括采用如下公式进行计算：Ttype＝α*Fw2+β*Fw+γ，其中，α为第一理论计算水温参数，单位为1/(℃)2；β为第二理论计算水温参数，单位为1/℃；γ为第三理论计算水温参数，单位为℃。
采用该技术方案后的技术效果为，通过采集当前的出水流量，并采用公式计算理论上的出水温度，其中，α、β、γ均为理论计算水温参数，当供暖方式是地暖的情况下，可以调整理论计算水温参数α、β、γ匹配用户地板传热环境通过公司环境实验室模拟，且上述的理论计算水温参数α、β、γ均可根据水泵设置的具体情况进行修改和调整。
在本实施例中，根据当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype是否调节并更新PWM占空比，包括如下步骤：S100:将当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值与流量调节的上限值TA比较，若当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值小于或等于流量调节的上限值TA，则更新PWM占空比，或，S200:若当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值大于或者等于流量调节的下限值TB，则更新PWM占空比。
采用该技术方案后的技术效果为，通过理论出水温度和实际出水温度之间进行比较，当理论出水温度和实际出水温度之差的绝对值在流量调节的上限值和下限值之间时，调节更新PWM占空比，以使实际出水温度能够更加贴合理论出水温度，以保证出水温度的精确控制。
在本实施例中，在步骤S100中更新PWM占空比PWM＝PWM0+Δ0；步骤S200中更新PWM占空比PWM＝PWM0-Δ0，其中，PWM0为上一次的PWM占空比，PWM为当前更新的PWM占空比。
采用该技术方案后的技术效果为，上述步骤中PWM调节值根据理论出水温度和实际出水温度之差的绝对值小于流量调节的上限值TA时，通过PWM＝PWM0+Δ0来更新PWM占空比；根据理论出水温度和实际出水温度之差的绝对值大于流量调节的下限值TB时，通过PWM＝PWM0+Δ0来调节更新PWM占空比，采用上述方式以使PWM的占空比更为精确。
在本实施例中，根据当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype是否调节并更新PWM占空比，还包括如下步骤：S300:若当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值小于流量调节的下限值TB，或当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值大于流量调节的上限值TA,则不更新PWM占空比。
采用该技术方案后的技术效果为，流量调节有上限值TA和下限值TB，当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值小于流量调节的下限值TB，或者当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值大于流量调节的上限值TA，此时表明需要流量调节的量超过了上限值和下限值，无法进行精确调节，为此，此次不做调节，等到下一次检测水温温差时进行调节。
在本实施例中，流量调节的上限值TA和流量调节的下限值TB根据环境场所的升降温特性调节。
采用该技术方案后的技术效果为，流量调节的上限值TA和流量调节的下限值TB可以通过环境试验室模拟，且上限值TA和下限值TB可根据相应的实际情况进行调节。
本申请还提供一种直流循环水泵，包括的循环水泵流量的PID算法。
采用该技术方案后的技术效果为，能够实现上述任意一种实例的技术效果，此处不再赘述。
本申请还提供一种空气能热泵，包括的一种直流循环水泵。
采用该技术方案后的技术效果为，能够实现上述任意一种实例的技术效果，此处不再赘述。
附图说明
图1为本发明中进出水温温度传感器电路的示意图；
图2为本发明中流量调节的逻辑框图。
图3为本发明中水泵控制信号逻辑的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
【第一实施例】参考图1、2所示，本发明提供一种循环水泵流量的PID算法，包括如下步骤：S1:每隔固定周期T后，采集进水温度Twi、出水温度Two_B，并获得水温温差e(n)；S2:更新之前至少2次的水温温差e(n-1)、e(n-2)；S3:根据上述的水温温差e(n)、e(n-1)、e(n-2)计算PWM调节值Δ，并且每隔滞环时间t更新PWM调节值Δ0＝Δ；其中，Δ0为上一次计算PWM占空比调节量，Δ为计算PWM占空比调节量；S4:采集当前的流量Fw，并计算理论出水温度Ttype；
S5:根据当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype是否调节并更新PWM占空比。
本实施例中，本算法可应用于热泵热水机中，采用Twi传感器AD采样口对进水温度Twi进行检测采样；而采用Two B传感器AD采样口对出水温度Two B进行检测采样，而采用Two A传感器AD采样口对出水温度Two A进行检测采样。其中，Twi为热泵热水机进水温度传感器，Two A为热泵热水机板换出水温度传感器，Two B为热泵热水机总出水温度传感器。
其中，进出水温温度传感器的电路示意图如图1所示，Twi传感器AD采样口与Twi传感器口之间串联有电阻R1，且Twi传感器AD采样口与Twi传感器口之间还连接有电阻R2以及电容C1,且电阻R2的一端接地；电容C1的主要作用为阻交流、通直流的作用；而电阻R1、R2更多起到保护电阻的作用。
Two A传感器AD采样口与Two A传感器口之间也串联有电阻R3，且Two A传感器AD采样口与Two A传感器口之间还连接有电阻R4以及电容C2，且电阻R4的一端接地；上述的电容C2，电阻R3、R4的作用与电容C1，电阻R1、R2的作用一致。
同理，Two B传感器AD采样口与Two B传感器口之间也串联有电阻R5，且Two A传感器AD采样口与Two A传感器口之间还连接有电阻R5以及电容C3，且电阻R6的一端接地；上述的电容C3，电阻R5、R6的作用与电容C2，电阻R3、R4的作用一致。
本实施例中的水温温差e(n)＝Two_B-Twi，且在此之前前两次连续的水温温差记为e(n-1)、e(n-2)。
而后根据当前的水温温差，以及在此之前的两次连续水温温差作为计算依据，计算出PWM调节值Δ，计算方式作为优选的是采用PID算法进行计算，并且每隔滞环时间t更新PWM调节值Δ0＝Δ，即上一次计算的PWM占空比调节值赋值给本次计算PWM占空比调节值。
最后，通过采用当前的出水流量Fw，并采用相应的公式计算理论出水温度Ttype，并最后根据当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype调节进行比较，且根据比较的结果更新PWM占空比。通过更新PWM占空比，来调节水流的流量，具体的是，PWM就是脉宽调制器，通过调制器给电机提供一个具有一定频率的脉冲宽度可调的脉冲电。一般的水泵，占空比加大，水泵减速；占空比减小，水泵加速(部分控制逻辑相反的水泵，占空比减小，水泵加速；占空比加大，水泵减速)，如图3所示，在一定范围内，占空比加大，水泵减速；占空比减小，水泵加速。
参考图1、2所示，更新之前至少2次连续的水温温差e(n-1)、e(n-2)，包括:将第n个的水温温差代替第n-1个的水温温差，依次将至少2个水温温差代替上一个的水温温差，直至将第n-1个的水温温差代替第n-2个的水温温差。其中第n个水温温差为最新测量的数据，则第n-1个水温温差为次新测量的数据。
本实施例中，为了能够计算PWM调节Δ，将最近的N次水温温差作为计算依据，作为优选的是，采用最近的三次水温温差作为计算依据,。
由于控制器内的存储单元仅能保存有限个水温温差值，比如只能保存3个水温温差，举例，当前水温温差是每隔固定周期后的第4次采样，采样的水温温差e(4)＝Two_B-Twi，而第3次的水温温差为e(3)，第2次的水温温差为e(2)，由于控制器内的存储单元仅能保存有3个水温温差值，故第1次采样的水温温差被覆盖，即将第4次采样的水温温差替换为第3次的采样的水温温差；将第3次的采样的水温温差替换为第2次的采样水温温差；将第2次的采样的水温温差替换为第1次的采样的水温温差。从而更新采样前三次的水温温差并记录在控制器内。
以此达到控制器能够记录至少3个最新的水温温差的目的，为后续计算PWM值提供了方便。
参考图1、2所示，根据上述的水温温差e(n)、e(n-1)、e(n-2)计算PWM调节值Δ包括：采用PID算法计算PWM调节值Δ，具体公式如下：P-para*[e(n)-e(n-1)]+I-para*e(n)+D-para*{[e(n)-e(n-1)]-[e(n-1)-e(n-2)]},其中，P-para表示比例参数，I-para表示微分参数，D-para表示积分参数。
本实施例中，采用PID算法计算PWM的调节值Δ，采用按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制，PID控制算法是结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法，通过比例参数乘以当前水温温差以及上一次水温温差、微分参数乘以当前水温温差、积分参数乘以上一次水温温差和上上次水温温差之和来得到PWM的调节值Δ。
P-para表示比例参数，I-para表示微分参数，D-para表示积分参数。
参考图1、2所示，采集当前的流量Fw，并计算理论出水温度Ttype包括采用如下公式进行计算：Ttype＝α*Fw2+β*Fw+γ，其中，α为第一理论计算水温参数，单位为1/(℃)2；β为第二理论计算水温参数，单位为1/℃；γ为第三理论计算水温参数，单位为℃。|Ttype-Two_B|≥TB
经过一定的滞环时间t后，采集当前的出水流量Fw(采用Two B传感器AD采样口对出水温度Two B进行检测采样)，并通过相对应的传热公式，计算出当前的出水流量下的理论水温值Ttype，传热公式如下：Ttype＝α*Fw2+β*Fw+γ，其中，α为第一理论计算水温参数，单位为1/(℃)2；β为第二理论计算水温参数，单位为1/℃；γ为第三理论计算水温参数，单位为℃。其中，α、β、γ均为理论计算水温参数，当供暖方式是地暖的情况下，可以调整理论计算水温参数α、β、γ匹配用户地板传热环境通过环境实验室模拟可得，且上述的理论计算水温参数α、β、γ均可根据水泵设置的具体情况以及环境因素进行修改和调整。
参考图1、2所示，根据当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype是否调节并更新PWM占空比，包括如下步骤：S100:将当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值与流量调节的上限值TA比较，若当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值小于或等于流量调节的上限值TA，则更新PWM占空比，或，S200：若当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值大于或者等于流量调节的下限值TB，则更新PWM占空比。
当根据传热公式计算当前流量下的理论水温值后，与实际出水温度进行比较，根据比较的结果来更新PWM占空比，以更为精确精准的控制水泵的出水流量。
流量调节会有上限值TA和下限值TB，即流量调节的最小范围和最大范围，处于上限值TA和下限值TB之间时，更新PWM占空比。如当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值小于流量调节的上限值TA，则表明此次的流量调节处于最大范围之内，可更新PWM占空比；亦或者当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值大于或者等于流量调节的下限值TB，则表明此次的流量调节大于最小范围之内，则可更新PWM占空比。
参考图1、2所示，在步骤S100中更新PWM调节值PWM＝PWM0+Δ0；步骤S200中更新PWM调节值PWM＝PWM0-Δ0，其中，PWM0为上一次的PWM占空比，PWM为当前更新的PWM占空比。
上述步骤中PWM调节值根据理论出水温度和实际出水温度之差的绝对值小于流量调节的上限值TA时，通过PWM＝PWM0+Δ0来调节更新PWM占空比，其中，PWM0为上一个周期下的PWM占空比，PWM为该周期下的PWM占空比，Δ0为PWM调节值，通过增加Δ0来更新该周期下的PWM占空比。若当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值大于或者等于流量调节的下限值TB，通过PWM＝PWM0-Δ0来调节更新PWM占空比，其中，PWM0为上一个周期下的PWM占空比，PWM为该周期下的PWM占空比，Δ0为PWM调节值，通过减少Δ0来更新该周期下的PWM占空比。
参考图1、2所示，根据当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype是否调节并更新PWM占空比，还包括如下步骤：S300:若当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值小于流量调节的下限值TB，或者当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值大于流量调节的上限值TA,则不更新PWM占空比。
流量调节有上限值TA和下限值TB，当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值小于流量调节的下限值TB，或者当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值大于流量调节的上限值TA，此时表明需要流量调节的量以及超过了上限值和下限值，无法进行精确调节，为此，此次不做调节，等到下一次检测水温温差时进行调节。
参考图1、2所示，流量调节的上限值TA和流量调节的下限值TB根据环境场所的升降温特性调节。
流量调节的上限值TA和流量调节的下限值TB可以通过环境试验室模拟，且上限值TA和下限值TB可根据相应的实际情况进行调节。
【第二实施例】本发明还提供一种直流循环水泵，包括的循环水泵流量的PID算法。
能够实现上述任意一种实例的技术效果，此处不再赘述。
【第三实施例】本发明还提供一种空气能热泵，包括的一种直流循环水泵。
能够实现上述任意一种实例的技术效果，此处不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (6)

1.一种循环水泵流量的PID算法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:每隔固定周期T后，采集进水温度Twi、出水温度Two_B，并获得水温温差e(n)；
S2:更新之前至少2次的水温温差e(n-1)、e(n-2)；
S3:根据上述的水温温差e(n)、e(n-1)、e(n-2)计算PWM调节值Δ，并且每隔滞环时间t更新PWM调节值Δ0＝Δ；其中，Δ0为上一次计算PWM占空比调节值，Δ为计算PWM占空比调节值；
S4:采集当前的流量Fw，并计算理论出水温度Ttype；
S5:根据当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype是否调节并更新PWM占空比；
所述根据上述的水温温差e(n)、e(n-1)、e(n-2)计算PWM调节值Δ包括：采用PID算法计算PWM调节值Δ，具体公式如下：P-para*[e(n)-e(n-1)]+I-para*e(n)+D-para*{[e(n)-e(n-1)]-[e(n-1)-e(n-2)]},其中，P-para表示比例参数，I-para表示微分参数，D-para表示积分参数；
根据当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype是否调节并更新PWM占空比，包括如下步骤：
S100:将当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值与流量调节的上限值TA比较，若当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值小于或等于流量调节的上限值TA，则更新PWM占空比，或，
S200:若当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值大于或者等于流量调节的下限值TB，则更新PWM占空比；
在步骤S100中更新PWM占空比PWM＝PWM0+Δ0；步骤S200中更新PWM占空比PWM＝PWM0-Δ0，其中，PWM0为上一次的PWM占空比，PWM为当前更新的PWM占空比；
根据当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype是否调节并更新PWM占空比，还包括如下步骤：
S300:若当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值小于流量调节的下限值TB，或
当前的出水温度Two_B与理论出水温度Ttype之差的绝对值大于流量调节的上限值TA,则不更新PWM占空比。
2.根据权利要求1所述的循环水泵流量的PID算法，其特征在于，所述更新之前至少2次连续的水温温差e(n-1)、e(n-2)，包括:将第n个所述的水温温差代替第n-1个所述的水温温差，依次将至少2个所述水温温差代替上一个所述的水温温差，直至将第n-1个所述的水温温差代替第n-2个所述的水温温差。
3.根据权利要求1所述的循环水泵流量的PID算法，其特征在于，所述采集当前的流量Fw，并计算理论出水温度Ttype包括采用如下公式进行计算：Ttype＝α*Fw2+β*Fw+γ，其中，α为第一理论计算水温参数，单位为1/(℃)2；β为第二理论计算水温参数，单位为1/℃；γ为第三理论计算水温参数，单位为℃。
4.根据权利要求1所述的循环水泵流量的PID算法，其特征在于，所述流量调节的上限值TA和流量调节的下限值TB根据环境场所的升降温特性调节。
5.一种直流循环水泵，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的循环水泵流量的PID算法。
6.一种空气能热泵，其特征在于，包括如权利要求5所述的一种直流循环水泵。
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