CN115654665B - 空调及其控制方法、存储介质 - Google Patents

空调及其控制方法、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空调及其控制方法、存储介质。其中空调的控制方法，包括：采集空调的运行数据的时间序列；根据运行数据的时间序列识别室内温度响应时间和末端温度响应时间，并将室内温度响应时间作为第一时间尺度的调节节点的时间间隔，将末端温度响应时间作为第二时间尺度的调节节点的时间间隔；在第一时间尺度的每个调节节点采用第一控制策略对空调的运行参数进行控制；在第二时间尺度的每个调节节点采用第二控制策略对空调的运行参数进行控制。本发明采用多时间尺度以及不同的控制策略对空调进行控制，从而在保证舒适度的前提下，降低空调的运行能耗。

Description

空调及其控制方法、存储介质
技术领域
本发明涉及空调控制的技术领域，尤其涉及一种基于多时间尺度控制的空调控制方法。
背景技术
空调控制的优化一直是空调厂家的一个重要研究方向，通过对空调的控制的优化来实现空调能耗最低的控制。
现有技术中公开号为CN109974218B的现有专利对公开了基于预测的多联机空调系统调控方法，该控制方法根据当地气候特点和空调系统运行特性，考虑建筑物内外温度湿度变化以及人数变化的影响，利用统计或者机器学习，找到最佳COP对应的运行方式，以此对相关运行特性参数以及预控时间进行调节，以希望达到舒适性和节能性的平衡，但是这种方法直接对空调执行器如压缩机、风机和阀门进行控制，极大影响系统的运行可靠性；同时，该方法并未考虑室内温度(响应时间长)与空调系统状态(响应时间短)在响应时间上的差异，造成空调执行器的控制时间尺度过长或过短，限制了空调的控制效果。
因而如何提供一种控制时间尺度恰当的空调的控制方法是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中空调控制的时间尺度不恰当的技术问题，本发明提出了空调及其控制方法、存储介质。
本发明提出的空调的控制方法，包括：
采集空调的运行数据的时间序列；
根据运行数据的时间序列识别室内温度响应时间和末端温度响应时间，并将室内温度响应时间作为第一时间尺度的调节节点的时间间隔，将末端温度响应时间作为第二时间尺度的调节节点的时间间隔；
在第一时间尺度的每个调节节点采用第一控制策略对空调的运行参数进行控制；
在第二时间尺度的每个调节节点采用第二控制策略对空调的运行参数进行控制。
进一步，当第一时间尺度的调节节点与第二时间尺度的调节节点在某个时刻重合时，则采用第一控制策略对空调的运行参数进行控制。
进一步，所述第一控制策略包括：根据预测的室外温度与室内预设温度预测末端温度，根据预测的末端温度对空调的运行参数进行调整。
进一步，当空调运行制冷工况时，根据预测的室外温度与室内预设温度预测末端温度具体通过公式Te＝a*Tout+b*Tin来预测，Te为预测的蒸发温度，Tout为预测的室外温度，Tin为室内预设温度，a为制冷时气温影响系数，b为制冷时室温影响系数。
进一步，当空调运行制热工况时，根据预测的室外温度与室内预设温度预测末端温度具体通过公式Tc＝c*Tout+d*Tin，其中Tc为预测的冷凝温度，Tout为预测的室外温度，Tin为室内预设温度，系数c为制热时气温影响系数，d为制热时室温影响系数。
进一步，当空调具有n个空调末端时，所述室内预设温度通过公式Tin＝(Tin_1+…+Tin_n)/n计算得到，n≥2，Tin_1,…,Tin_n为各个空调末端的室内预设温度。
进一步，根据预测的末端温度对空调的运行参数进行调整具体采用PID方法进行调整，或者采用模糊控制方法进行调整。
进一步，所述室外温度根据天气预报进行预测，或者根据历史天气数据进行预测。
进一步，所述第二控制策略为得到空调能耗最低的策略，且所述第二控制策略使得末端温度的温度变化差值满足预设差值范围。
进一步，所述末端温度包括空调末端的蒸发温度、冷凝温度、出水温度、回水温度、出风温度、回风温度、暖气片温度当中的一种。
本发明提出的空调，包括：
据采集模块，采集空调的运行数据的时间序列；
时间尺度识别模块，根据运行数据的时间序列识别室内温度响应时间和末端温度响应时间，并将室内温度响应时间作为第一时间尺度的调节节点的时间间隔，将末端温度响应时间作为第二时间尺度的调节节点的时间间隔；
控制模块，在第一时间尺度的每个调节节点采用第一控制策略对空调的运行参数进行控制，在第二时间尺度的每个调节节点采用第二控制策略对空调的运行参数进行控制。
进一步，所述控制模块包括：末端温度预测模块，用于预测末端温度，以便所述控制模块可以根据预测的末端温度以及第一控制策略对空调的运行参数进行控制。
进一步，所述控制模块还包括：机组执行器控制模块，用于根据第二控制策略对第一控制策略控制后的空调的运行参数进行控制，使得末端温度的温度变化差值满足预设差值范围。
本发明提出的计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序运行时执行上述技术方案所述的空调的控制方法。
本发明通过考虑到空调的输出能力(冷量/热量)主要是由末端蒸发温度或冷凝温度与室内环境温度的温差决定的情况，因而通过采集空调运行数据的时间序列，得到空调控制的长时间尺度(第一时间尺度)和短时间尺度(第二时间尺度)，在长时间尺度(第一时间尺度)上控制多联机空调的系统蒸发/冷凝温度，实现了空调输出能力与建筑冷/热负荷的匹配，保证了室内温度恒定和减少了机组能量浪费，提高了空调的热舒适性和节能性；通过在短时间尺度(第二时间尺度)上微调多联机空调的机组执行器，优化了各执行器间的组合方式，进一步降低了多联机空调的运行能耗。同时，由于本发明并不是直接对多联机的执行器进行控制，而是在保持系统蒸发/冷凝温度稳定的情况下对执行器进行微调控制，提高了多联机空调控制过程中的运行可靠性。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明的一实施例的主要流程图。
图2是本发明的一实施例的细节流程图。
图3是本发明的一实施例的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
本发明提出的空调的控制方法，主要包括以下步骤。
步骤1，采集空调的运行数据的时间序列。
空调的运行数据的时间序列实质上就是空调的运行数据，但是所采集的空调的运行数据是根据时间来采集的，每个采样时间点采集的对应的空调的运行数据都具备该采样时间点对应的时间标记，从而形成空调的运行数据的时间序列。
如图1、图2所示，以多联机空调为例，多联机空调的运行数据包括各室内机所在房间的室内温度、室外温度(即室外环境温度)、系统蒸发温度、系统冷凝温度、执行器动作(包括压缩机频率、室外机风机频率、室内机膨胀阀开度、室外机膨胀阀开度等)。多联机空调的运行数据的时间序列指各个参数沿着时间顺序的数值，以室内温度为例，其时间序列为Tin(0),Tin(1),Tin(2)…Tin(k)，时间序列的间隔时间即为多联机空调运行数据的采样时间间隔，如采样时间间隔为1分钟，那么k就是对应的时间标记，通过该时间标记以及采样开始时间和采样时间间隔，就可以得知每次采样的具体时间。
步骤2，根据运行数据的时间序列识别室内温度响应时间和末端温度响应时间，并将室内温度响应时间作为第一时间尺度的调节节点的时间间隔，将末端温度响应时间作为第二时间尺度的调节节点的时间间隔。本发明基于反映空调的用户控制指令的两个温度的响应时间来座位不同调节节点的时间间隔，可以使得空调的控制的响应时间更加贴合空调的实际情况，且存在多种时间尺度，使得空调可以根据两种时间尺度的调节节点进行对应的更加合适的调节。通过上述空调的运行时间的时间序列，可以得到室内温度响应时间，所谓室内温度响应时间就是当前室内温度开始，到空调运行后室内温度接近用于设定的室内温度(目标温度)的时间。例如，室内温度响应时间t1指室内温度相对于蒸发/冷凝温度阶跃信号达到最终数值90％所需要的时间。而末端温度响应时间指的是空调末端的相关温度的响应时间，末端温度包括空调末端的蒸发温度、冷凝温度、出水温度、回水温度、出风温度、回风温度、暖气片温度当中的一种。例如空调末端可以是室内机，那么此时末端温度可以是室内机的换热器的蒸发温度(制冷模式时)，也可以是室内机换热器的冷凝温度(制热模式时)，还可以是室内机的出风温度等。当然本发明所指的空调末端不仅限于室内机，根据空调的类型不同，空调末端的形式也不相同，例如水冷机组的末端对应的末端温度，就可以是出水温度或者回水温度等。再例如当空调为地暖空调时，那么末端温度可以指的是地板温度，或者是暖气片温度。末端温度以空调的室内机的蒸发/冷凝温度作为具体的举例，蒸发/冷凝温度的响应时间t2指空调系统蒸发/冷凝温度相对于空调执行器动作(以压缩机频率为主)阶跃信号达到最终数值90％所需要的时间。
本发明的两个响应时间均是以90％的具体数值作为举例，但是本发明并不限制响应时间的具体标准，本领域内技术人员可以根据空调的类型不同，空调应用的地域不同，来调节响应时间的具体标准。
步骤3，本发明在第一时间尺度的每个调节节点采用第一控制策略对空调的运行参数进行控制，在第二时间尺度的每个调节节点采用第二控制策略对空调的运行参数进行控制。
由于末端温度的响应时间通常都要快于室内温度响应时间，因而第一时间尺度的最小单位必然要大于第二时间尺度的最小单位。
在一个实施例中，第二控制策略对空调的控制实际上是在第一控制策略的控制基础上进行微调。例如，第一控制策略可以是舒适性控制策略，或者是现有技术中通常的空调控制策略(如兼顾了舒适性、节能性、可靠性当中的多个因素的平衡性控制策略)，第二控制策略可以是节能性控制策略，也可以是其他控制策略，例如，以节能性为主，同时再兼顾空调其他性能的一些控制策略等。
本发明将每个时间尺度的节点作为空调控制的一个调节节点，从多个时间尺度来对空调进行控制，从而避免现有技术中空调调节的时间尺度单一，导致的空调执行器的控制时间尺度过长或过短的问题。同时也使得空调的输出能力与建筑冷/热负荷的匹配，保证了室内温度恒定和减少了机组能量浪费。还是以空调的室内机为例，室内温度响应时间t1和蒸发/冷凝温度的响应时间t2分别对应多联机控制中的长时间尺度和短时间尺度，室内温度响应时间t1大于蒸发/冷凝温度的响应时间t2。例如通过步骤S2得到室内温度响应时间t1为1小时，代表多联机系统蒸发/冷凝温度发生变化后，室内温度达到稳定的时间；蒸发/冷凝温度的响应时间t2为5分钟，代表执行器动作发生变化后，多联机系统蒸发/冷凝温度达到稳定的时间。
在一个实施例中，本发明的上述第一控制策略包括：根据预测的室外温度与室内预设温度预测末端温度，根据预测的末端温度对空调的运行参数进行调整。根据预测的室外温度与室内预设温度来预测末端温度，主要考虑的是建筑冷/热负荷主要由建筑室内温度和室外环境温度的温差决定，因而该方法适用性广泛。当空调运行制冷工况时，根据预测的室外温度与室内预设温度预测末端温度具体通过公式Te＝a*Tout+b*Tin来预测，Te为预测的蒸发温度，Tout为预测的室外温度，Tin为室内预设温度，a为制冷时气温影响系数，b为制冷时室温影响系数。当空调运行制热工况时，根据预测的室外温度与室内预设温度预测末端温度具体通过公式Tc＝c*Tout+d*Tin，其中Tc为预测的冷凝温度，Tout为预测的室外温度，Tin为室内预设温度，系数c为制热时气温影响系数，d为制热时室温影响系数。
本发明的该实施例主要考虑的是，建筑冷/热负荷主要由建筑室内温度和室外环境温度的温差决定，而在室内机的风机转速一定的情况下，空调的输出能力(制冷/热量)主要由系统蒸发温度(制冷工况)或冷凝温度(制热工况)与室内温度的温差决定。为了使空调的输出能力匹配建筑冷/热负荷，可以根据未来气温和室内机的室内预设温度来调节空调的室内机的蒸发温度或冷凝温度。
以多联机空调为例，在制冷工况下，可以采用公式来计算预测的蒸发温度，具体公式为Te＝a*Tout+b*(Tin_1+Tin_2+…+Tin_n)/n，其中Te为预测的室内机换热器的蒸发温度，Tout为室外温度，即室外环境温度，Tin_1,Tin_2,…,Tin_n为各个室内机(一共n台室内机)所在房间的预设室内温度(目标温度)，系数a制冷时气温影响系数，在一个具体实施例中，a的范围可以为[-2，0]，系数b为制冷时室温影响系数，在一个具体实施例中，b的范围可以为[0，2]，n大于等于2。在制热工况下，可以采用公式来计算预测的冷凝温度，具体公式为Tc＝c*Tout+d*(Tin_1+Tin_2+…+Tin_n)/n，其中Tc为预测的室内机换热器的冷凝温度，系数c为制热时气温影响系数，在一个具体实施例中，c的范围可以为[-2，0]，系数d为制热时室温影响系数，在一个具体实施例中，d的范围可以为[0，2]，n大于等于2。
在其他实施例中，第一控制策略除了考虑室外温度与室内预设温度以外，还可以考虑室内的人数变化、室内的环境变化等来预测末端温度，即对末端温度的预测可以考虑更多的因素进来，以便预测的末端温度更加符合对应的场景的需求，最后再根据预测的末端温度对空调的运行参数进行调整。
通过上述方法得到预测的末端温度之后，本发明再根据预测的末端温度对空调的运行参数进行调整时，具体可以采用PID方法进行调整，或者采用模糊控制方法进行调整。
还是以多联机空调为例，当得到系统蒸发/冷凝温度预测值后，多联机执行器(如压缩机、室外风机、室内/外机膨胀阀等)根据PID或模糊控制等方式将系统蒸发/冷凝温度调节在预测值。需要说明的是，控制过程中蒸发温度和冷凝温度需处于各自的调节范围内，分别为[5，20]和[30,45]，单位为℃。也就是说第二控制策略(如节能控制策略)在采用相应的算法得到空调能耗最低的策略时，对算法的约束条件为使得末端温度的温度变化差值满足预设差值范围。在一个具体实施例中，当第二控制策略为节能控制策略时，第二控制策略为通过自动寻优算法得到空调能耗最低的策略，且自动寻优算法的约束条件为使得末端温度的温度变化差值满足预设差值范围。本发明不限制自动寻优算法的具体种类，自动寻优算法可以采用遗传算法，也可以采用粒子群算法，并且不限于本发明所列举的这两种具体的自动寻优算法。
在上述实施例中，预测的室外温度可以是根据天气预报进行预测得到的，还可以是根据历史天气数据进行预测得到的。随着天气预报的预测越来越精准，本发明采用天气预报预测的室外温度，可以提前使得空调进行相应的控制，确保空调温度的长时间稳定。
在上述实施例的基础上，由于本发明涉及到多个时间尺度，那么可能存在多个时间尺度重合的时间节点，当第一时间尺度的调节节点与第二时间尺度的调节节点在某个时刻重合时，则采用第一控制策略对空调的运行参数进行控制，避免了两个时间尺度的调节节点在某个时刻重合时可能出现的控制混乱。继续以多联机空调为例，若某一时刻既满足间隔室内温度响应时间t1又满足间隔蒸发/冷凝温度的响应时间t2，多联机空调的执行器优先进行长时间尺度控制，即根据预测系统蒸发/冷凝温度进行控制；若某一时刻满足间隔蒸发/冷凝温度的响应时间t2时刻但不满足间隔室内温度响应时间t1时刻，则多联机执行器进行短时间尺度控制，即自动寻优控制。举例来说，第一时间尺度的调节节点的时间间隔为1小时，第二时间尺度的调节节点的时间间隔为7分钟，通常情况而言，第一时间尺度和第二时间尺度的调节节点不会重合，那么某个时间尺度的时间节点到时间了，则执行对应的控制策略，但是在第7个小时时，也就是420分钟时，第一时间尺度和第二时间尺度的调节节点将会在这个时刻重合，那么此时执行第一控制策略。具体第一时间尺度和第二时间尺度的调节节点会在哪个时刻重合，与它们的调节节点的时间间隔有关。执行器在执行自动寻优控制时，各执行器的动作只进行微调，压缩机频率的调整范围在±2Hz以内，风机频率的调整范围在±5Hz以内，室内/外机膨胀阀开度的调整范围在最大值±5％以内，通过寻优算法得到机组能耗最低的执行器组合，具体寻优算法可采用遗传算法、粒子群算法等。另外，自动寻优过程需要设置约束条件，例如，执行器微调后的系统冷凝温度或蒸发温度变化在±1℃以内。
本发明还保护空调，该空调至少包括数据采集模块、时间尺度识别模块以及控制模块。
数据采集模块用于采集空调的运行数据的时间序列。以多联机空调为例，多联机空调的运行数据的时间序列指各个参数沿着时间顺序的数值，以室内温度为例，其时间序列为Tin(0),Tin(1),Tin(2)…Tin(k)，时间序列的间隔时间即为多联机空调运行数据的采样时间间隔，如采样时间间隔为1分钟，那么k就是对应的时间标记，通过该时间标记以及采样开始时间和采样时间间隔，就可以得知每次采样的具体时间。
时间尺度识别模块根据运行数据的时间序列识别室内温度响应时间和末端温度响应时间，并将室内温度响应时间作为第一时间尺度的调节节点的时间间隔，将末端温度响应时间作为第二时间尺度的调节节点的时间间隔。
控制模块在第一时间尺度的每个调节节点采用第一控制策略对空调的运行参数进行控制，在第二时间尺度的每个调节节点采用第二控制策略对空调的运行参数进行控制。
通过上述技术方案，本发明从多个时间尺度来对空调进行控制，从而避免现有技术中空调调节的时间尺度单一，导致的空调执行器的控制时间尺度过长或过短的问题。同时也使得空调的输出能力与建筑冷/热负荷的匹配，保证了室内温度恒定和减少了机组能量浪费。
在一个实施例中，控制模块包括末端温度预测模块。
末端温度预测模块用于预测末端温度，以便控制模块可以根据预测的末端温度以及第一控制策略对空调的运行参数进行控制。
末端温度是可快速反应空调朝着目标温度运行的具体情况，通过预测末端温度，可以对空调的运行参数进行准确的控制，确保空调的舒适性。
在一个实施例中，控制模块还进一步包括机组执行器控制模块。
机组执行器控制模块用于根据第二控制策略对第一控制策略控制后的空调的运行参数进行控制，使得末端温度的温度变化差值满足预设差值范围。
本发明的机组执行器在第一控制策略下，对空调的运行参数进行微调，是在保持系统蒸发/冷凝温度稳定的情况下对执行器进行微调控制，提高了多联机空调控制过程中的运行可靠性，同时还优化了空调的节能性。
如图3所示，以多联机为例，多联机空调包括数据采集模块、系统蒸发/冷凝温度预测模块(末端温度预测模块)和机组执行器寻优模块(也叫机组执行器控制模块)，其中数据采集模块获取气象站的天气预报数据和多联机运行数据，系统蒸发/冷凝温度预测模块根据以上数据进行预测第一时间尺度下系统的冷凝温度(制热模式)或蒸发温度(制冷模式)，机组执行器寻优模块优化第二时间尺度下机组的执行器动作。
本发明还保护计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质用于存储计算机程序，该计算机程序运行时执行本发明上述技术方案的空调的控制方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种空调的控制方法，其特征在于，包括：
采集空调的运行数据的时间序列；
根据所述运行数据的时间序列识别室内温度响应时间和末端温度响应时间，并将所述室内温度响应时间作为第一时间尺度的调节节点的时间间隔，将所述末端温度响应时间作为第二时间尺度的调节节点的时间间隔；
在所述第一时间尺度的每个调节节点采用第一控制策略对空调的运行参数进行控制；
在所述第二时间尺度的每个调节节点采用第二控制策略对空调的运行参数进行控制；
所述第一控制策略包括：根据预测的室外温度与室内预设温度预测末端温度，根据所述预测的末端温度对空调的运行参数进行调整；
所述第二控制策略为得到空调能耗最低的策略，且所述第二控制策略使得末端温度的温度变化差值满足预设差值范围。
2.如权利要求1所述的空调的控制方法，其特征在于，当所述第一时间尺度的调节节点与所述第二时间尺度的调节节点在某个时刻重合时，则采用所述第一控制策略对空调的运行参数进行控制。
3.如权利要求1所述的空调的控制方法，其特征在于，当空调运行制冷工况时，所述根据预测的室外温度与室内预设温度预测末端温度具体通过公式Te=a*Tout+b*Tin来预测，Te为预测的蒸发温度，Tout为预测的室外温度，Tin为室内预设温度，a为制冷时气温影响系数，b为制冷时室温影响系数。
4.如权利要求1所述的空调的控制方法，其特征在于，当空调运行制热工况时，所述根据预测的室外温度与室内预设温度预测末端温度具体通过公式Tc=c*Tout+d*Tin，其中Tc为预测的冷凝温度，Tout为预测的室外温度，Tin为室内预设温度，系数c为制热时气温影响系数，d为制热时室温影响系数。
5.如权利要求3或4所述的空调的控制方法，其特征在于，当空调具有n个空调末端时，所述室内预设温度通过公式Tin=(Tin_1+…+Tin_n)/n计算得到，n≥2，Tin_1,…,Tin_n为各个空调末端的室内预设温度。
6.如权利要求1所述的空调的控制方法，其特征在于，所述根据预测的末端温度对空调的运行参数进行调整具体采用PID方法进行调整，或者采用模糊控制方法进行调整。
7.如权利要求1所述的空调的控制方法，其特征在于，所述室外温度根据天气预报进行预测，或者根据历史天气数据进行预测。
8.如权利要求1或2所述的空调的控制方法，其特征在于，所述末端温度包括空调末端的蒸发温度、冷凝温度、出水温度、回水温度、出风温度、回风温度、暖气片温度当中的一种。
9.一种空调，其特征在于，包括：
数据采集模块，采集空调的运行数据的时间序列；
时间尺度识别模块，根据所述运行数据的时间序列识别室内温度响应时间和末端温度响应时间，并将所述室内温度响应时间作为第一时间尺度的调节节点的时间间隔，将所述末端温度响应时间作为第二时间尺度的调节节点的时间间隔；
控制模块，在所述第一时间尺度的每个调节节点采用第一控制策略对空调的运行参数进行控制，在所述第二时间尺度的每个调节节点采用第二控制策略对空调的运行参数进行控制；
所述第一控制策略包括：根据预测的室外温度与室内预设温度预测末端温度，根据所述预测的末端温度对空调的运行参数进行调整；
所述第二控制策略为得到空调能耗最低的策略，且所述第二控制策略使得末端温度的温度变化差值满足预设差值范围。
10.如权利要求9所述的空调，其特征在于，所述控制模块包括：
末端温度预测模块，用于预测末端温度，以便所述控制模块可以根据所述预测的末端温度以及所述第一控制策略对空调的运行参数进行控制。
11.如权利要求10所述的空调，其特征在于，所述控制模块包括：
机组执行器控制模块，用于根据所述第二控制策略对所述第一控制策略控制后的空调的运行参数进行控制，使得末端温度的温度变化差值满足预设差值范围。
12.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其特征在于，所述计算机程序运行时执行如权利要求1至8任意一项所述的空调的控制方法。
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