CN1157638C

CN1157638C - 冷却系统的容量控制系统和容量控制方法

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Publication number: CN1157638C
Application number: CNB971959021A
Authority: CN
Inventors: 格利高里・K・比沃森; 格利高里·K·比沃森; ・P・乌辛斯基; 鲁瑟尔·P·乌辛斯基; ・N・肖斯; 克拉格·N·肖斯; C・汉森; 约翰·C·汉森
Original assignee: York International Corp
Current assignee: York International Corp
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2017-06-23
Also published as: EP0907910B1; CA2258933A1; KR100368162B1; DE69709108D1; CA2258933C; DE69709108T2; US5669225A; WO1997050022A1; EP0907910A1; AU3407997A; CN1223728A; AU712391B2; JP3523269B2; JP2000513430A; KR20000022325A

Abstract

一种用于冷却系统的容量控制系统，该冷却系统包括连接成为一个闭合的冷却回路的一个压缩机，一个冷却器，以及一个蒸发器，该压缩机有多片可调入口导流叶片，并且由一个内燃机驱动，指示冷却器的压强；蒸发器的压强；入口导流叶片位置；发动机速度；流出的被冷却水的温度；以及发动机吸入管压强的所有信号都被一个微处理器处理以连续计算一个线速度且利用一个模糊逻辑算法使得发动机速度和计算得出的线速度相等。

Description

冷却系统的容量控制系统和容量控制方法

本发明总体上涉及了用于冷却系统的电机控制。更具体地说，本发明涉及了一个用于离心式压缩机的水冷却装置的容量控制系统，其中内燃机驱动的离心式压缩机的速度可以应一个连续变化的利用模糊逻辑软件程序得到的更新的线速度而自动调节，以达到总体上冷却装置消耗的最小。

众所周知，一个具有一个由内燃机驱动的离心式压缩机的冷却装置当压缩机速度达到最小并且预旋转叶片开度达到最大时，运行效率最高。然而，这些最优的条件必须在没有使压缩机受到电冲击或者发动机没有超负荷时才能实现。

喘振或冲击是一种不稳定的情况，它们可能在当压缩机，例如离心式压缩机，在轻负荷和高电压比操作时产生。它是一种瞬时的现象，其特征在于压力和流量中的振荡，以及在一些情况下，一个完全的逆流经过压缩机的情形也会出现。象这样的冲击，假若不加控制，就会在压缩机的旋转和静止的部件中造成过度的振荡，而且可能导致压缩机永久的毁坏。尤其是在突变的情形，存在着整个压缩机中发生的短暂的流量和压力上的衰减。这将造成在压缩机的输入轴中加载的净力矩以及机械能量的衰减。当驱动源是一个电动机时，这些在力矩和能量中的振荡会导致电动机电流的振荡以及过量的电能消耗。

另外为大家熟知的是，当发动机需要的力矩大于由发动机设计者为一个具体的RPM所设定的边界力矩时，发动机处于超负荷的状态下。比方说，在一个冷却系统中，由一个预旋转叶片未能关闭或是冷却控制电路提供了一个错误的反馈信号都可能使发动机超负荷。

由使效率最大为立足点，一个目的是使冷却装置运转在尽可能最低速，无振荡的压缩机速度，但也可为特殊的应用提供所需的荷载和压力。

在现有技术中的某些容量控制系统中，冷却装置波动面(surge surface)的近似值是通过包含在一个容量控制单元之中的预存储的波动面公式由工厂设定的。在另外一些现有技术中的容量控制系统中，冷却装置的波动面的近似值是由硬件以及直线式的近似计算而得的。压缩机发动机的最优速度，即无振动的压缩机的最小速度，与实际发动机速度之差值被称为速度误差。速度误差是通过逐渐地降低压缩机速度直至速度误差达到0，即实际发动机速度与最优线速度相等。于是，得到了压缩机运转的高效点。然而，这些系统使用仅提供近似值的硬件，导致在达到最优工作点之前有过长的延迟。

因此，需要提供一种离心式压缩机的水冷却装置的容量控制系统，其中原动的离心式压缩机的速度应连续变化的线速度，通过利用软件以及模糊逻辑程序而自动调节，从而达到整个冷却装置的能量消耗的最小值，也就是最大的运行效率。

因此，本发明的一个基本目的是为一个冷却系统提供一个容量控制系统，其中原动机速度应连续变化的线速度而自动调节以实现冷却装置总能量消耗的最小值。

本发明的另一个目的是为一个冷却系统提供一个容量控制系统，该冷却系统包括一个从一个PRV位置信号的连续测量值而计算发动机线速度的微处理器；冷却器，蒸发器和进口管压力信号，以及发动机速度信号，用于设置发动机速度在一个计算的线速度的安全的范围内。

本发明还有一个目的是为冷却系统提供一个容量控制系统，包括一个从一个PRV位置信号的连续测量值而计算线速度的微处理器，冷却器，蒸发器和进口管压力信号以及发动机速度信号，通过从线速度中减去发动机速度信号而计算发动机速度误差，利用控制面板的微处理器中的模糊逻辑软件程序来使发动机速度误差降至0。

本发明的其他目的和优点一部分将会在下面的说明中陈述，一部分将从说明书中显而易见，或可从本发明的实践中获得。本发明的目的和优点将通过权利要求书中具体指出的要点及其结合而得到和认识。

为获得这些目的并且据本发明的目的，由上所述，本发明包括一个用于一个冷却系统的容量控制系统，该冷却系统包括连接在一个封闭的冷却回路的一个压缩机，冷却器，以及一个蒸发器，该压缩机含有多个可调导流叶片和一个连接的原动机以驱动压缩机。控制系统包括一个用于检测压缩机的压力以产生一个第一信号的第一变送器；一个用于检测蒸发器的压力以产生一个第二信号的第二变送器；一个用于检测入口导流叶片的位置以产生一个第三信号的第三变送器；一个用于检测实际的发动机的速度以产生一个第四信号的第四变送器；一个用于检测由蒸发器释放的冷却的水的温度以产生一个第五信号的第五变送器；一个用于检测原动机的负荷以产生一个第六信号的第六变送器；以及一个对于上述第一至第六信号都敏感的微处理器，以用于连续地计算该压缩机的线速度，并用于控制实际的发动机驱动速度，使其与利用模糊逻辑算法计算得出的压缩机线速度相同，其中原动机包括一个内燃机，一个电动机，以及一个汽轮机三者之中任意一个。

应该理解到前面的概括介绍和下面的详细说明都仅仅是举例和说明的文字，本发明是不局限于此的。

插入并且组成了此说明书的组成部分的附图，说明了本发明的一个实施例并且与说明一起解释本发明的原理，在图中：

图1是根据本发明的在一个典型的冷却系统中被应用的实施例的容量控制系统方框图。

图2是用于图1中所示冷却装置的控制面板中的微处理器的详细框图。

图3(a)是示出了模糊逻辑算法作为速度误差输入的关系函数的图。

图3(b)是示出了模糊逻辑算法用于速率输入的关系函数的图。

图4(a)～(e)是说明根据本发明的实施例的图1和图2中的微处理器的运行流程图。

利用本发明可为一个由原动机驱动的冷却系统提供控制。既然本发明适用于一个容量控制系统和利用软件和一个模糊逻辑程序自动调节原动机速度的方法，那么本发明会有其它的一些应用。

现在参照本发明的最佳实施例详细地介绍，在附图中说明了一个例子。在任何可能的地方，相同的参考数字将在所有图中表示相同或类似部分。

通常由10指明的本发明的容量控制系统被绘在图1的冷却系统中，该冷却系统包括一个离心式压缩机12，一个冷却器14，一个膨胀室16以及一个蒸发器18。所有这些装置内连成一个常规的封闭的冷却回路。冷却剂在压缩机12处被压缩并被传至冷却器14，在那里其暴露在冷的介质中，例如水来自冷却塔(未显示)，并且被冷凝为液态冷却剂，这种液态冷却剂经过膨胀室16，在通往蒸发器18的通路中膨胀。当液态冷却剂流经蒸发器18时，来自建筑物的空调设备的循环水经导管19进入这些冷却剂热量交换，冷却剂蒸发并且返回到该压缩机的吸入口。以这种方式，水在蒸发器18处被冷却以在整个建筑物的空气冷却单元中循环。为应冷却的需要或负荷的变化而改变建筑物的冷却量，压缩机12的容量可通过调整在冷却回路中冷却剂的流动速率来调节。为提供此项调节，多个导流叶片20，也称作预旋转叶片(“PRV”)，与吸入管协作将气化的冷却剂由蒸发器18传至压缩机12。

在本发明的实施例中，离心式压缩机12由原动机，例如由天然气作燃料的内燃机驱动。然而，一个电动机或汽轮机在实现本发明时也可以用作压缩机的原动机。天然气为燃料的发动机22是由在发动机控制面板30上的调速器28控制的。

冷却系统中的波动来自于冷却水温度剧烈的变化或是其他的较大的系统干扰，比如，冷却器中的冷却水流量的下降或冷却水温度的升高。反复的突变会过度地压迫发动机22，因为压缩机大范围的改变加载在其输出轴32上。因此，一个波动检测系统(未显示)也可能用于本发明之中。一个合适的波动检测系统在一个共同未决的申请中被公开，其号码是08/630,842，它被转让给本发明的受让人并且作为参考在这里相结合。’842这项申请的波动检测系统中，波动是不断被监控的，而且假若三个波形在一个5分钟的时间段同时发生，则系统就停机了。

如图1中进一步所示，发动机22与齿轮组34通过离合器36相连接。发动机速度大约在1000RPM至1800RPM范围内变化；齿轮组34在本例中全速运转时，可提供3600RPM的输入速度来驱动压缩机12。发动机的控制面板30利用调速器28和其他控制部件，例如一个可编程逻辑控制器(未显示)，一个状态模块(未显示)以及一个警告显示(未显示)，来为发动机22，离合器36以及齿轮组件34提供启动和关闭控制和保护。发动机速度是由微处理器26通过信号线38来控制的。相应的，调速器28控制一个节流阀开关(未显示)来使发动机速度保持在理想的水平上。

本发明的容量控制系统，如图1所示，包括多个与该冷却装置控制面板24中的微处理器26相连接的传感器。在40线上的一个传感器输入是由压力变送器42提供作为在压缩机14中绝对压强P_C的指示信号。在43线上的另一个传感器输入信号是由压力变送器44而得，该信号指明了在蒸发器18中的绝对压强P_E。压力变送器42，44可以是压力-电流型或压力-频率型的变送器，但是最好是压力-电压型的变送器。变送器42，44最好分别或交替地位于压缩机12的排出口和该压缩机12的吸入口，分别位于压缩机12的排出和吸入线上。在任一种情形中，此变送器42，44都将会分别检测到压缩机12的排出和吸入压力。

在46线上的一个第三微处理器输入信号指明了PRV20的入口导流叶片的位置。此第三输入信号是由反馈电位器48利用其可移动臂或滑动片与一个PRV电机(未显示)的拉杆机械地相耦合而产生的。

在线50上的一个第四输入信号是由一个半导体温度计52而得，测量从蒸发器18中流出的被冷却的水的温度，即剩余的被冷却的水温度(“LCHWT”)。

在线54上的一个第五输入信号是由一个常规测速仪56提供的用于指示发动机22的实际输出速度的一个RPM信号。

在线58上的一个第六输入信号是由一个第三压力变送器60提供的用于指明发动机22的进气管压力。进气管压力指明了发动机负荷而且处于连续的被监控状态。

在公开的实施例中，第一至第六输入信号是输入至冷却装置控制面板24的微处理器板26中的多路转换器62的模拟信号，如图2所示。微处理器板还包括，如图2所示，一个模拟-数字转换器64(A/D转换器)，它将模拟的多路转换器输入信号转换成微处理器66可处理的数字信号。多路转换器62的传感器信号的转换由微处理器66通过线68上的一个控制信号来控制。微处理器66利用输入信号得出数字的发动机速度控制信号，推导的过程将在下面介绍。数字发动机速度控制信号是由线70提供至一个数字-模拟转换器(D/A转换器)，这里它被转换为模拟的发动机速度控制信号且输出至电压-电流转换器74。电压-电流转换器74将模拟的发动机速度控制信号转换成发动机速度输出的电流信号。该发动机速度输出电流信号最好在4mA～20mA范围内并且可控制发动机速度，在公开的实施例中，在1000至1800RPM范围之内。

在冷却装置控制面板24上的微处理器66的运行原理将被介绍。所有与本发明的容量控制系统相关的处理都在微处理器66中进行。此冷却装置控制面板24是基于微处理器的控制，它包括用于监控和控制冷却系统的不同阶段的多个输入和输出。

首先介绍的是发动机负荷控制程序。如上所述，由变送器60测量的进气管压力表示的发动机负荷输入到微处理器66中。发动机22汽缸进给冲程极限的压力与由发动机22产生的能量成比例。汽缸压力是在任何发动机速度时的进气管压力的函数。因此，进气管压力可以用来确定发动机负荷。假若发动机负荷增加到其额定负荷的98％(已预设置在微处理器66中)，在一个由测速仪56测量的给定速度，微处理器66生成一个控制信号提高发动机速度直至发动机负荷降至其额定负荷的93％。发动机负荷控制程序通过使该压缩机的叶轮(未显示)和发动机速度达到最小，使该发动机22避免了过负荷，并且保证离心式压缩机12和发动机22工作点离最高效率点最近。假若发动机负荷达到额定负荷的98％，PRVs 20就不再进一步打开。假若发动机负荷达到额定负荷的102％，那么PRVs 20将会关闭直至检测到100％的额定负荷。

下面介绍初始启动控制程序。当PRV控制程序执行之后，例如，在转让给了本发明的权利受让人的公开的美国专利No.4,151,725的方法中，已经使LCHWT稳定在设定点的一半的范围内，由测速机56指示的发动机速度被降低为基于离最优发动机速度的距离的速率。该LCHWT的设定点，即LCHWT被控制到的点，可以在华氏38度至70度之间变动，最好是华氏44度。当发动机速度降低时，该PRV’s 20会自动打开来补偿直接与发动机速度相关的降低的叶轮速度，因为发动机的输出轴32是可以通过速度连轴齿套34齿轮，压缩机齿轮和多种耦合旋转连接的。

假若在LCHWT和理想的设定点温度之间的误差大于半度时，发动机速度的衰减则终止直到该PRVs 20由减少该误差到半度的死区内而得到补偿。在这种情形，该PRVs 20自动移动到最大的开度的位置同时维持所需的LCHWT。这个初始启动控制程序由微处理器66执行并且还包括预润滑发动机速度连轴齿套34以及转动该发动机22直至其运行于400RPMs。该程序还包括低速运转发动机22直至其冷却液的温度升至120华氏温度，预润滑压缩机12，以及连接发动机离合器36。此初始启动程序一运行完毕，该冷却装置则准备将水冷却。

最优的发动机速度，即该压缩机12最接近振动的速度[此后被称为“线速度”]，利用存储于微处理器66中的一个三维公式计算得出的。此三维公式是离心式压缩机的波动面的线性化表示。通过使此压缩机12运行于此波动面附近，可以得到压缩机的最大效率。这个三维公式利用压缩比率(P_C-P_E)/P_E 和由PRV电位器48输入的PRV位置20作为它的独立变量。该公式也考虑到了相关的变量，例如由标定的CFM所决定的叶轮的直径以及为该压缩机12设计的压力，该发动机与叶轮轴速度的比率，以及避免波动的安全裕度，所有的都预编程在微处理器66中。在此实施例中该叶轮直径可在10英寸至20英寸的范围内变动。该线速度可以由以下的公式按照顺序计算而得：

(1)dp/p＝(P_C-P_E)/P_E＝P_C/P_E-1

(2)mach_no_wov＝0.9 假若dp/p＜0.5

mach_no_wov＝0.3*dp/p+0.75 假若0.5≤dp/p＜1

mach_no_wov＝0.4*dp/p+0.65 假若1≤dp/p＜1.5

mach_no_wov＝0.23*dp/p+0.9 假若1.5≤dp/p＜3

mach_no_wov＝1.6 假若3≤dp/p

(3)mach_no＝0.002*(100-prv) 假若60％＜prv≤100％

mach_no＝0.00375*(60-prv)+0.08 假若20％＜prv≤60％

mach_no＝0.025*(20-prv)+0.23 假若prv≤20％

(4)mach_no＝mach_no+mach_no_wov

(5)mach_no＝1.6 假若mach_no＞1.6

(6)surface_sp＝(mach_no*acoustic_vel*60)/

(impeller_dia*speed_ratio*compr_ratio*π)

在这里，mach_no_wav是大大打开PRV 20位置速度增加需求量，mach_no是部分打开PRV 20位置速度增加需求量，impeller_dia是叶轮直径，speed_ratio是发动机与压缩机输入轴速度比率，compr_ratio是压缩机齿轮比，acoustic_vel是声速，并且prv是所测的PRV位置。该叶轮直径，发动机与输入轴速度比率以及压缩机齿轮比对于每种类型的发动机压缩机的组合都是不同的而且最好通过按键输入到微处理器66中。该由查表获得的声速是存储在微处理器66中的蒸发器的压强P_E的函数。而安全裕度，即可编程的可以避免波动的安全裕度，变化范围为-75RPM至+75RPM之间，而且最好是25至35RPM。

当由测速器56所测的发动机的速度达到线速度的5RPM以内，本发明的模糊逻辑算法进行控制。该模糊逻辑算法使得速度误差，即发动机速度和线速度之差，降至0以使得系统可以迅速而方便地在其最高效的工作点运行。LCHWT的PRV控制与模糊逻辑速度控制是相独立的，直至PRVs20打开至至少其全开叶片位置的98％。假若LCHWT比LCHWT的设定点高，则模糊逻辑算法被忽略，而且发动机速度会慢慢升高直至达到设定点。此模糊逻辑控制与所述共同未决的序列号为08/630,842的申请的波动检测设备，所述初始启动控制程序以及发动机负荷监控程序也是相互独立的，于是它也可能被上述程序所忽略。

模糊逻辑算法通过有周期地由测速器56以预设置的间隔采样实际的发动机速度来控制发动机速度。可编程的间隔可以在1秒和10秒之间变化，但是最好在2秒到5秒之间变化。模糊逻辑算法的最终目的是使所述速度误差尽可能的迅速和平稳地接近0，以使得该发动机速度与所述线速度相等。在每一个采样间隔期间，微处理器66的模糊逻辑算法通过指定给每输入一个在0和100之间的权值，确定与每个输入相关的关系比例。然后，该模糊逻辑算法计算几个“如果则”规则，关系比例组合成由该控制系统执行的合适的动作过程。

模糊逻辑算法利用速度误差∈和一个速度误差变化率d∈，其值等于此时测量的速度误差减去前一时间周期的速度误差，如图3(a)和图3(b)。为决定至调速器28的发动机速度输出信号是要被提高还是降低，对于两个输入之中的每一个定义了三个关系函数。每个关系函数以线性方式确定给定输入是0，是正或负。举例来说，如图3(a)所示，一个等于10RPM的速度误差提供50％正，50％0以及0％负的关系。类似地，如图3(b)所示，一个每次采样等于-12.5RPM的速度误差变化率产生一个包含25％负，75％的0以及0％正的关系函数。图3(a)和3(b)的关系函数关于0对称而且当考虑相同大小的输入时，反映出相同比例关系的负值和正值。

每个关系函数可以通过调节图3(a)(速度误差∈为+/-20)和图3(b)(速度误差变化率d∈为+/-50)中的固定值，在微处理器66中以编程的方式加以改变。于是，速度误差∈和速度误差变化率d∈的灵敏度将按照期望的那样变化，数值降低时产生高灵敏度而数值升高时产生低灵敏度，以优化系统控制。对于速度误差的最佳固定值是+/-20而对于速度误差变化率是+/-50，但是对于每一个固定值都可以由+/-10变至+/-50。

下面的表示出了一个模糊逻辑真值表，图示了所述微处理器66在本发明中如何评测模糊逻辑准则：

真值表	∈_N	∈_Z	∈_P
真值表	∈_N	∈_Z	∈_P	d∈_N	d₂(降低)	d₁(降低)	X(无动作)
d∈_Z	d₃(降低)	X(无动作)	i₁(升高)	d∈_N	d₂(降低)	d₁(降低)	X(无动作)
d∈_Z	d₃(降低)	X(无动作)	i₁(升高)	d∈_P	X(无动作)	i₃(升高)	i₂(升高)

如表所示，∈_N，∈_Z和∈_P分别代表负，零和正速度误差，而d∈_N，d∈_Z和d∈_P分别代表负，零和正速度误差变化率。规则组合(∈_N，d∈_N)，(∈_Z，d∈_N)和(∈_N，d∈_Z)有助于降低发动机速度，而规则组合(∈_P，d∈_Z)，(∈_P，d∈_P)和(∈_Z，d∈_P)有助于提高发动机速度。剩余的三个规则组合因为没有导致动作而没有评价。因此，六种规则组合是利用一个模糊推断最小/最大的方法来评测的。这种方法暗示一种最小值“模糊与”的推断将在这六种规则组合中最先被执行。然后执行一个“模糊或”推断，找出这三种规则组合中造成发动机速度降低的最大值，以及这三种规则组合中导致发动机速度升高的最大值，于是得到两个最大值。

这样得到的两个最大值需要组合成为一个单独的输出决策，即它们需要“去模糊”。既然去模糊的心形线方法的计算精确度比本发明所需的更高，它最好使用singleton方法。在singleton方法中，通过将降低的最大值从升高的最大值中减去的方法得到一个单独的输出决策。假若结果值比零大，则通过结果值的百分比乘以最大的允许值，最好是20RPM或132D/A计数且可以被固定或被编程，以增加D/A转换器72的输出值。假若结果值比零小，通过与上述对于正值相同的方法来降低所述D/A转换器72的输出值。计算的结果值为-100(D/A转换器72降低最大值)至100(D/A转换器72升高最大值)的范围内任意值。D/A转换器72最好是一个12位或212(4,095)计数转换器，一个计数位与发动机0.152RPMS(20RPM/132计数)相等。

本发明的模糊推断将通过下面的例子变得更清晰，该例只是本发明的一个样例，由下面的真值表所示：

真值表实例	∈_N＝0	∈_Z＝50	∈_P＝50
真值表实例	∈_N＝0	∈_Z＝50	∈_P＝50	d∈_N＝25	d₂＝MIN(0，25)＝0	d₁＝MIN(50，25)＝25	X(无动作)
d∈_Z＝75	d₃＝MIN(0，75)＝0	X(无动作)	i₁＝MIN(50，75)＝50	d∈_N＝25	d₂＝MIN(0，25)＝0	d₁＝MIN(50，25)＝25	X(无动作)
d∈_Z＝75	d₃＝MIN(0，75)＝0	X(无动作)	i₁＝MIN(50，75)＝50	d∈_P＝0	X(无动作)	i₃＝MIN(50，0)＝0	i₂＝MIN(50，0)＝0

由此表可见，通过执行一个最小模糊推断，即一个模糊与的程序，来将赋予∈_Z(50)的关系比例与赋予d∈_Z(25)的关系比例结合起来的。模糊与程序导致了最小值25被赋予给一个第一降低成分d₁。同样的模糊与的程序应用于计算第二和第三降低成分d₂和d₃时，使每个都获得0值，以及获得第一，第二和第三升高成分i₁，i₂和i₃。最小模糊推断后，执行一个最大模糊推断，即模糊或程序被应用于d₁，d₂和d₃或一个MAX(25，0，0)，它产生被赋予D/A转换器的降低成分d的最大值25。相同的最大模糊推断应用于升高项i₁，i₂和i₃或一个MAX(50，0，0)，它产生一个赋予D/A转换器的升高成分i的最大值50。

模糊逻辑程序的下一步是将D/A转换器的降低成分d和升高成分i结果结合起来或去模糊，以得出一个单独的输出决策。在模糊逻辑技术中很著名的去模糊心形线方法可以用来得到一个单独的输出。然而，因为此心形线的方法的计算精度比本发明所需的要高的多，所以最好用singleton方法。在模糊逻辑技术中众所周知，singleton方法将D/A转换器中的降低成分d结果从升高成分i中提取出来，生成一个值25。因为此值为正，D/A转换器输出值将升高所述固定的或可编程的最大允许值的25％。在本发明中，如上所示，该D/A转换器72的最大允许值最好是132D/A转换器计数(一个计数被定义为发动机0.152RPMs)或近似20RPMs。因此，20RPM的25％的升值等于5RPM的升高量。假若singleton方法生成了一个负值，该D/A转换器72的输出将以与上述正值的方式相同的方式降低。因此，由singleton方法得出的结果可以在-100，或D/A转换器72降低的最大值，和100或D/A转换器升高的最大值的范围内取任意值。

假若前面所述的任何其它的控制程序，例如PRV控制程序，需要提高该发动机22的速度，则忽略模糊逻辑程序直至条件满足。然后，发动机速度被降低直至速度误差小于或等于5RPM，此时模糊逻辑程序又一次进行控制。

一个计算装置的详情，例如冷却装置控制面板24上的微处理器66需要执行刚刚描述的关于模糊逻辑程序的运行的功能，示于图4的流程图中。微处理器66接收在压缩机14和蒸发器18中的绝对压强P_C，P_E，PRV 20的位置，剩余的被冷却的水温LCHWT，实际发动机速度以及发动机22吸入管的压强作为输入信号。

模糊逻辑程序在起始块76开始，进入功能块78，在这里检验此循环计时器CYCLE_TMR是否为0。此循环计时器CYCLE_TMR是一个计数一个循环周期的计数器，一旦此循环计时器CYCLE_TMR等于0，则开始模糊逻辑算法。假若CYCLE_TMR未计数至0，则该模糊逻辑程序退出。另外，令CYCLE_TMR等于CYCLE_PERIOD，它与上述采样间隔2至5秒相等。令速度误差ERROR等于由所述线速度SURFACE_SP加上安全裕度SURGE_MARGIN再减去实际发动机速度FB_MACH_SP所得的值(块80)。假若速率复位RATE_RESET在功能模块82中被发现值为“真”，则令前一个速度误差ERROR_PREV等于当前速度误差ERROR，而且在块84中令RATE_RESET等于“假”。

该速率复位RATE_RESET在第一次运行该程序时，通过将前一个速度误差ERROR_PREV等于当前速度误差ERROR来复位速度误差变化率，因为前次模糊逻辑运行保留的速度误差变化率可能与当前的速度误差变化率大大不同。不考虑RATE_RESET的值是“真”或“假”，令当前速度比率RATE等于当前的速度误差ERROR减去前一个速度误差ERROR_PREV，而且在块86中令当前的速度误差ERROR等于前一个速度误差ERROR_PREV。

程序下一步进入功能模块88，在这里检验速度误差ERROR是否在+/-4RPMs之间。假若速度误差ERROR在此范围内，则在块90中令速度误差ERROR等于0，否则进入功能模块92，在这里确定速度误差ERROR是否小于-20RPMs。假若速度误差ERROR小于-20RPMs，则设置负速度误差(∈_N)ERROR_NEG等于100，且在块94中设置零速度误差(∈_Z)ERROR_ZER和正速度误差(∈_P)ERROR_POS等于0，并进入子程序B，否则进入A子程序。

如图4(b)所示，子程序A由在功能模块96中确定速度误差ERROR是否小于0，即为负而开始。假若速度误差ERROR是负的，在块98中设置速度误差ERROR_NEG等于该速度误差ERROR的-5倍，设置零速度误差ERROR_ZER等于100减去该负速度误差ERROR_NEG，设置正速度误差ERROR_POS等于0。然后进入子程序B。假若速度误差ERROR不小于0，那么进入功能模块100判断速度误差ERROR是否大于20。假若为真，在块102中设负速度误差ERROR_NEG和零速度误差ERROR_ZER都等于0，且正速度误差ERROR_POS等于100，并进入子程序B，否则进入块104。在块104中，设置负速度误差ERROR_NEG等于0，正速度误差ERROR_POS等于速度误差ERROR的5倍，且零速度误差ERROR_ZER等于100减去正速度误差ERROR_POS。

在子程序B中，假若在功能模块106中发现该速度误差变化率RATE小于-50，则在块108中设置负速度误差变化率RATE_NEG等于100，且设置零和正速度误差变化率RATE_ZER，RATE_POS都为0，并进入子程序C，否则进入功能模块110。假若在功能块110中发现速度误差变化率RATE小于0，则在块112中设置负速度误差变化率RATE_NEG等于-2倍的速度误差变化率RATE，设置零速度误差变化率RATE_ZER等于100减去该负速度误差变化率RATE_NEG，且正速度误差变化率RATE_NEG等于0，并进入子程序C，否则进入功能模块114。在功能模块114中，假若速度误差变化率RATE大于50，则在块116中设置负和零速度误差变化率RATE_NEG，RATE_ZER等于0，且正速度误差变化率RATE_POS等于100，并进入子程序C，否则进入块118。在块118中，设置负速度误差变化率RATE_NEG等于0，正速度误差变化率RATE_POS等于2倍的速度误差变化率RATE，且零速度误差变化率RATE_ZER等于100减去正速度误差变化率RATE_POS，并进入子程序C。

如图4(c)所示，子程序C代表上述的最小模糊减少量推断技术而且由功能模块120开始。在这里判断负速度误差变化率RATE_NEG是否小于或等于负速度误差ERROR_NEG。假若负速度误差变化率RATE_NEG小于或等于负速度误差ERROR_NEG，则在块122中设置降低成分DECR_SP等于负速度误差变化率RATE_NEG，即最小值，否则，在块124中设置降低成分DECR_SP等于负速度误差ERROR_NEG。在此处，降低成分DECR_SP等于第一个降低成分d₁。

在功能模块126中，假若负速度误差变化率RATE_NEG小于或等于零速度误差ERROR_ZER，则在块128中设置一个虚拟变量TEMP等于负速度误差变化率RATE_NEG，否则在块130中设置虚拟变量TEMP等于该零速度误差ERROR_ZER。这时，此虚拟变量TEMP代表第二降低成分d₂。在功能模块132中，假若降低成分DECR_SP小于该虚拟变量TEMP，则在块134中设置降低成分DECR_SP等于虚拟变量TEMP。这个操作相当于在第一和第二降低成分d₁和d₂中寻找最大的降低成分。在功能模块136中，假若零速度误差变化率RATE_ZER小于或等于负速度误差ERROR_NEG，则在块138中设置虚拟变量TEMP等于零速度误差比率RATE_ZER，否则在块140中设置虚拟变量等于负速度误差ERROR_NEG。进入子程序D。虚拟变量TEMP现在代表第三降低成分d₃。

如图4(d)所示，子程序D通过在功能模块142确定代表第一和第二个降低成分d₁和d₂中的最大值的降低成分DECR_SP是否小于虚拟变量TEMP而开始，TEMP代表了第三降低成分d₃。假若降低成分DECR_SP小于虚拟变量TEMP，则在块144中设置降低成分DECR_SP等于虚拟变量TEMP。完成此步后，最大的降低成分d就被确定了且存储为DECR_SP。

更进一步如图4(d)所示，由功能模块146开始，子程序D的余项表示上述的最小模糊升高推断技术，并且由确定零速度误差变化率RATE_ZER是否小于或等于正速度误差ERR_POS开始。假若零速度误差变化率RATE_ZER小于或等于正速度误差ERR_POS，则在块148中设置升高成分INCR_SP等于零速度误差变化率RATE_ZER，即最小值，否则在块150中设置升高成分INCR_SP等于正速度误差ERROR_POS。这时，升高成分INCR_SP等于第一升高成分i₁.

在功能模块152中，假若正速度误差变化率RATE_POS小于或等于该零速度误差ERR_ZER，则在块154中设置虚拟变量TEMP等于正速度误差变化率RATE_POS，否则在块156中设置虚拟变量TEMP等于零速度误差ERR_ZER。此时，虚拟变量TEMP代表了第二升高成分i2。在功能模块158中，假若升高成分INCR_SP小于虚拟变量TEMP，则在块160中设置升高成分INCR_SP等于虚拟变量TEMP。这步操作与找出第一和第二升高成分i₁和i₂中的最大值等效。在功能模块162中，假若正速度误差变化率RATE_POS小于或等于正速度误差ERR_POS，则在块164中设置虚拟变量TEMP等于正速度误差变化率RATE_POS，且进入子程序F，否则进入子程序E。

如图4(e)所示，子程序F与子程序E基本相同，除了子程序F忽略了块166。在块166中，设置虚拟变量TEMP等于正速度误差ERROR_POS。此时虚拟变量TEMP代表第三升高成分i3。更进一步地如图4(e)所示，功能模块168确定代表第一和第二升高成分i1和i2中的最大升高成分的升高成分INCR_SP是否小于现在代表第三升高成分i3的虚拟变量TEMP。假若如此，则在块170中设置升高成分INCR_SP等于虚拟变量TEMP。在此项操作之后，最大升高成分i就被确定了并且在微处理器66中存储为INCR_SP。

子程序E由块172继续进行，这里设置虚拟变量TEMP等于最大升高成分INCR_SP和最大降低成分DECR_SP之差。这项操作与上述的去模糊的singleton方法等效。然后，在块174中，设置D/A转换器成分DAC_TARGET等于前面存储的D/A转换器成分DAC_TARGET加上(TEMP*132)/100。此程序接着又从块176重新开始了。

D/A转换器72被提供有D/A转换器成分信号DAC_TAGFET，该信号紧接着在电压-电流转换器74中转化成电流形式的发动机速度信号，并且提供给发动机控制面板30上的调速器28。该调速器28将发动机速度信号转换成控制发动机22速度尽可能迅速而平滑地达到线速度的一个节流控制信号。

由前面所述的可见，本发明利用了由模糊逻辑控制算法而得的多个冷却装置的输入，以使得迅速而便利地驱动发动机的速度误差降至0。因此，可以控制发动机和冷却系统，以比先前的容量控制系统更好的响应时间运行在最高效的工作点上。

本发明的其他实施例对于考虑了本发明以上公布的说明书和实际操作本领域专业技术人员是显而易见的。此说明书和例子仅仅是用作例子，利用在下面的权利要求书中说明其真正范围和实质。

Claims

1.一种用于冷却系统的容量控制系统，该冷却系统包括连接成为一个闭合的冷却回路的一个压缩机，一个冷却器，以及一个蒸发器，该压缩机有多个可调入口导流叶片和一个连接的原动机以驱动该压缩机，所述控制系统包括：

一个用于检测冷却器压强以产生一个第一信号的第一变送器；

一个用于检测蒸发器压强以产生一个第二信号的第二变送器；

一个用于检测入口导流叶片位置以产生一个第三信号的第三变送器；

一个用于检测实际原动机速度以产生一个第四信号的第四变送器；

一个用于检测由蒸发器排出的被冷却的水的温度以产生一个第五信号的第五变送器；

一个用于检测原动机的负荷以产生一个第六信号的第六变送器；

以及一个响应所述的第一至第六信号的微处理器，用于连续计算原动机的线速度，以及控制原动机的实际速度等于利用模糊逻辑算法计算而得的原动机线速度，其中原动机包括内燃机，电动机和汽轮机中的一个。

2.根据权利要求1所述的容量控制系统，其中所述微处理器利用一个原动机的压力比率以及第一至第三信号来计算该线速度。

3.根据权利要求2所述的容量控制系统，其中当原动机的实际速度在预设定的线速度的每分钟转数范围内时，模糊逻辑算法能使所述微处理器实现控制。

4.根据权利要求3所述的容量控制系统，其中微处理器使用模糊逻辑算法连续地计算此原动机的实际速度和线速度之差，以得到一个速度误差，并使该速度误差降至0。

5.根据权利要求4所述的容量控制系统，其中利用模糊逻辑算法，所述微处理器通过将过去时刻计算得出的速度误差从当前计算的速度误差中减去，而计算得出一个输入速度误差变化率，并且得出每个过去和现在速度误差计算结果和一个计算出的速度误差变化率的多个关系函数，从而利用关系函数来确定原动机的速度是提高还是降低。

6.根据权利要求5所述的容量控制系统，其中微处理器利用模糊逻辑算法，通过为每个计算结果指定一个在0和100之间的权值来确定与每个速度误差和速度误差变化率的计算结果相关的关系函数的比例，该关系函数产生多个原动机速度降低成分和多个原动机速度升高成分。

7.根据权利要求6所述的容量控制系统，其中微处理器利用模糊逻辑算法，对于关系函数执行一个最小模糊与推断，执行一个模糊或推断计算对于关系函数的第一最大值以得出原动机速度升高成分，并计算对于关系函数的第二最大值以得出原动机速度降低成分，从第二最大值中减去第一最大值得到一个单独的原动机速度控制信号。

8.一种控制一个冷却系统的容量的方法，该冷却系统包括连接成为一个闭合的冷却回路的一个压缩机，一个冷却器，以及一个蒸发器，该压缩机含有多个可调入口导流叶片和一个相连的原动机以驱动压缩机，所述原动机可以是内燃机，电动机和汽轮机中的任一种。所述的方法包括以下的步骤：

产生一个表示压缩机压强的第一信号；

产生一个表示蒸发器压强的第二信号；

产生一个表示入口导流叶片位置的第三信号；

产生一个表示原动机速度的第四信号；

产生一个表示由蒸发器排出的被冷却的水的温度的第五信号；

产生一个表示原动机的负荷的第六信号；

响应所述第一至第六信号产生一个控制信号以连续地计算所述原动机的一个线速度；和

控制原动机速度达到用模糊逻辑算法计算得出的线速度。

9.根据权利要求8所述的控制一个冷却系统的容量的方法，其中产生步骤包括利用该原动机压强比率和所述第一至第三信号计算所述线速度。

10.根据权利要求9所述的控制一个冷却系统的容量的方法，其中控制步骤利用模糊逻辑算法，当在预设定的线速度的每分钟转数范围内时控制原动机速度。

11.根据权利要求10所述的控制一个冷却系统的容量的方法，其中控制步骤利用模糊逻辑算法连续地计算原动机的实际速度和线速度之差而得到一个速度误差，并且使速度误差降至0。

12.根据权利要求11所述的控制一个冷却系统的容量的方法，其中控制步骤利用模糊逻辑算法通过一个当前计算得出的速度误差减去过去的一个计算的速度误差来计算一个输入速度误差变化率，得出每个过去和当前计算的速度误差比率的多个关系函数，且利用关系函数决定原动机的速度是应该提高还是降低。

13.根据权利要求12所述的控制一个冷却系统的容量的方法，其中控制步骤包括这样的步骤：利用模糊逻辑算法通过为计算出的速度误差和速度误差变化率指定一个在0和100之间的权值来确定与每一个计算的速度误差和速度误差变化率相关的关系比例，并且该多个关系函数提供了多个原动机速度降低成分和多个原动机速度升高成分。

14.根据权利要求13所述的控制一个冷却系统的容量的方法，其中控制步骤包括这样的步骤：利用模糊逻辑算法对于关系函数执行一个最小模糊与推断，执行一个模糊或推断，以计算出提供原动机速度升高成分的关系函数的第一最大值，和一个提供原动机速度降低成分的关系函数的第二最大值，以第二最大值减去第一最大值就得出一个单独的原动机速度控制信号。