CN1200462A - 空调器的温度控制装置 - Google Patents

Abstract

一种空调器温度控制装置,包括:用于设定室温的遥控信号接收设备;用于检测室温的温度检测设备;和用于通过输入设定的室温及测到的室温和设定的室温之间的温度误差来进行模糊推理,并用于补偿温度误差,以便利用输入的补偿温度误差线性控制压缩机频率的控制设备。

Description

空调器的温度 控制装置

本发明涉及的是利用模糊推理法(Fuzzy logic)快速控制空调器温度的空调器的温度控制装置，该装置根据设定温度、设定的室温和检测到的室温之间的温度误差以及温度误差的变化速率来补偿温度误差。

美国专利US5 410 890公开了常用的空调器温度控制装置。上述专利所描述的空调器温度控制装置示于图1中，该装置包括一个模糊控制存储单元21，一个控制装置23，一个室温检测单元24和一个室温变化计算单元25，模糊控制存储单元21用于存储属籍函数的控制规则，控制装置23根据存储在模糊控制存储单元21中的属籍函数控制规则利用设定的室温和检测到的室温之间的温度误差(输入1)和室温的变化(输入2)进行模糊推理计算并用于输出压缩机22的变化频率，室温检测单元24用于检测室温。

在空调器温度控制装置中，根据存储在模糊控制存储单元21中的属籍函数(membership function)控制规则，通过输入设定的室温和检测到的室温之间的温度误差(输入1)和输入室温变化(输入2)进行模糊推理计算。利用模糊计算结果控制压缩机22的输出变化频率，由此按照每个预定的时间间隔(t秒)改变压缩机的频率，从而控制室温。

用室温检测单元24检测室温(Tr)，这样，一旦检测了室温，室温变化计算单元25就算出室温变化速率。如果室温变化很快，以致于比设定室温变化值大时，控制装置23直接进行模糊推理计算，以改变压缩机22的频率。

但是，当通过输入设定的室温和检测到的室温之间的温度误差和输入室温变化速率进行模糊推理计算来改变压缩机频率时，则在现有空调器的温度控制装置中出现如下一些问题：如果设定的室温和检测到的室温之间的温度误差很大，则不能很快地对温差进行补偿，从而不能快速执行理想的空调运行，即使温度误差不大，所检测到的室温也不能精确地与设定室温匹配，因此不能满足用户舒适的需求。

本发明旨在克服上述问题，本发明的目的在于提供一种空调器温度控制装置，通过在比例加积分(PI)控制单元前端装配一个整体模糊补偿单元，本发明的空调器温度控制装置可以快速地控制室温，由此进行模糊推理，以补偿设定的室温和检测到的室温之间的温度误差。

为了实现本发明的目的，本发明所提供的空调器温度控制装置包括：

用于设定室温的遥控信号接收设备；

用于检测室温的温度检测设备；和

用于通过输入设定的室温及检测到的室温和设定的室温之间的温度误差进行模糊推理，补偿温度误差，以便利用输入补偿的温度误差线性控制压缩机频率的控制设备。

为了充分理解本发明的上述特性和目的，下面结合附图对本发明进行详细描述，其中：

图1是传统空调器温度控制装置的结构示意图；

图2是本发明空调器室内单元的透视图；

图3是安装在墙壁上的室内单元的侧视图；

图4是本发明实施例的空调器温度控制装置的方框图；

图5是本发明实施例的空调器温度控制装置的模糊推理法的方框图；

图6是作为整体模糊推理补偿单元输入的设定室温的属籍函数；

图7是作为整个前端模糊推理补偿单元输入的温度误差的属籍函数；

图8是输入和输出规则的图表，该图表表示整体模糊推理补偿单元的输入和输出关系。

下面结合附图详细描述本发明的实施例。如图2所示，空调器包括一个主体室内单元(下面称之为室内单元)、在所述室内单元前方上部配置了用于吸进室内空气的吸气口3、在所述室内单元前方下部配置了用于排出与热交换器换过热的室内空气(热空气或冷气)的排气口5。

此外，在排气口5的右侧配置有接收遥控器发出的遥控信号的遥控信号接收单元7，在排气口5处配置有垂直控制通过排气口5排放到室内气流方向的空气导向叶片11。

遥控器9具有若干控制空调器的功能键，这些功能例如包括设定运行模式(自动，冷却，除湿，送风等)、运行启动和运行结束、设定室温、送风方向和通过排气口5排放的空气量。

图3是图2所示的室内单元的侧视图。在所有的附图中，相同的标号和符号用来表示相同或等同部件或部分，为描述简单起见，省略对这些标号的描述。

如图3所示，在室内单元中，吸气口3的后面配置有一个长形热交换器13，在热交换器13的后面配置有一个室内风扇15，通过与冷却剂的蒸发潜热进行热交换，上述热交换器将空气换热变成冷或热空气，上述室内风扇15通过吸气口3吸入室内空气，并通过排气口5将与热交换器换过热的空气排到室内。

此外，在室内单元1中设置有一个管件(duct member)17，该管件引导经吸气口3吸入的空气气流和经排气口5排出的空气气流。

下面结合图4和5描述空调器的温控电路。如图4和5所示，电源设备100将电源端(未示出)供给的市用交流电转变成空调器运行所需的预定电压的直流电，并将该直流电输出。

当用户在功能键上手动地设定运行模式(自动，冷却，除湿，送风等)、室温、送风方向等时，遥控信号接收设备102接收遥控器9发出的紫外光(ultravidt light)信号。室温检测设备104检测由吸气口3吸入的室内空气的温度(Tr)。

控制设备106是微机，在接收了电源设备100输出的直流电压使空调器初始化和测定了通过遥控信号接收设备102接收的由用户用紫外光信号所设定的运行状况后微机控制空调器的整体运行。

控制设备106包括：根据输入的设定室温(Ts)和所测室温(Tr)之间的温度误差(Te)进行模糊推理的整体模糊补偿单元30(Te＝Is-Tr)，以便补偿温度误差；和利用输入补偿的温度误差进行线性控制的PI控制单元40，补偿温度误差加有从整体模糊补偿单元30输出的补偿项(r)以及温度误差(Te)。

压缩机驱动设备110根据室温检测设备104测检到的室温(Tr)和用户设定的室温(Ts)之间的室温误差接收控制设备106输出的控制信号，以便驱动压缩机111。风向控制设备112接收控制设备106输出的控制信号，根据用户通过遥控器9设定的送风方向来控制经排气口5排出的空气方向，以便驱动风向电机113，使风向叶片11运动。

此外，风扇电机驱动设备114接收控制设备106输出的控制信号，根据用户通过遥控器9设定的送风方向来控制经排气口5排出的送风速度。显示设备116显示运行模式(自动，冷却，除湿，送风，加热等)、遥控器9设定的温度(Ts)以及空调器的总的运行状态。

如图5所示，整体模糊补偿设备30包括：一个用于输入由遥控信号接收设备102设定的室温(Ts)和温度误差(Te)作模糊计算的模糊单元31；一个利用在模糊单元31中作过模糊计算的温度误差(Te)和设定温度(Ts)根据最大-最小模糊法进行模糊推理的模糊推理单元32；和一个根据模糊推理单元32求得的最小和最大输出值计算各输出值所占区域的非模糊单元33，用于确定区域的重心(weight center)，并将该区域重心加到温度误差(Te)中，将其取作为补偿的温度误差。

图6示出的是向整体模糊补偿单元30输入的设定室温(Ts)的属籍函数，即空调器冷量(cooling capacity)易于变化的温度范围18℃至30℃时的输入属籍函数。

在图6中，符号M，L和H分别表示设定室温的“中温范围”，“低温范围”和“高温范围”。图7示出的是输入到整体模糊补偿单元30中的温度误差(Te)的属籍函数。该图所示的属籍函数的温度范围是-1℃至10℃，温度误差是设定室温(Ts)和检测到的室温(Tr)之间的温度误差。

在图7中，符号ZE，NE，PS和PB分别表示“没有”、“低”““稍高”和“很高”的温度误差(Te)。图8是输入和输出规则的图表，该图表表示整体模糊补偿单元30的输入和输出关系，即表示补偿项的模糊控制规则的图表，该补偿项作为设定温度和温度误差(Te)的输入值的结果。

下面描述空调器控制装置的运行效果。首先，当通电时，电源设备100(未示出)将交流电源终端供给的市用交流电压转变成驱动空调器所需的预定电压的直流电，并将该直流电输出给各个电路和控制设备106。

所以，控制设备106利用电源设备100输出的直流电压使空调器初始化。此时，用户通过遥控器9设定运行模式(例如冷却)和室温(Ts)及所需的送风方向，并按下启动空调器的启动键。

在遥控器中，与功能键相应的遥控信号由预定的协议进行编纂(codify)，以解调发出的紫外光信号。当从遥控器9中发出紫外光信号时，则遥控信号接收设备102将紫外光信号解调成电信号发送到控制设备106中。

因此，控制设备106向风扇电机驱动设备114输出驱动室内风扇15的控制信号，使空调器进行冷却运行。此后，风扇电机驱动设备114控制室内风扇电机115的转动频率，根据设定的送风方向驱动室内风扇15。

当驱动室内风扇15时，室内空气经吸气口3吸入，室温检测设备104检测经吸气口30吸入的室内空气的温度，控制设备106接收由室温检测设备104检测的室温的模拟数据，以便将其转变成数字数据。

然后，控制设备106利用设定的室温(Ts)和室温检测设备104检测到的室温(Tr)计算温度误差(Te)，整体模糊补偿单元30的模糊单元31结合图6和图7的属籍函数和图8的控制规则图表用设定室温(Ts)和温度误差(Te)来计算下面的补偿项(r)： $r=\frac{\underset{l=1}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{y}_i}{\underset{l=1}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i},i=1,......12$

此处，r是补偿项，这是整体模糊补偿单元30的输出，W_i是各控制规则的相容度值(compatibility degree value)表示由用控制规则图表中给出的两个输入值计算的各个相容度函数求得的最小相容值。此外，y_i是由图8所示的控制规则图表得到的值，即在-3至3之间。上述模糊推理是用来通过12个重量和中心值(weight and central valus)计算出加权和的补偿项(r)。

因此，上述公式表示在模糊推理单元32和非模糊单元33中执行模糊推理计算的整个过程。将补偿项(r)加到温度差(Te)中，以便求得补偿温度误差(e′)。

接着，PI控制设备40用补偿的温度误差(e′)来计算最终的控制输出值，该值中有一项与e′正比，还有一项与e′的积分值成正比；下面为公式1和公式2比例项为一个常数与补偿温度误差(e′)的乘积：Up＝Kpe′…(1)积分项为： $\mathrm{Ui}=\mathrm{KI}\underset{\mathrm{\τ}=\mathrm{to}}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{\′}\left(\mathrm{\τ}\right)----\left(2\right)$

将比例项和积分项相加求得最终的压缩机频率。

压缩机的运行频率＝Up+Ui

当PI控制设备40输出压缩机频率时，压缩机驱动设备110根据最终的压缩机频率驱动压缩机111。

如果压缩机111运转，则通过吸气口3吸入的室内空气与流入热交换器13中的冷却剂的蒸发潜热换热变成冷空气。在热交换器13中换过热的冷空气向上运动，按照空气导向叶片的角度进行冷却运行，空气导向叶片在排气口5中垂直地上下摆动(tilte)。

根据上面的描述可以清楚地看到，本发明的空调器温度控制装置的运行效果在于：当设置在PI控制单元前的整体模糊补偿单元用设定温度和温度误差进行模糊推理计算来补偿设定室温和检测到的室温之间的温度误差时，可以快速控制室内温度。

Claims (3)

1.一种空调器温度控制装置，包括：

用于设定室温的遥控信号接收设备；

用于检测室温的温度检测设备；和

用于通过输入设定的室温及检测到的室温和设定的室温之间的温度误差进行模糊推理，并用于补偿温度误差的控制设备，以便利用输入该补偿温度误差来线性控制压缩机运行频率。

2.根据权利要求1所述的空调器温度控制装置，其中，所述的控制设备包括：

根据利用设定室温和设定室温与所测室温之间的温度误差进行模糊推理的整体模糊补偿单元，以便补偿温度误差；和

利用输入的补偿温度误差进行线性控制的PI控制单元，补偿温度误差加有从整体模糊补偿单元输出的补偿项以及温度误差。

3.根据权利要求1所述的空调器温度控制装置，其中，所述的整体模糊补偿单元包括：

一个用于输入由遥控信号接收设备设定的室温和温度误差的模糊单元以便进行模糊计算；

一个利用在模糊单元中作过模糊计算的温度误差和设定温度根据最大-最小模糊法进行模糊推理的模糊推理单元；和

一个根据模糊推理单元求得的最小和最大输出值计算各输出值所占区域的非模糊单元，以便确定区域的重心，并将该区域重心加到温度误差中，将其取作为补偿的温度误差。

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