DE102021213591A1 - Refrigeration device and method for operating a refrigeration device - Google Patents

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Abstract

Ein Kältegerät (1) weist einen Kältekreislauf mit einem drehzahlregelbaren Verdichter (4), einen Verflüssiger (7), mindestens einen Verdampfer (2, 3) und mindestens ein Drosselorgan (5, 6) auf, außerdem einen Kühlraum mit mindestens einer Temperaturzone, der jeweils mindestens ein Verdampfer zugeordnet ist, einen Temperatursensor pro Temperaturzone zum Abfühlen von Ist-Werten (TF1, TF2) einer zugehörigen Zonentemperatur, einen Satz von variabel über Stellgrößen (n, d1, d2) einstellbaren Aktoren (4-6), einschließlich dem Verdichter, welche einen merklichen Einfluss auf einen Betrieb des Kältekreislaufs besitzen, wobei die Zahl der Aktoren höher ist als die Zahl der Verdampfer, und ein Steuergerät (9), das dazu eingerichtet ist, Werte der Stellgrößen der Aktoren beruhend auf Abweichungen zwischen den Ist-Werten der Zonentemperaturen und vorgegebenen Soll-Werten (TF1,soll, TF2,soll) davon vorzugeben, wobei die Werte der Stellgrößen mittels eines Kreislaufmodells berechnet werden.A refrigeration appliance (1) has a refrigeration circuit with a variable-speed compressor (4), a condenser (7), at least one evaporator (2, 3) and at least one throttle element (5, 6), and also a refrigerated space with at least one temperature zone, the at least one evaporator is assigned in each case, a temperature sensor per temperature zone for sensing actual values (TF1, TF2) of an associated zone temperature, a set of actuators (4-6) that can be variably adjusted via manipulated variables (n, d1, d2), including the compressor , which have a noticeable influence on the operation of the refrigeration circuit, the number of actuators being higher than the number of evaporators, and a control unit (9) which is set up to calculate values of the manipulated variables of the actuators based on deviations between the actual values of the zone temperatures and specified setpoint values (TF1,setpoint, TF2,setpoint) thereof, with the values of the manipulated variables being calculated using a circuit model.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kältegerät, aufweisend einen Kältekreislauf mit einem drehzahlregelbaren Verdichter, einem Verflüssiger, mindestens einem Verdampfer und mindestens einem Drosselorgan, einen Kühlraum mit mindestens einer Temperaturzone, der jeweils mindestens ein Verdampfer zugeordnet ist, mindestens einen Temperatursensor pro Temperaturzone zum Abfühlen von Ist-Werten einer zugehörigen Zonentemperatur, einen Satz von über Stellgrößen einstellbaren Aktoren, einschließlich des Verdichters, welche einen merklichen Einfluss auf einen Betrieb des Kältekreislauf besitzen, wobei die Zahl der Aktoren höher ist als die Zahl der Verdampfer, und ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, Stellgrößen der Aktoren beruhend auf Abweichungen zwischen den Ist-Werten der Zonentemperaturen und vorgegebenen Soll-Werten davon vorzugeben, wobei das Steuergerät mit einem computerlesbaren Speichermedium datentechnisch gekoppelt ist, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch das Steuergerät dieses veranlassen, die Werte der Stellgrößen der Aktoren auf Grundlage eines Kreislaufmodells zu berechnen, und das Kreislaufmodell einen Regelkreis zum Einstellen der Ist-Werte der Zonentemperaturen auf jeweils vorgegebene Soll-Werte beschreibt. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Kältegeräts. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Haushalts-Kältegeräte, bei denen der Verdichter im Dauerlauf betrieben wird.The invention relates to a refrigeration appliance, having a refrigeration circuit with a speed-controllable compressor, a condenser, at least one evaporator and at least one throttle element, a refrigerated space with at least one temperature zone, to which at least one evaporator is assigned, at least one temperature sensor per temperature zone for sensing actual Values of an associated zone temperature, a set of actuators that can be set via actuating variables, including the compressor, which have a noticeable influence on the operation of the refrigeration circuit, the number of actuators being higher than the number of evaporators, and a control unit that is set up to To specify manipulated variables of the actuators based on deviations between the actual values of the zone temperatures and specified target values thereof, the control unit being data-technically coupled to a computer-readable storage medium which includes commands which, when executed by the control unit, cause this to change the values of the manipulated variables to calculate the actuators on the basis of a circuit model, and the circuit model describes a control circuit for setting the actual values of the zone temperatures to respectively predetermined target values. The invention also relates to a corresponding method for operating a refrigeration device. The invention can be applied particularly advantageously to household refrigeration appliances in which the compressor is operated continuously.

Der Artikel von Alexsandro S. Silveira, Marcelo D.C. de Oliveira, Alexandre Trofino Neto, Christian J. L. Hermes: „Least power point tracking (LPPT) control for refrigeration systems running with variable-speed compressors“, International Journal of Refrigeration, verfügbar online am 9. Januar 2021, offenbart einen Least Power Point Tracking (LPPT)-Regelalgorithmus, der auf ein Kühlsystem angewendet wird. Der LPPT ist eine adaptive Version einer Dual-Speed-Steuerung, die eine On-Off-Steuerung mit zwei von Null verschiedenen Geschwindigkeitswerten ist: Der niedrigere Geschwindigkeitswert wird gewählt, um den Energieverbrauch zu minimieren, während der höhere Geschwindigkeitswert verwendet wird, um starke Störungen zu unterdrücken. Die LPPT- und Dual-Speed-Ergebnisse werden mit anderen Regeltechniken verglichen, die im Bereich von Kühlsystemen verwendet werden können, nämlich der On-Off (Basislinie)-Ansatz und dem Proportional-Integral-Ansatz. Experimentelle Analysen zeigten, dass die LPPT-Kontrolle etwa 16% weniger Energie verbraucht als der Basislinien-Ansatz.The article by Alexsandro S. Silveira, Marcelo D.C. de Oliveira, Alexandre Trofino Neto, Christian J.L. Hermes: "Least power point tracking (LPPT) control for refrigeration systems running with variable-speed compressors", International Journal of Refrigeration, available online January 9, 2021, discloses Least Power Point Tracking (LPPT) control algorithm applied to a refrigeration system. The LPPT is an adaptive version of a dual speed controller, which is an on-off controller with two non-zero speed values: the lower speed value is chosen to minimize power consumption, while the higher speed value is used to avoid strong disturbances to suppress. The LPPT and dual-speed results are compared to other control techniques that can be used in the field of refrigeration systems, namely the on-off (baseline) approach and the proportional-integral approach. Experimental analysis showed that the LPPT control uses approximately 16% less energy than the baseline approach.

In dem Artikel von Daniel J. Burns, Christopher R. Laughman und Martin Guay: „Proportional-Integral Extremum Seeking for Vapor Compression Systems“, IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY, Vol.28, Nr.2, März 2020 wird ein Stromverbrauch eines Dampfkompressionssystems (VCS) durch die Anwendung eines proportional-integralen Extremum-Suchreglers (PI-ESC) beschrieben, der im gleichen Zeitrahmen wie der Prozess konvergiert. Dieses Extremum-Suchverfahren verwendet eine zeitvariable Parameterschätzung, um den lokalen Gradienten in der Karte von manipulierten Eingaben bis zu Leistungsausgaben zu bestimmen. Außerdem enthält das Extremum- Suchverfahren Terme proportional zum geschätzten Gradienten, was eine nachfolgende Modifikation einer Schätzroutine erfordert, um Verzerrungen zu vermeiden. Der PI-ESC-Algorithmus wird abgeleitet und mit anderen Methoden an einem Benchmark-Beispiel verglichen, das die Konvergenzrate von PI-ESC demonstriert. PI-ESC wird auf das Problem der Auswahl des Verdichterauslasstemperatur-Sollwerts für ein VCS angewendet, so dass der Stromverbrauch auf ein Minimum reduziert wird. Ein physikbasiertes Simulationsmodell des VCS wird verwendet, um zu zeigen, dass mit PI-ESC die Konvergenz zum optimalen Betriebspunkt schneller erfolgt als die Bandbreite typischer Störungen - was die Anwendung der Extremum-Suchsteuerung auf VCSs in Umgebungen unter realistischen Betriebsbedingungen ermöglicht. Schließlich validieren Experimente an einer Produktionsraumklimaanlage, die in einer adiabatischen Testanlage installiert ist, den Ansatz in Gegenwart von signifikantem Rauschen und Aktor- und Sensorquantisierung.In the article by Daniel J. Burns, Christopher R. Laughman and Martin Guay: "Proportional-Integral Extremum Seeking for Vapor Compression Systems", IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY, Vol.28, No.2, March 2020, a power consumption of a Vapor compression system (VCS) through the application of a proportional-integral extremum search controller (PI-ESC) that converges on the same time frame as the process. This extremum search method uses time-varying parameter estimation to determine the local gradient in the map from manipulated inputs to power outputs. In addition, the extremum search method contains terms proportional to the estimated gradient, which requires subsequent modification of an estimation routine to avoid bias. The PI-ESC algorithm is derived and compared to other methods on a benchmark example demonstrating the convergence rate of PI-ESC. PI-ESC is applied to the problem of selecting the compressor discharge temperature setpoint for a VCS so that power consumption is kept to a minimum. A physics-based simulation model of the VCS is used to show that with PI-ESC, convergence to the optimal operating point occurs faster than the bandwidth of typical perturbations - enabling the application of extremum seek control to VCSs in environments under realistic operating conditions. Finally, experiments on a production room air conditioner installed in an adiabatic test facility validate the approach in the presence of significant noise and actuator and sensor quantization.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere auf Basis eines vergleichsweise einfach implementierbaren Reglerentwurfs eine Möglichkeit für einen besonders energiesparenden Betrieb eines Kältegeräts mit mehreren Kühlfächern, die unterschiedliche Fachtemperaturen aufweisen können, bereitzustellen.It is the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages of the prior art and, in particular, to provide a possibility for particularly energy-saving operation of a refrigeration device with several refrigeration compartments, which can have different compartment temperatures, on the basis of a controller design that is comparatively easy to implement.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.This object is solved according to the features of the independent claims. Preferred embodiments can be found in particular in the dependent claims.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kältegerät, aufweisend

  • - einen Kältekreislauf mit einem drehzahlregelbaren Verdichter, einen Verflüssiger, mindestens einen Verdampfer und mindestens ein Drosselorgan,
  • - einen Kühlraum mit mindestens einer Temperaturzone, der jeweils mindestens ein Verdampfer zugeordnet ist,
  • - mindestens einen Temperatursensor pro Temperaturzone zum Abfühlen von Ist-Werten einer zugehörigen Zonentemperatur,
  • - einen Satz von variabel über Stellgrößen einstellbaren Aktoren, einschließlich des Verdichters, welche einen merklichen Einfluss auf einen Betrieb des Kältekreislauf besitzen, wobei die Zahl der Aktoren um mindestens eins höher ist als die Zahl der Verdampfer,
  • - ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, Stellgrößen der Aktoren beruhend auf Abweichungen zwischen den für jede Temperaturzone gemessenen Ist-Werten der Zonentemperaturen und vorgegebenen Soll-Werten der Zonentemperaturen vorzugeben,
wobei
  • - das Steuergerät mit einem computerlesbaren Speichermedium datentechnisch gekoppelt ist, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch das Steuergerät dieses veranlassen, die Werte der Stellgrößen der Aktoren auf Grundlage eines Kreislaufmodells eines Kältesystems bestehend aus dem Kältekreislauf und der mindestens einen Temperaturzone, zu berechnen,
  • - das Kreislaufmodell einen vollständigen Regelkreis zum Einstellen der Ist-Werte der Zonentemperaturen auf jeweils vorgegebene Soll-Werte beschreibt, in dem
  • - das Kreislaufmodell, insbesondere dessen (modellhafte) Regelstrecke des Kreislaufmodells, ein dynamisches Teilmodell der mindestens einen Temperaturzone umfasst, das aus Werten von der jeweiligen Temperaturzonen zugeführten Kälteleistungen zugehörige Ist-Werte der Fachtemperaturen berechnet,
  • - dem dynamischen Teilmodell ein, insbesondere ebenfalls der Regelstrecke zugehöriges, stationäres Teilmodell vorgeschaltet ist, das aus Stellgrößen der Aktoren jeweilige Werte der Kälteleistungen berechnet und an das dynamische Teilmodell übergibt sowie Werte mindestens einer weiteren physikalischen Zustandsgröße der Regelstrecke berechnet,
  • - dem stationären Teilmodell ein dazu inverses stationäres Teilmodell vorgeschaltet ist, das aus vorgegebenen Soll-Werten der Kälteleistungen der jeweiligen Temperaturzonen sowie Vorgabewerten der mindestens einen weiteren Zustandsgröße Werte der Stellgrößen der Aktoren berechnet und an das stationäre Teilmodell übergibt,
  • - dem inversen stationären Teilmodell pro Temperaturzone ein Reglermodell vorgeschaltet ist, das aus Differenzen zwischen den vorgegebenen Soll-Werten der zugehörigen Zonentemperatur und den gemessenen Ist-Werten der zugehörigen Zonentemperatur eine jeweilige Soll-Kälteleistung berechnet und an das inverse stationäre Teilmodell übergibt, und
  • - ein Optimierer dazu vorgesehen ist, aus einem gemessenen Ist-Wert einer weiteren Zustandsgröße als Eingangsgröße einen Vorgabewert einer anderen weiteren Zustandsgröße zu bestimmen bzw. zu berechnen, diesen Vorgabewert an das inverse stationäre Teilmodell zu übergeben und die Vorgabewerte iterativ auf einen vorgegebenen Zielzustand der Eingangsgröße hin einzustellen.
The object is achieved by a refrigeration device having
  • - a refrigeration circuit with a variable-speed compressor, a condenser, at least one evaporator and at least one throttle element,
  • - a refrigeration room with at least one temperature zone, to which at least one evaporator is assigned,
  • - at least one temperature sensor per temperature zone for sensing actual values of an associated zone temperature,
  • - a set of actuators that can be variably adjusted via manipulated variables, including the compressor, which have a noticeable influence on the operation of the refrigeration cycle, with the number of actuators being at least one higher than the number of evaporators,
  • - a control device that is set up to specify manipulated variables of the actuators based on deviations between the actual values of the zone temperatures measured for each temperature zone and specified target values of the zone temperatures,
whereby
  • - the control unit is coupled in terms of data technology to a computer-readable storage medium, which includes commands which, when executed by the control unit, cause the latter to calculate the values of the manipulated variables of the actuators on the basis of a circuit model of a refrigeration system consisting of the refrigeration circuit and the at least one temperature zone,
  • - the circuit model describes a complete control circuit for adjusting the actual values of the zone temperatures to respectively specified target values, in which
  • - the circuit model, in particular its (model) controlled system of the circuit model, includes a dynamic partial model of the at least one temperature zone, which calculates associated actual values of the compartment temperatures from values of the cooling capacities supplied to the respective temperature zones,
  • - the dynamic sub-model is preceded by a stationary sub-model, in particular also associated with the controlled system, which calculates respective values of the cooling capacities from manipulated variables of the actuators and transfers them to the dynamic sub-model and calculates values of at least one other physical state variable of the controlled system,
  • - the stationary sub-model is preceded by an inverse stationary sub-model, which calculates values of the manipulated variables of the actuators from specified setpoint values of the cooling capacities of the respective temperature zones and default values of the at least one other state variable and transfers them to the stationary sub-model,
  • - the inverse stationary partial model is preceded by a controller model for each temperature zone, which calculates a respective target cooling capacity from the differences between the specified target values of the associated zone temperature and the measured actual values of the associated zone temperature and transfers this to the inverse stationary partial model, and
  • - an optimizer is provided to determine or calculate a default value of another additional state variable from a measured actual value of a further state variable as an input variable, to transfer this default value to the inverse stationary partial model and to iteratively adjust the default values to a predetermined target state of the input variable to adjust.

Dieses Kältegerät weist den Vorteil auf, dass ein nahezu energieoptimaler Betrieb erreicht werden kann, welcher trotz Bauteil-Streuungen und Alterungseffekten aufrecht erhalten werden kann, weil diese durch die Regelung kompensiert werden können. Vorteilhaft ist dabei zudem, dass die Regelung über das Kreislaufmodell nicht nur bei einzelnen ausgezeichneten stationären Betriebszuständen, welche z.B. für eine Energieklassifizierung relevant sind, sondern bei prinzipiell jedem stationären Betriebszustand wirksam ist. Es ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass die weitere Zustandsgröße des stationären Teilmodells, welche als Eingangsgröße des Optimierers verwendet wird, als Regelgröße aufgefasst wird, die während des Betriebs ständig überwacht und ggf. stetig nachgeregelt bzw. nachgestellt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Linearisierung der Regelstrecke über das inverse stationäre Teilmodell vorgenommen wird. Dies erlaubt die Verwendung von vergleichsweise einfachen Reglerentwurfsverfahren für lineare Systeme für die Einregelung der einzelnen Zonentemperaturen. Außerdem besteht ein Vorteil darin, dass das dort beschriebene Verfahren nur für Geräte mit einem Fach und einem Verdichter als Aktor Verwendung finden kann. Eine einfache Erweiterbarkeit auf Geräte mit mehreren Fächern und mehreren, ggf. andersartigen, Aktoren besteht nicht.This refrigeration device has the advantage that an almost energy-optimal operation can be achieved, which can be maintained despite component scatter and aging effects because these can be compensated for by the control. It is also advantageous that the control via the circuit model is not only effective for individual stationary operating states, which are relevant for an energy classification, for example, but in principle for every stationary operating state. In particular, this results in the advantage that the further state variable of the stationary sub-model, which is used as the input variable of the optimizer, is understood as a controlled variable that is constantly monitored during operation and, if necessary, constantly readjusted or readjusted. A further advantage is that the controlled system is linearized via the inverse stationary partial model. This allows the use of comparatively simple controller design methods for linear systems for controlling the individual zone temperatures. There is also an advantage in that the method described there can only be used for devices with one compartment and one compressor as an actuator. A simple expandability to devices with multiple compartments and multiple, possibly different, actuators does not exist.

Das Kältegerät ist insbesondere ein Haushalts-Kältegerät. Das Kältegerät kann z.B. ein Kühlschrank, eine Gefriertruhe oder eine Kombination davon sein.The refrigeration device is in particular a domestic refrigeration device. The refrigeration device can be, for example, a refrigerator, a chest freezer or a combination thereof.

Dass die Aktoren variabel über Stellgrößen einstellbar sind, umfasst in einer Weiterbildung, dass die Stellgrößen kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich (d.h., mit kleinen Schrittweiten) einstellbar sind. Dies ermöglicht eine besonders genaue Erreichung eines geringen Stromverbrauchs des Kältekreislaufs.The fact that the actuators can be variably adjusted using manipulated variables includes, in a further development, that the manipulated variables can be adjusted continuously or quasi-continuously (i.e. with small increments). This enables a particularly precise achievement of low power consumption in the refrigeration cycle.

Unter einem drehzahlregelbaren Verdichter kann ein Verdichter verstanden werden, der eine variabel einstellbare Drehzahl und/oder ein variabel einstellbares Fördervolumen aufweist.A speed-controllable compressor can be understood to mean a compressor which has a variably adjustable speed and/or a variably adjustable delivery volume.

Das Drosselorgan kann ein Ventil, eine Kapillare, eine Düse, usw. sein.The throttle element can be a valve, a capillary, a nozzle, etc.

Dass einer Temperaturzone mindestens ein Verdampfer zugeordnet ist, bedeutet, dass diese Temperaturzone mittels des mindestens einen Verdampfers gekühlt wird. Dazu ist die Temperaturzone mit dem zugehörigen mindestens einen Verdampfer thermisch gekoppelt. Beispielsweise kann der Verdampfer in der Temperaturzone vorhanden sein, eine Wandung der Temperaturzone darstellen oder unmittelbar hinter einer Wand der Temperaturzone angeordnet sein.The fact that at least one evaporator is assigned to a temperature zone means that this temperature zone is cooled by means of the at least one evaporator. For this purpose, the temperature zone is thermally coupled to the associated at least one evaporator. For example, the evaporator can be present in the temperature zone, represent a wall of the temperature zone, or be arranged directly behind a wall of the temperature zone.

Der Kältekreislauf und die Temperaturzone(n) bilden zusammen das Kältesystem.The refrigeration circuit and the temperature zone(s) together form the refrigeration system.

Der Kühlraum kann eine Temperaturzone oder mehrere Temperaturzonen mit individuell einstellbaren Zonentemperaturen umfassen.The refrigerator compartment can have one temperature zone or several temperature zones with individually adjustable zone temperatures.

Jeder Temperaturzone ist mindestens ein Temperatursensor zum Abfühlen einer Ist-Zonentemperatur dieser Temperaturzone zugeordnet.At least one temperature sensor for sensing an actual zone temperature of this temperature zone is assigned to each temperature zone.

Unter einem Aktor, der einen merklichen Einfluss auf einen Betrieb des Kältekreislaufs besitzt oder aufweist, kann insbesondere eine Komponente des Kältegeräts verstanden werden, deren Betrieb bzw. die bei Betrieb das Verhalten des Kältekreislaufs, insbesondere dessen Betriebspunkt, signifikant beeinflussen. Insbesondere können durch solche Aktoren zusammen alle gewünschten stationären Betriebspunkte hinsichtlich Zonentemperaturen und Leistungsaufnahme prinzipiell eingestellt werden. Solche Aktoren können beispielsweise umfassen: den Verdichter, Drosselorgane mit einstellbarem Durchfluss, gezielt auf den Kältekreis einwirkende Lüfter, usw. Da der Kältekreis mindestens einen Verdampfer aufweist, umfasst der Satz von Aktoren mindestens zwei Aktoren, nämlich insbesondere den Verdichter und mindestens einen weiteren Aktor.An actuator that has or has a noticeable influence on the operation of the refrigeration circuit can be understood in particular as a component of the refrigeration device whose operation or which during operation significantly influence the behavior of the refrigeration circuit, in particular its operating point. In particular, all desired steady-state operating points with regard to zone temperatures and power consumption can in principle be set together by such actuators. Such actuators can include, for example: the compressor, throttle bodies with adjustable flow, fans acting specifically on the refrigeration circuit, etc. Since the refrigeration circuit has at least one evaporator, the set of actuators comprises at least two actuators, namely in particular the compressor and at least one other actuator.

Das Steuergerät dient zur Steuerung des Kältekreises und ggf. weiterer Funktionen des Kältegeräts. Das Steuergerät kann dazu insbesondere eine elektronische Schaltung und mindestens einen Datenspeicher aufweisen, auf dem Befehle und ggf. Daten zum Betrieb des Steuergeräts gespeichert sind. Die elektronische Schaltung kann z.B. ein Mikroprozessor, ASIC, FPGA usw. sein.The control unit is used to control the refrigeration circuit and, if necessary, other functions of the refrigeration device. For this purpose, the control unit can in particular have an electronic circuit and at least one data memory, on which commands and possibly data for the operation of the control unit are stored. For example, the electronic circuit can be a microprocessor, ASIC, FPGA, etc.

Das Steuergerät, kann die Stellgrößen der Aktoren einstellen, beispielsweise beruhend auf Abweichungen zwischen den für jede Temperaturzone gemessenen Ist-Werten und vorgegebenen Soll-Werten der zugehörigen Zonentemperaturen, insbesondere im Rahmen eines Regelkreises, bei dem die von den Temperatursensoren gemessenen Ist-Werte der Zonentemperaturen als Regelgrößen rückgeführt werden, mit den als Führungsgrößen dienenden Soll-Werten verglichen werden und deren Differenzen als Regelabweichungen einer Regeleinrichtung zugeführt werden, welche entsprechende Stellgrö-ßen an die Aktoren ausgibt.The control unit can adjust the manipulated variables of the actuators, for example based on deviations between the actual values measured for each temperature zone and specified target values of the associated zone temperatures, in particular within the framework of a control circuit in which the actual values of the zone temperatures measured by the temperature sensors are fed back as control variables, are compared with the target values serving as reference variables, and their differences are fed to a control device as control deviations, which outputs corresponding control variables to the actuators.

Dass das Steuergerät mit einem computerlesbaren Speichermedium datentechnisch gekoppelt ist, kann umfassen, dass das Speichermedium ein Datenspeicher des Steuergeräts ist, oder kann umfassen, dass das Speichermedium eine davon separate Einheit ist, die Daten mit dem Steuergerät austauschen kann, z.B. eine in das Kältegerät einsetzbare Speicherkarte oder sogar eine externe Instanz wie ein Cloud-Speicher.The fact that the control unit is coupled in terms of data technology to a computer-readable storage medium can include that the storage medium is a data memory of the control unit, or can include that the storage medium is a separate unit that can exchange data with the control unit, e.g. one that can be used in the refrigeration device Memory card or even an external instance like cloud storage.

Dass das Speichermedium Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch das Steuergerät dieses veranlassen, die Werte der Stellgrößen der Aktoren auf Grundlage eines Kreislaufmodells zu berechnen, umfasst insbesondere, dass das Kreislaufmodell in dem Speichermedium gespeichert ist und das Steuergerät das Kreislaufmodell rechentechnisch ablaufen lassen kann, daraus die Werte der Stellgrößen der Aktoren erhält und folgend diese Werte an den Aktoren einstellt.The fact that the storage medium includes instructions which, when executed by the control unit, cause the control unit to calculate the values of the manipulated variables of the actuators on the basis of a circuit model includes, in particular, that the circuit model is stored in the storage medium and the control unit can run the circuit model computationally, receives the values of the manipulated variables of the actuators from this and then sets these values on the actuators.

Die modellierte Regelstrecke des Kreislaufmodells umfasst insbesondere in Reihe geschaltet das inverse stationäre Teilmodell, dahinter das stationäre Teilmodell und dahinter das dynamische Teilmodell. Das stationäre Teilmodell und das dynamische Teilmodell beschreiben zusammen die Regelstrecke des realen Kältegeräts anhand von Zustandsgleichungen. Das inverse stationäre Teilmodell entspricht einer inversen Beschreibung des stationären Teilmodells.The modeled controlled system of the circuit model includes, in particular, the inverse stationary sub-model connected in series, behind it the stationary sub-model and behind it the dynamic sub-model. The stationary sub-model and the dynamic sub-model together describe the controlled system of the real refrigeration device using state equations. The inverse stationary part model corresponds to an inverse description of the stationary part model.

Durch die Aufteilung des Modells der Regelstrecke des realen Kältesystems in einen dynamischen Teil und einen stationären Teil wird erreicht, dass die Dynamiken des Kältekreislaufs und der Temperaturzonen in unterschiedlichen Zeitskalen stattfinden. Die Zeitkonstanten des Kältekreislaufs liegen üblicherweise im Bereich von Sekunden bis wenigen Minuten, wohingegen sich die Dynamik der Temperaturzonen typischerweise im Bereich von vielen Minuten bis wenigen Stunden abspielt. Dies wird in dem vorliegenden modellbasierten Regelungsentwurf gezielt ausgenutzt um das Gesamtmodell der Regelstrecke des Kältesystems in zumindest zwei Sub- oder Teilmodelle aufzuteilen, nämlich ein Teilmodell des Kältekreislaufs (auch als „Kältekreislaufmodell“ bezeichenbar) und ein Teilmodell der Temperaturzone(n). Da die Zeitkonstanten der Temperaturzone(n) dominant sind, wird nur dieses Teilmodell dynamisch modelliert, so dass es im Folgenden als „dynamisches“ Teilmodell bezeichnet wird. Der Kältekreislauf wird hingegen als stationäres Modell abgebildet und wird im Folgenden als „stationäres“ Teilmodell bezeichnet. Das dynamische Teilmodell für die Temperaturzone(n) wird durch lineare Zustandsgleichungen beschrieben, d.h. durch einen Satz linearer Differentialgleichungen mit konstanten Koeffizienten. Das stationäre Teilmodell für den Kältekreislauf wird dagegen durch nichtlineare Zustandsgleichungen beschrieben, die aber rein algebraische Gleichungen sein können. Eine Reihenschaltung aus einem nichtlinearen, stationären Teilmodell und einem dynamischen, linearen Teilmodell ist als Hammerstein-System grundsätzlich bekannt und wird daher nicht weiter beschrieben.By dividing the model of the controlled system of the real refrigeration system into a dynamic part and a stationary part, the dynamics of the refrigeration cycle and the temperature zones take place on different time scales. The time constants of the refrigeration cycle are usually in the range of seconds to a few minutes, whereas the dynamics of the temperature zones typically take place in the range of many minutes to a few hours. This is specifically exploited in the present model-based control draft in order to divide the overall model of the controlled system of the refrigeration system into at least two sub-models, namely a sub-model of the refrigeration circuit (also referred to as "refrigeration circuit model") and a sub-model of the temperature zone(s). Since the time constants of the temperature zone(s) are dominant, only this partial model is dynamically modeled, so that it is referred to below as the "dynamic" partial model. The refrigeration circuit, on the other hand, is mapped as a stationary model and is referred to below as a "stationary" partial model. The dynamic partial model for the temperature zone(s) is represented by linear Equations of state described, ie by a set of linear differential equations with constant coefficients. The stationary partial model for the refrigeration circuit, on the other hand, is described by non-linear state equations, which can, however, be purely algebraic equations. A series connection of a non-linear, stationary sub-model and a dynamic, linear sub-model is known in principle as the Hammerstein system and is therefore not described further.

Das dynamische Teilmodell ist dazu ausgelegt, anhand der dafür hinterlegten Zustandsgleichungen aus berechneten Werten von Kälteleistungen Q der jeweiligen Temperaturzonen bzw. aus den jeweiligen Temperaturzonen zugeführten Kälteleistungen Q zugehörige Ist-Werte der Zonentemperaturen zu berechnen.The dynamic sub-model is designed to use the equations of state stored for this purpose to calculate associated actual values of the zone temperatures from calculated values of cooling capacities Q of the respective temperature zones or cooling capacities Q supplied from the respective temperature zones.

Das stationäre Teilmodell ist dazu ausgelegt, aus Werten der Stellgrößen der Aktoren jeweilige Werte der Kälteleistungen Q zu berechnen und an das dynamische Teilmodell zu übergeben. Abhängig von der Art der verwendeten Zustandsgleichungen, welche den Kältekreislauf physikalisch beschreiben, wird durch das stationäre Teilmodell auch mindestens eine weitere physikalische Zustandsgröße der Regelstrecke berechnet, z.B. deren Leistungsaufnahme, eine Verdichterendtemperatur, Füllungsgrade von Wärmeübertragern (d.h., mindestens eines Verdampfers und/oder mindestens eines Verflüssigers) und/oder Kältemitteltemperaturen an verschiedenen Stellen entlang des Kältekreislaufs, usw.The stationary sub-model is designed to calculate respective values of the cooling power Q from the values of the manipulated variables of the actuators and to transfer them to the dynamic sub-model. Depending on the type of state equations used, which physically describe the refrigeration circuit, at least one other physical state variable of the controlled system is calculated by the stationary sub-model, e.g condenser) and/or refrigerant temperatures at various points along the refrigeration cycle, etc.

Die Kombination aus stationärem Teilmodell und dynamischem Teilmodell bildet also wieder die Regelstrecke des realen Kältesystems mit den Werten der Stellgrößen der Aktoren als Stellgrößen und den Ist-Werten der Temperaturzonen als Regelgrößen ab.The combination of a stationary sub-model and a dynamic sub-model thus again maps the controlled system of the real refrigeration system with the values of the manipulated variables of the actuators as manipulated variables and the actual values of the temperature zones as controlled variables.

Dadurch, dass dem stationären Teilmodell ein möglichst genaues, dazu entsprechendes inverses stationäres Teilmodell vorgeschaltet wird, wird der Vorteil erreicht, dass die Nichtlinearitäten der Regelstrecke größtenteils (idealerweise gänzlich) kompensiert werden.Because the stationary part model is preceded by an inverse stationary part model that is as accurate as possible and corresponding thereto, the advantage is achieved that the non-linearities of the controlled system are largely (ideally completely) compensated.

Damit das inverses stationäre Teilmodell eindeutig bestimmt ist, weist es vorteilhafterweise die gleiche Zahl an Ein- und Ausgangsgrößen aufweisen, sollte also vorteilhafterweise weder über- noch unterbestimmt sein. Die Ausgangsgrößen des inversen stationären Teilmodells sind dann identisch sein mit den Eingangsgrößen des Kältesystems und damit hier des stationären Teilmodells. Für das gewählte Beispiel bedeutet dies, dass das inverse stationäre Teilmodell die Werte aller Stellgrößen der Aktoren aus derselben Anzahl an Eingangsgrößen eindeutig bestimmen kann.So that the inverse stationary partial model is determined unambiguously, it advantageously has the same number of input and output variables, and should therefore advantageously be neither overdetermined nor underdetermined. The output variables of the inverse stationary sub-model are then identical to the input variables of the refrigeration system and thus here of the stationary sub-model. For the selected example, this means that the inverse stationary partial model can clearly determine the values of all manipulated variables of the actuators from the same number of input variables.

Aus dem stationären Teilmodell bzw. Kältekreislaufmodell lassen sich, wie bereits oben angedeutet, neben den Kälteleistungen Q für die jeweiligen Temperaturzonen und der elektrischen Leistungsaufnahme noch weitere physikalische Zustandsgrößen auslesen, z.B. eine Leistungsaufnahme bzw. ein Leistungsverbrauch, eine Verdichtungsendtemperatur, Füllungsgrade von Wärmeübertragern, Kältemitteltemperaturen an verschiedenen Stellen entlang des Kältekreislaufs, usw. Somit bestehen bei dem inversen stationären Teilmodell prinzipiell Freiheiten bei der Wahl der übrigen Eingangsgröße(n). Falls vorliegend die Kälteleistungen Q für die jeweiligen Temperaturzonen vorgegeben werden sollen, ist es vorteilhafterweise, diese als Eingangsgrößen des inversen stationären Teilmodells zu setzen. Folgend wird mindestens eine Eingangsgröße aus der Gruppe der weiteren Zustandsgrößen für das inverse Modell festzulegen. Die Zahl der noch festzulegenden weiteren Zustandsgrößen entspricht der Differenz zwischen der Zahl der Aktoren und der Zahl der Temperaturzonen und beträgt mindestens eins.As already indicated above, in addition to the refrigeration capacity Q for the respective temperature zones and the electrical power consumption, other physical state variables can also be read from the stationary partial model or refrigeration cycle model, e.g various points along the refrigeration circuit, etc. In principle, there is freedom in the selection of the remaining input variable(s) for the inverse stationary partial model. If the cooling capacities Q are to be specified for the respective temperature zones in the present case, it is advantageous to set these as input variables for the inverse stationary partial model. At least one input variable from the group of other state variables for the inverse model is defined below. The number of other state variables still to be defined corresponds to the difference between the number of actuators and the number of temperature zones and is at least one.

Wäre das inverse stationäre Teilmodell perfekt, würden die dem inversen stationären Teilmodell vorgegebenen Soll-Werte der Kälteleistungen Q identisch mit den aus dem stationären Teilmodell an das dynamische Teilmodell übergebenen modelhaften (Ist-)Werten der Kälteleistungen Q sein. Es ist eine Weiterbildung, dass diese Annahme vorliegend getroffen wird.If the inverse stationary sub-model were perfect, the target values of the refrigerating capacities Q specified for the inverse stationary sub-model would be identical to the model (actual) values of the refrigerating capacities Q transferred from the stationary sub-model to the dynamic sub-model. It is a further development that this assumption is made in the present case.

Da durch das inverse stationäre Teilmodell eine Kompensation der Nichtlinearitäten der Regelstrecke eingebracht wird, sind dann auch die so modifizierten Teil-Regelstrecken der Temperaturzonen idealerweise linear und entkoppelt. Dies ergibt den Vorteil, dass der bzw. die eingangsseitig dem inversen stationären Teilmodell vorgeschaltete Temperaturregler besonders einfach umsetzbar ist bzw. sind. Die Erzeugung der Soll-Werte der jeweiligen Kälteleistungen Q kann damit für jede Temperaturzone getrennt über einen eigenen modellhaften Temperaturregler (Reglermodell) erfolgen. Es können somit vorteilhafterweise für jede Temperaturzone jeweils zugehörige Temperaturregler verwendet werden, welche aus Differenzen zwischen den vorgegebenen Soll-Werten der zugehörigen Zonentemperatur und den von dem dynamischen Teilmodell rückgeführten Ist-Werten der zugehörigen Zonentemperatur eine jeweilige Soll-Kälteleistung berechnet und an das inverse stationäre Teilmodell übergibt.Since the inverse stationary partial model compensates for the non-linearities of the controlled system, the partial controlled systems of the temperature zones modified in this way are then ideally linear and decoupled. This results in the advantage that the temperature controller(s) connected upstream of the inverse stationary partial model on the input side can be implemented particularly easily. The target values of the respective refrigerating capacities Q can thus be generated separately for each temperature zone using a separate model temperature controller (controller model). It is therefore advantageously possible to use associated temperature controllers for each temperature zone, which calculate a respective target cooling capacity from differences between the specified target values of the associated zone temperature and the actual values of the associated zone temperature fed back by the dynamic sub-model and send it to the inverse stationary sub-model hands over.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Reglermodell ein Modell eines linearen Reglers bzw. eines Reglers für lineare Systeme ist, z.B. eines PI-Reglers, eines PID-Reglers usw. Ein linearer Reglers ist besonders robust und einfach umsetzbar.A development is that the controller model is a model of a linear controller or a controller for linear systems, e.g. a PI controller, a PID controller, etc. A linear controller is particularly robust and easy to implement.

Ist der obige modellhafte Regelkreis korrekt ausgelegt, werden die Ist-Werte der Zonentemperaturen asymptotisch auf die jeweiligen Soll-Werte eingestellt. Gleichzeitig muss der Vorgabewert bzw. die Vorgabewerte für die noch übrige mindestens eine weitere Zustandsgröße, welche als Eingangsgröße(n) des inversen stationären Modells ausgewählt worden ist, zu jeder Zeit so eingestellt sein, dass die zugehörigen Kälteleistungen Q stationär bei dieser mindestens einen Zonentemperatur vom Kältegerät dargestellt werden können.If the model control circuit above is designed correctly, the actual values of the zone temperatures are adjusted asymptotically to the respective target values. At the same time, the default value or the default values for the remaining at least one other state variable, which has been selected as the input variable(s) of the inverse stationary model, must be set at all times in such a way that the associated cooling capacities Q are stationary at this at least one zone temperature from Refrigeration device can be displayed.

Vorteilhafterweise wird der jeweilige Vorgabewert für die noch übrige mindestens eine weitere Zustandsgröße so gewählt, dass eine der in dem stationären Teilmodell berechneten weiteren Zustandsgröße(n) auf einen vorgegebenen Zielzustand hin eingestellt wird. Hierzu wird ein entsprechender Optimierer oder Optimierungsalgorithmus bereitgestellt, der zumindest stationär beruhend auf einem Wert einer in dem stationären Kreislaufmodell berechneten Zustandsgröße den Vorgabewert einer als Eingangsgröße des inversen stationären Teilmodells verwendeten anderen Zustandsgröße berechnet und an das inverse stationäre Teilmodell übergibt. Der Optimierer ist ferner dazu eingerichtet, die Vorgabewerte der als Eingangsgröße des inversen stationären Teilmodells verwendeten Zustandsgröße iterativ auf einen vorgegebenen bzw. gewünschten Zielzustand der Eingangsgröße des Optimierers hin einzustellen, z.B. durch zielgerichtete, inkrementelle Veränderung des Vorgabewerts so, dass die Eingangsgröße des Optimierers einen Maximal- oder Minimalwert erreicht. Dazu kann der Optimierer beispielsweise ein Gradientenverfahren nutzen.The respective default value for the remaining at least one further state variable is advantageously selected such that one of the further state variable(s) calculated in the stationary partial model is set to a predetermined target state. For this purpose, a corresponding optimizer or optimization algorithm is provided, which at least stationary based on a value of a state variable calculated in the stationary circuit model, calculates the default value of another state variable used as an input variable of the inverse stationary partial model and transfers it to the inverse stationary partial model. The optimizer is also set up to iteratively adjust the default values of the state variable used as the input variable of the inverse stationary partial model to a specified or desired target state of the input variable of the optimizer, e.g. by targeted, incremental change of the default value so that the input variable of the optimizer has a maximum - or minimum value reached. To do this, the optimizer can use a gradient method, for example.

Die als Eingangsgröße des Optimierers verwendete weitere Zustandsgröße ist insbesondere eine physikalisch andere Größe als die an das inverse stationäre Teilmodell übergebene weitere Zustandsgröße.The further state variable used as the input variable of the optimizer is in particular a physically different variable than the further state variable transferred to the inverse stationary partial model.

Grundsätzlich ist die Zahl der Verdampfer, Temperaturzonen und Aktoren nicht beschränkt, solange die Zahl der Verdampfer geringer ist als die Zahl der Aktoren.In principle, the number of evaporators, temperature zones and actuators is not limited as long as the number of evaporators is less than the number of actuators.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Zahl der Aktoren um eins höher ist als die Zahl der Verdampfer. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders einfache Auslegung des Regelungsmodells.In one embodiment, the number of actuators is one more than the number of evaporators. This advantageously enables a particularly simple design of the control model.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Eingangsgröße des Optimierers eine elektrische Leistungsaufnahme umfasst oder ist, also die elektrische Leistungsaufnahme der (mindestens einen) weiteren Zustandsgröße entspricht, anhand derer der Optimierer den Vorgabewert anderen weiteren Zustandsgröße bestimmt, die an das inverse stationäre Teilmodell übergeben wird, und der Zielzustand ein Minimum der Leistungsaufnahme ist. Es wird also, neben den Zonentemperaturen, die Leistungsaufnahme des Kältekreislaufs gezielt als zusätzliche Einstell- bzw. Regelgröße aufgefasst. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass sich das Kältegerät mit geringem Realisierungsaufwand selbsttätig so einstellen kann, dass zumindest stationär eine geringe, insbesondere nahezu minimale Leistungsaufnahme erreicht wird. Diese Energieoptimierung lässt sich nicht nur bei einzelnen ausgezeichneten stationären Betriebszuständen (z.B. solchen, welche für eine Energieklassifizierung relevant sind), sondern bei prinzipiell jedem stationären Betriebszustand erreichen, der durch die Soll-Zonentemperaturen bestimmt wird.In one configuration, the input variable of the optimizer includes or is an electrical power consumption, i.e. the electrical power consumption corresponds to the (at least one) additional state variable, on the basis of which the optimizer determines the default value of another additional state variable, which is transferred to the inverse stationary partial model, and the target state is minimum power consumption. So, in addition to the zone temperatures, the power consumption of the refrigeration circuit is specifically considered as an additional setting or control variable. As a result, the advantage is achieved that the refrigeration device can adjust itself automatically with little implementation effort in such a way that, at least in the stationary state, a low, in particular almost minimal, power consumption is achieved. This energy optimization can not only be achieved with individual excellent steady-state operating states (e.g. those that are relevant for an energy classification), but in principle with every steady-state operating state that is determined by the target zone temperatures.

Es ist eine Ausgestaltung, dass das Kältegerät eine Einrichtung zur Bestimmung einer elektrischen Leistungsaufnahme des Kältekreislaufs aufweist, wobei die Eingangsgröße des Optimierers eine aus dem Betrieb des Kältegeräts bestimmte (z.B. eine gemessene oder abgeschätzte, und nicht nur aus dem stationären Modell berechnete) Leistungsaufnahme ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die energieminimierende Einstellung der elektrischen Leistungsaufnahme trotz Bauteil-Streuungen und Alterungseffekten aufrechterhalten werden kann, weil diese Effekte durch den Optimierer kompensiert werden. Die Einrichtung zur Bestimmung der elektrischen Leistungsaufnahme kann beispielsweise eine Strommesseinrichtung und/oder eine Einrichtung zum Abschätzen der elektrischen Leistungsaufnahme sein, z.B. eine Inverterelektronik. Beispielsweise kann die Inverterelektronik ebenfalls modellbasiert geregelt werden und kann dann aus ihrem Modell einen Schätzwert für die Leistungsaufnahme des Verdichters ausgeben.One configuration is that the refrigeration device has a device for determining an electrical power consumption of the refrigeration circuit, the input variable of the optimizer being a power consumption determined from the operation of the refrigeration device (e.g. a measured or estimated, and not just calculated from the stationary model). This achieves the advantage that the energy-minimizing setting of the electrical power consumption can be maintained despite component scatter and aging effects because these effects are compensated for by the optimizer. The device for determining the electrical power consumption can be, for example, a current measuring device and/or a device for estimating the electrical power consumption, e.g. an electronic inverter. For example, the inverter electronics can also be controlled based on a model and can then output an estimated value for the power consumption of the compressor from its model.

Unter der elektrischen Leistungsaufnahme des Kältekreislaufs kann die elektrische Leistungsaufnahme der Aktoren des Kältekreislaufs verstanden werden, d.h., des Verdichters zuzüglich der weiteren in dem Kältekreislaufmodell betrachteten Aktoren, falls diese stationär eine Leistung aufnehmen. Insbesondere falls die weiteren in dem Kältekreislaufmodell betrachteten Aktoren eine nur geringe Leistung aufnehmen, insbesondere im stationären Zustand keine oder praktisch keine Leistung aufnehmen, kann die elektrische Leistungsaufnahme des Kältekreislaufs durch die die elektrische Leistungsaufnahme des Verdichters angenähert werden.The electrical power consumption of the refrigeration circuit can be understood as the electrical power consumption of the actuators of the refrigeration circuit, i.e. the compressor plus the other actuators considered in the refrigeration circuit model, if these consume power in a stationary manner. In particular, if the other actuators considered in the refrigeration circuit model consume only little power, especially in the stationary state, consume no or practically no power, the electrical power consumption of the refrigeration circuit can be approximated by the electrical power consumption of the compressor.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die von dem Optimierer an das inverse stationäre Modell (zur Verwendung als dortige Eingangsgröße) ausgegebenen Vorgabewerte Werte einer Verdichtungsendtemperatur des Verdichters sind. Die Nutzung der Verdichtungsendtemperatur als Eingangsgröße des inversen stationären Modells ergibt den Vorteil, dass durch ihre Vorgabe die Leistungsaufnahme des Kältekreislaufs kontinuierlich eingestellt werden kann, da sie selbst ebenfalls kontinuierlich und stets positiv ist. Sie ermöglicht aus diesem Grund eine einfachere Beschreibung bzw. Aufstellung der Zustandsgleichungen des stationären Teilmodells als z.B. - grundsätzlich auch verwendbare - physikalischen Größen wie Überhitzungs- oder Unterkühlungstemperaturen, für die negative, physikalisch nicht sinnvolle, Werte vorgegeben werden müssten. Außerdem ist sie messtechnisch leicht zugänglich und begünstigt daher den Modellabgleich mit Messdaten eines realen Systems.In one embodiment, the default values output by the optimizer to the inverse stationary model (for use as an input variable there) are values of a final compression temperature of the compressor. The use of the compression end temperature as an input variable of the inverse stationary model has the advantage that the power consumption of the refrigeration tekreiss can be adjusted continuously, since it is itself also continuous and always positive. For this reason, it enables a simpler description or compilation of the equations of state of the stationary sub-model as, for example, physical quantities that can also be used in principle, such as superheating or supercooling temperatures, for which negative, physically meaningless values would have to be specified. In addition, it is easily accessible in terms of measurement technology and therefore facilitates the model comparison with measurement data from a real system.

Es ist eine besonders vorteilhafte Weiterbildung, dass die Eingangsgröße des Optimierers die elektrische Leistungsaufnahme ist und die von dem Optimierer an das inverse stationäre Modell ausgegebene Vorgabegröße die Verdichtungsendtemperatur ist.It is a particularly advantageous development that the input variable of the optimizer is the electrical power consumption and the default variable output by the optimizer to the inverse stationary model is the final compression temperature.

Es ist eine Ausgestaltung, dass das dynamische Teilmodell, das stationäre Teilmodell und das inverse stationäre Teilmodell eine Umgebungstemperatur des Kältegeräts als Störgröße beschreiben. Dadurch wird vorteilhafterweise eine für den Betrieb des Kältesystems, insbesondere eine Leistungsaufnahme, einflussreichsten Größen berücksichtigt. Beispielsweise können zumindest einige den Teilmodellen zugrundeliegende Zustandsgleichungen die Umgebungstemperatur als einen Parameter aufweisen. Zum Beispiel kann das stationäre Teilmodell aus den Stellgrößen der Aktoren von der Umgebungstemperatur abhängige Werte der Kälteleistungen berechnen und/oder das dynamische Teilmodell die Ist-Werte der Fachtemperaturen abhängig von der Umgebungstemperatur berechnen, usw.In one configuration, the dynamic partial model, the stationary partial model and the inverse stationary partial model describe an ambient temperature of the refrigeration device as a disturbance variable. As a result, one of the most influential variables for the operation of the refrigeration system, in particular a power consumption, is advantageously taken into account. For example, at least some of the state equations on which the partial models are based can have the ambient temperature as a parameter. For example, the stationary sub-model can use the manipulated variables of the actuators to calculate cooling capacity values that are dependent on the ambient temperature and/or the dynamic sub-model can calculate the actual values of the compartment temperatures as a function of the ambient temperature, etc.

Es ist eine Ausgestaltung, dass die Stellgröße des Verdichters seine Drehzahl ist. Der Verdichter kann dazu beispielsweise einen drehzahlsteuerbaren Elektromotor (z.B. einen BLDC-Motor) als Antriebseinheit aufweisen.In one configuration, the manipulated variable of the compressor is its speed. For this purpose, the compressor can have, for example, a speed-controllable electric motor (e.g. a BLDC motor) as a drive unit.

Es ist eine Ausgestaltung, dass der Satz von Aktoren mindestens ein Drosselorgan in Form eines variabel einstellbaren Expansionsventils umfasst, dessen Stellgröße der Stellung des Expansionsventils, insbesondere einen Strömungsquerschnitt, entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann des Drosselorgan z.B. eine durch einen Lüfter gekühlte Kapillare usw. umfassen.In one configuration, the set of actuators includes at least one throttle element in the form of a variably adjustable expansion valve, the manipulated variable of which corresponds to the position of the expansion valve, in particular a flow cross section. Alternatively or additionally, the throttling element can, for example, comprise a capillary, etc., cooled by a fan.

Es ist eine Ausgestaltung, dass zumindest eine Temperaturzone einem Kühlfach entspricht und die zugehörigen Zonentemperaturen Fachtemperaturen entsprechen.In one configuration, at least one temperature zone corresponds to a refrigerated compartment and the associated zone temperatures correspond to compartment temperatures.

Jedoch ist die Art der Temperaturzone grundsätzlich nicht beschränkt. So kann der Kühlraum des Kältegeräts in einer Weiterbildung eine einzige Temperaturzone darstellen, oder der Kühlraum kann einer Temperaturzone entsprechen, und ein oder mehrere davon abgetrennte Kühlfächer (z.B. für Gemüse, Fleisch usw.) können weiteren Temperaturzonen entsprechen.However, the type of temperature zone is not limited in principle. In a further development, the refrigerated space of the refrigeration device can represent a single temperature zone, or the refrigerated space can correspond to a temperature zone, and one or more refrigerated compartments separated from it (e.g. for vegetables, meat, etc.) can correspond to further temperature zones.

Es ist eine Ausgestaltung, dass der Kühlraum mehrere Temperaturzonen aufweist, denen jeweils genau ein Verdampfer zugeordnet ist. Dies vereinfacht eine konstruktiven Aufbau des Kältegeräts als auch die modellhafte Beschreibung des Kältesystems.In one configuration, the refrigerated space has a plurality of temperature zones, each of which is assigned exactly one evaporator. This simplifies a structural design of the refrigeration device and the model description of the refrigeration system.

Es ist eine Weiterbildung, dass jedem Drosselorgan mindestens ein Verdampfer im Fluss des Kältemittels des Kältekreislaufs seriell vor oder nachgeschaltet ist. Es ist eine Weiterbildung, dass eine Zahl der Drosselorgane einer Zahl der Verdampfer entspricht. Es ist eine Weiterbildung, dass jeweils ein Drosselorgan und ein Verdampfer ohne dazwischenliegende Verzweigung in Reihe geschaltet sind.In a further development, at least one evaporator is connected in series before or after each throttle element in the flow of the refrigerant of the refrigeration cycle. It is a further development that a number of throttling elements corresponds to a number of evaporators. In a further development, a throttle element and an evaporator are each connected in series without a branch in between.

Es ist eine Ausgestaltung, dass das Kältegerät dazu eingerichtet ist, den Verdichter im Dauerlauf zu betreiben. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine kontinuierliche oder quasikontinuierliche Arbeit des Optimierers und damit Einstellung seiner Eingangsgröße auf den Zielzustand. Unter einem Dauerlauf des Verdichters kann bei einem drehzahlgeregelten Verdichter eine Betriebsart im normalen Einsatz verstanden werden, wobei Fachtemperaturen mehrere °C niedriger als die Umgebungstemperatur sind, so dass ständig ein Wärmeeintrag in das Kältegerät stattfindet, dessen Abführung mindestens die minimale Drehzahl des Verdichters erfordert. Bei tiefen Umgebungstemperaturen schaltet der Verdichter ab.In one configuration, the refrigeration device is set up to operate the compressor continuously. This advantageously enables the optimizer to work continuously or quasi-continuously and thus to adjust its input variable to the target state. In the case of a speed-controlled compressor, continuous operation of the compressor can be understood as an operating mode in normal use, with compartment temperatures being several °C lower than the ambient temperature, so that heat is constantly being introduced into the refrigeration device, the dissipation of which requires at least the minimum speed of the compressor. At low ambient temperatures, the compressor switches off.

Sowohl für eine Betriebsart mit Dauerlauf des Verdichters als auch für eine Betriebsart mit intermittierend arbeitendem Verdichter gilt, dass der Verdichter dann abschaltet, wenn eine minimal einstellbare Gesamtkälteleistung höher ist als eine stationär erforderliche Gesamtkälteleistung.Both for an operating mode with continuous operation of the compressor and for an operating mode with an intermittently working compressor, the compressor switches off when a minimum adjustable total cooling capacity is higher than a stationary required total cooling capacity.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältegeräts, wobei Verfahren zum Betreiben eines Kältegeräts, wobei das Kältegerät einen Kältekreislauf mit einem drehzahlregelbaren Verdichter, einem Verflüssiger, mindestens einem Verdampfer und mindestens einem Drosselorgan, einen Kühlraum mit mindestens einer Temperaturzone, der jeweils mindestens ein Verdampfer zugeordnet ist, mindestens einen Temperatursensor pro Temperaturzone zum Abfühlen von Ist-Werten einer zugehörigen Zonentemperatur und einen Satz von variabel über Stellgrößen einstellbaren Aktoren, einschließlich dem Verdichter, welche einen merklichen Einfluss auf einen Betrieb des Kältekreislaufs besitzen, wobei die Zahl der Aktoren höher ist als die Zahl der Verdampfer, aufweist, wobei bei dem Verfahren

  • - Werte der Stellgrößen der Aktoren beruhend auf Abweichungen zwischen den für jede Temperaturzone gemessenen Ist-Werten der Zonentemperaturen und vorgegebenen Soll-Werten der Zonentemperaturen vorgegeben werden,
  • - die Werte der Stellgrößen der Aktoren auf Grundlage eines Kreislaufmodells berechnet werden, das einen vollständigen Regelkreis zum Einstellen der Ist-Werte der Zonentemperaturen auf die Soll-Werte der Zonentemperaturen beschreibt, in dem
  • - eine Regelstrecke des Regelkreises des Kreislaufmodells ein dynamisches Teilmodell der mindestens einen Temperaturzone umfasst, das aus Werten von Kälteleistungen der jeweiligen Temperaturzonen zugehörige Ist-Werte der Zonentemperaturen berechnet,
  • - dem dynamischen Teilmodell ein stationäres Teilmodell der Regelstrecke vorgeschaltet ist, das aus den Werten der Stellgrößen der Aktoren die jeweiligen Werte der Kälteleistungen berechnet und an das dynamische Teilmodell übergibt sowie Ist-Werte mindestens einer weiteren Zustandsgröße der Regelstrecke berechnet,
  • - dem stationären Teilmodell ein dazu inverses stationäres Teilmodell vorgeschaltet ist, das aus vorgegebenen Soll-Werten der Kälteleistungen der jeweiligen Temperaturzonen sowie Vorgabewerten der mindestens einen weiteren Zustandsgröße die Werte der Stellgrößen der Aktoren berechnet und an das stationäre Teilmodell übergibt,
  • - dem inversen stationären Teilmodell pro Temperaturzone ein Reglermodell vorgeschaltet ist, das aus Differenzen zwischen den vorgegebenen Soll-Werten der zugehörigen Zonentemperatur und den von dem dynamischen Teilmodell rückgeführten Ist-Werten der zugehörigen Zonentemperatur jeweilige Soll-Werte der Kälteleistungen berechnet und an das inverse stationäre Teilmodell übergibt, und
  • - ein Optimierer aus einem gemessenen Ist-Wert einer weiteren Zustandsgröße einen Vorgabewert einer anderen weiteren Zustandsgröße bestimmt, diesen Vorgabewert an das inverse stationäre Teilmodell übergibt und die Vorgabewerte iterativ auf einen vorgegebenen Zielzustand der Eingangsgröße hin einstellt.
The object is also achieved by a method for operating a refrigeration device, the refrigeration device having a refrigeration circuit with a variable-speed compressor, a condenser, at least one evaporator and at least one throttle element, a refrigerated space with at least one temperature zone, which is at least one evaporator is assigned, at least one temperature sensor per temperature zone for sensing actual values of an associated zone temperature and a set of actuators that can be adjusted variably via manipulated variables, including the compressor, which have a noticeable influence on the operation of the refrigeration circuit, the number of actuators is higher than the number of evaporators, wherein in the method
  • - Values of the manipulated variables of the actuators are specified based on deviations between the actual values of the zone temperatures measured for each temperature zone and the specified target values of the zone temperatures,
  • - the values of the manipulated variables of the actuators are calculated on the basis of a circuit model which describes a complete control circuit for adjusting the actual values of the zone temperatures to the target values of the zone temperatures, in which
  • - a controlled system of the control circuit of the cycle model includes a dynamic partial model of at least one temperature zone, which calculates associated actual values of the zone temperatures from values of cooling capacities of the respective temperature zones,
  • - the dynamic sub-model is preceded by a stationary sub-model of the controlled system, which calculates the respective values of the cooling capacities from the values of the manipulated variables of the actuators and transfers them to the dynamic sub-model and calculates actual values of at least one other state variable of the controlled system,
  • - the stationary sub-model is preceded by an inverse stationary sub-model, which calculates the values of the manipulated variables of the actuators from specified target values of the cooling capacities of the respective temperature zones and specified values of the at least one other state variable and transfers them to the stationary sub-model,
  • - the inverse stationary sub-model is preceded by a controller model for each temperature zone, which calculates respective setpoint values for the cooling capacities from the differences between the specified setpoint values for the associated zone temperature and the actual values of the associated zone temperature fed back by the dynamic sub-model and sends them to the inverse stationary sub-model passes, and
  • - an optimizer determines a default value of another additional state variable from a measured actual value of a further state variable, transfers this default value to the inverse stationary partial model and iteratively adjusts the default values to a predetermined target state of the input variable.

Das Verfahren kann analog zu dem Kältegerät ausgebildet werden, und umgekehrt, und weist die gleichen Vorteile auf.The method can be designed analogously to the refrigeration device and vice versa, and has the same advantages.

Es ist eine Ausgestaltung, dass der Optimierer dauernd arbeitet, also während eines Betriebs des Kältekreislaufs bzw. des Kältegeräts (quasi-)kontinuierlich die Vorgabewerte iterativ auf einen vorgegebenen Zielzustand der Eingangsgröße hin einstellt. Dies kann auch so beschrieben werden, dass der Optimierer dauernd läuft, um den Zielzustand seiner Eingangsgröße einzustellen. Im stationären Zustand wird dieser Zielzustand typischerweise nach einer gewissen Zeit bzw. nach einer gewissen Iterationszahl erreicht sein, wobei die Werte der Stellgrößen dann insbesondere gleich bleiben können. Wenn durch äußere Einflüsse wie eine Türöffnung, eine Änderung der Umgebungstemperatur usw. der stationäre Zustand aufgehoben wird, versucht der Optimierer weiterhin, den Zielzustand seiner Eingangsgröße einzustellen, wobei sich dann ggf. andere Werte der Stellgrößen ergeben.In one embodiment, the optimizer works continuously, that is to say (quasi-)continuously sets the default values iteratively to a default target state of the input variable during operation of the refrigeration circuit or the refrigeration device. This can also be described as the optimizer running continuously to set the target state of its input variable. In the stationary state, this target state will typically be reached after a certain time or after a certain number of iterations, in which case the values of the manipulated variables can then remain the same in particular. If the stationary state is canceled by external influences such as a door being opened, a change in the ambient temperature, etc., the optimizer continues to try to set the target state of its input variable, which may result in other manipulated variable values.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.

  • 1 zeigt eine Skizze eines Kältekreislaufs eines Kältegeräts mit zwei Verdampfern und drei Aktoren;
  • 2 zeigt ein Blockdiagramm von Eingangs- und Ausgangsgrößen eines Kältesystems des Kältegeräts aus 1;
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Modells der Regelstrecke des Kältegerätes aus 1 als Hammerstein-System;
  • 4 zeigt ein Blockdiagramm des Modells der Regelstrecke aus 3 mit zusätzlich vorgeschaltetem inversen Teilmodell;
  • 5 zeigt ein Blockdiagramm des Modells der Regelstrecke aus 4 unter vereinfachenden Annahmen;
  • 6 zeigt ein Blockdiagramm eines Modells eines Regelkreises unter Verwendung der Regelstrecke aus 5; und
  • 7 zeigt ein Blockdiagramm einer Umsetzung des Modells des Regelkreises aus 7 in dem Kältegerät aus 1.
The characteristics, features and advantages of this invention described above, and the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following schematic description of an exemplary embodiment, which will be explained in more detail in connection with the drawings.
  • 1 shows a sketch of a refrigeration circuit of a refrigerator with two evaporators and three actuators;
  • 2 shows a block diagram of input and output variables of a refrigeration system of the refrigeration device 1 ;
  • 3 shows a block diagram of a model of the controlled system of the refrigeration appliance 1 as Hammerstein system;
  • 4 shows a block diagram of the model of the plant 3 with an additional upstream inverse partial model;
  • 5 shows a block diagram of the model of the plant 4 under simplifying assumptions;
  • 6 FIG. 12 shows a block diagram of a model of a control loop using the plant 5 ; and
  • 7 Figure 12 shows a block diagram of an implementation of the control loop model 7 in the refrigerator 1 .

1 zeigt eine Skizze eines Kältekreislaufs eines Kältegeräts 1 mit zwei Verdampfern 2, 3, die jeweilige der Kälteleistungen Q̇1 bzw. Q̇2 zur Kühlung nicht eingezeichneter jeweiliger Temperaturzonen aufbringen, und drei Aktoren, nämlich einem Verdichter 4 mit einstellbarer Drehzahl n und elektrischer Leistungsaufnahme Pel, ein Expansionsventil 5 mit einstellbarem Strömungsquerschnitt d1 und ein Expansionsventil 6 mit einstellbarem Strömungsquerschnitt d2. Das Expansionsventil 5 liegt in Reihe zu dem Verdampfer 2 und das Expansionsventil 6 liegt in Reihe zu dem Verdampfer 3. Die beiden Ventil-/Verdampfer-Paare 5, 2 und 6, 3 sind wiederum zueinander in Reihe geschaltet. Der Kältekreislauf weist ferner einen Verflüssiger 7 auf. 1 shows a sketch of a refrigeration circuit of a refrigeration device 1 with two evaporators 2, 3, which apply the respective refrigeration capacities Q̇ 1 or Q̇ 2 for cooling respective temperature zones that are not shown, and three actuators, namely a compressor 4 with adjustable speed n and electrical power consumption P el , an expansion valve 5 with an adjustable flow cross section d 1 and an expansion valve 6 with an adjustable flow cross-section d 2 . The expansion valve 5 is in series with the evaporator 2 and the expansion valve 6 is in series with the evaporator 3. The two valve/evaporator pairs 5, 2 and 6, 3 are in turn connected in series with one another. The refrigeration circuit also has a condenser 7 .

Der Kältekreislauf ist Teil eines Kältesystems 10, zu dem zusätzlich noch jedem Verdampfer 2, 3 eine Temperaturzone in Form eines Kühlfachs zugeordnet ist (o. Abb.). Die Dynamiken des Kältekreislaufs und der Kühlfächer finden dabei mit unterschiedlichen Zeitskalen statt. Die Zeitkonstanten des Kältekreislaufs 2 bis 7 liegen üblicherweise im Bereich von Sekunden bis wenigen Minuten, wohingegen die Zeitkonstanten der Kühlfächer typischerweise im Bereich von vielen Minuten bis wenigen Stunden liegen.The refrigeration cycle is part of a refrigeration system 10, to which each evaporator 2, 3 is also assigned a temperature zone in the form of a refrigerated compartment (not shown). The dynamics of the refrigeration cycle and the cooling compartments take place on different time scales. The time constants of the refrigeration circuit 2 to 7 are usually in the range from seconds to a few minutes, whereas the time constants of the cooling compartments are typically in the range from many minutes to a few hours.

Erweiterungen auf Kältekreisläufe mit mehr Kühlfächern und mehr Aktoren sind analog umsetzbar, solange die Zahl der Aktoren höher ist als die Zahl der Verdampfer, insbesondere um eins höher.Extensions to refrigeration circuits with more cooling compartments and more actuators can be implemented analogously, as long as the number of actuators is higher than the number of evaporators, in particular by one more.

2 zeigt ein Blockdiagramm von Eingangs- und Ausgangsgrößen des Kältesystems 10 des Kältegeräts 1. Durch Einstellung der Verdichterdrehzahl n und der Strömungsquerschnitte d1 und d2 ergeben sich die durch jeweilige Temperatursensoren (o. Abb.) gemessene Ist-Werte TF1,mess und TF2,mess der den Verdampfern 2 bzw. 3 zugeordneten Fachtemperaturen sowie die für den Betrieb des Kältekreislaufs 2 bis 7 aufgewandte elektrische Leistung Pel,mess. Die Umgebungstemperatur Tamb stellt dabei eine signifikante Einfluss- oder Störgröße dar. 2 shows a block diagram of the input and output variables of the refrigeration system 10 of the refrigeration appliance 1. Adjusting the compressor speed n and the flow cross-sections d1 and d2 results in the actual values T F1,meas and T F measured by the respective temperature sensors (not shown). F2,mess of the compartment temperatures assigned to the evaporators 2 or 3 and the electrical power P el,mess expended for the operation of the refrigeration circuit 2 to 7 . The ambient temperature T amb represents a significant influencing or disturbance variable.

Dass die Dynamiken des Kältekreislaufs und der Kühlfächer unterschiedliche Zeitskalen aufweisen, kann bei einem modellbasierten Regelungsentwurf gezielt ausgenutzt werden, indem die Regelstrecke des Kältesystems in zwei Sub- oder Teilmodelle unterteilt wird, nämlich ein Teilmodell MKstat für den Kältekreislauf und ein Teilmodell MTdyn für die Kühlfächer. Da die Zeitkonstanten der Kühlfächer dominant sind, wird nur das den Kühlfächern entsprechende „dynamische“ Teilmodell MTdyn dynamisch modelliert und der Kältekreislauf als „stationäres“ Teilmodell MKstat abgebildet, wie in 3 als Blockdiagramm dargestellt.The fact that the dynamics of the refrigeration circuit and the cooling compartments have different time scales can be exploited in a model-based control design by dividing the controlled system of the refrigeration system into two sub-models, namely a sub-model MK stat for the refrigeration circuit and a sub-model MT dyn for the cooling compartments. Since the time constants of the cooling compartments are dominant, only the "dynamic" partial model MT dyn corresponding to the cooling compartments is dynamically modeled and the refrigeration cycle is mapped as a "stationary" partial model MK stat , as in 3 shown as a block diagram.

Das dynamische Teilmodell MTdyn weist eine lineare Struktur auf, d.h., dass es sich durch einen Satz linearer Differentialgleichungen mit konstanten Koeffizienten beschreiben lässt. Das stationäre Teilmodell MKstat ist dagegen nichtlinear, aber kann durch rein algebraische Gleichungen beschrieben werden. Eine solche Reihenschaltung aus einem nichtlinearen, stationären Modell und einem dynamischen, linearen Modell wird üblicherweise als Hammerstein-System bezeichnet. Die übliche Herangehensweise bei der Regelung eines Hammerstein-Systems besteht darin, dem stationären Teilmodell ein möglichst genaues, entsprechendes inverses (Teil-)Modell MKinvstat vorzuschalten, so dass die Nichtlinearitäten der Regelstrecke größtenteils (idealerweise gänzlich) kompensiert werden, wie in 4 anhand eines Blockdiagramms dargestellt.The dynamic partial model MT dyn has a linear structure, ie it can be described by a set of linear differential equations with constant coefficients. In contrast, the stationary partial model MK stat is non-linear, but can be described by purely algebraic equations. Such a series connection of a non-linear, stationary model and a dynamic, linear model is usually referred to as a Hammerstein system. The usual approach when controlling a Hammerstein system is to precede the stationary partial model with a corresponding inverse (partial) model MKinv stat that is as accurate as possible, so that the non-linearities of the controlled system are largely (ideally completely) compensated, as in 4 represented by a block diagram.

Damit das inverse stationäre Teilmodell MKinvstat eindeutig bestimmt ist, muss es die gleiche Anzahl an Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen haben. Die Ausgangsgrößen des inversen stationären Teilmodells MKinvstat sind identisch mit den Eingangsgrößen des Kältekreislaufmodells bzw. des stationären Teilmodells MKstat. Für das gewählte Ausführungsbeispiel bedeutet dies, dass das inverse stationäre Teilmodell MKinvstat die Werte aller drei Stellgrößen n, d1, d2 aus derselben Zahl an Eingangsgrößen bestimmt. Aus dem Kältekreislaufmodell lassen sich dazu, neben den Kälteleistungen Q̇̇1 bzw. Q̇̇2 für die einzelnen Kühlfächer noch weitere physikalische Größen auslesen bzw. berechnen, nämlich die bereits oben erwähnte Leistungsaufnahme Pel,calc und z.B. eine Verdichterendtemperatur Tdi, Füllungsgrade von Wärmeübertragern 2, 3, 7 und Kältemitteltemperaturen an verschiedenen Stellen entlang des Kältekreislaufs (o. Abb.), usw. Somit bestehen bei der Wahl der Eingangsgrößen des inversen stationären Teilmodells MKinvstat prinzipiell Freiheiten. Jedoch sollten die Eingangsgrößen auf geeignete Art und Weise durch das Regelungskonzept vorgegeben werden.In order for the inverse stationary partial model MKinv stat to be uniquely determined, it must have the same number of input variables and output variables. The output variables of the inverse stationary sub-model MKinv stat are identical to the input variables of the refrigeration circuit model or the stationary sub-model MK stat . For the selected exemplary embodiment, this means that the inverse stationary partial model MKinvstat determines the values of all three manipulated variables n, d 1 , d 2 from the same number of input variables. In addition to the cooling capacities Q̇̇ 1 and Q̇̇ 2 for the individual cooling compartments, further physical variables can be read out or calculated from the refrigeration circuit model, namely the power consumption P el,calc already mentioned above and, for example, a compressor end temperature T di , degree of filling of heat exchangers 2 , 3, 7 and refrigerant temperatures at various points along the refrigeration circuit (not shown), etc. There is therefore fundamental freedom in the selection of the input variables of the inverse stationary partial model MKinv stat . However, the input variables should be specified in a suitable way by the control concept.

Da die Soll-Kälteleistungen Q̇1,soll bzw. Q̇2,soll für die einzelnen Kühlfächer im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgegeben werden sollen, sind sie als Eingangsgrößen des inversen stationären Teilmodells MKinvstat gesetzt. Da die Anzahl der Aktoren 2, 3, 4 hier um eins größer ist als die Zahl der Verdampfer 2, 3 bzw. Kühlfächer, muss noch eine Eingangsgröße für das inverse stationäre Teilmodell MKinvstat festgelegt werden. Diese Eingangsgröße wird vorteilhafterweise so gewählt, dass durch ihre Vorgabe die Leistungsaufnahme Pe,calcl möglichst kontinuierlich eingestellt werden kann. Aus diesem Grund sind z.B. Überhitzungs- oder Unterkühlungstemperaturen weniger geeignet, weil dafür negative und folglich physikalisch nicht sinnvolle Werte vorgegeben werden müssten. Eine physikalische Größe, welche oben genannte Anforderung erfüllt, ist hingegen die Verdichtungsendtemperatur Tdi, da diese stets positiv ist.Since the target refrigerating capacities Q - 1, target and Q - 2, target for the individual cooling compartments are to be specified in the present exemplary embodiment, they are set as input variables of the inverse stationary partial model MKinv stat . Since the number of actuators 2, 3, 4 is one greater here than the number of evaporators 2, 3 or cooling compartments, an input variable for the inverse stationary partial model MKinv stat must also be specified. This input variable is advantageously selected in such a way that the power consumption P e,calcl can be set as continuously as possible through its specification. For this reason, overheating or undercooling temperatures, for example, are less suitable because negative and therefore physically meaningless values would have to be specified for them. On the other hand, a physical variable that meets the above requirement is the compression end temperature T di , since this is always positive.

Wäre das inverse stationäre Teilmodell MKinvstat perfekt, dann ergäbe sich die in 5 anhand eines Blockdiagramms gezeigte Struktur, bei der die von dem stationären Teilmodell MKstat ausgegebenen Ist-Werte der Kälteleistungen Q̇̇1 bzw. Q̇2. den dem inversen stationären Teilmodell MKinvstat vorgegebenen Werten der Soll-Kälteleistungen Q̇1,soll bzw. Q̇2,soll entsprechen, also Q̇̇1 = Q̇1,soll und Q̇̇2 = Q̇2,soll gilt. Auch gilt dann für die Verdichtungsendtemperatur Tdi = Tdi,ref. Von dieser Situation wird für den weiteren Regelungsentwurf ausgegangen.If the inverse stationary partial model MKinv stat were perfect, then the in 5 Structure shown by means of a block diagram, in which the actual values of the cooling capacities Q̇̇ 1 and Q̇ 2 . that of the inverse stationary part model MKinv stat given values of the target cooling capacity Q̇ 1, set or Q̇ 2,set correspond, i.e. Q̇̇ 1 = Q̇ 1,set and Q̇̇ 2 = Q̇ 2,set applies. The following then also applies to the compression end temperature T di = T di,ref . This situation is assumed for the rest of the draft regulation.

Da die durch den Kompensationsvorgang modifizierten Teil-Regelstrecken von den Soll-Kälteleistungen Q̇1,soll bzw. Q̇2,soll auf die jeweils zugehörigen modellhaft berechneten Fachtemperaturen TF1,calc bzw. TF2,calc nun idealerweise linear und entkoppelt sind, können bewährte und leicht umsetzbare Entwurfsverfahren für modellhafte Temperaturregler („Reglermodelle“) TR1 bzw. TR2 verwendet werden, wie 6 illustriert. Mittels der Temperaturregler TR1 und TR2 werden die Soll-Kälteleistungen Q̇1,soll bzw. Q̇2,soll für jedes Kühlfach getrennt anhand jeweils vorgegebener Sollwerte TF1,soll und TF2,soll der berechneten Fachtemperaturen TF1,calc bzw. TF2,calc erzeugt. Die Temperaturregler TR1 und TR2 können z.B. als PI-Regler modelliert sein.Since the partial controlled systems modified by the compensation process are now ideally linear and decoupled from the target refrigerating capacities Q̇ 1,set or Q̇ 2,set to the respective associated model-calculated compartment temperatures T F1,calc or T F2,calc , proven and easy-to-implement design methods for model temperature controllers (“controller models”) TR 1 and TR 2 are used, such as 6 illustrated. Using the temperature controllers TR 1 and TR 2 , the target cooling capacities Q̇ 1,set and Q̇ 2,set for each refrigerated compartment separately based on the specified set values T F1,set and T F2,set of the calculated compartment temperatures T F1,calc and T F2,calc generated. The temperature controllers TR 1 and TR 2 can be modeled as PI controllers, for example.

Ist der Regelkreis korrekt ausgelegt, dann werden die beiden berechneten Fachtemperaturen TF1,calc bzw. TF2,calc asymptotisch auf die jeweiligen Sollwerte TF1,soll und TF2,soll eingestellt. Gleichzeitig wird der Vorgabewert Tdi,ref für die Verdichtungsendtemperatur Tdi zu jeder Zeit so gewählt, dass die beiden Kälteleistungen Q̇̇1 bzw. Q̇̇2 stationär bei diesen Fachtemperaturen TF1,calc bzw. TF2,calc vom Kältegerät 1 dargestellt werden können.If the control circuit is designed correctly, the two calculated compartment temperatures TF1,calc and TF2,calc are set asymptotically to the respective setpoint values TF1,setpoint and TF2,setpoint . At the same time, the default value T di,ref for the compression end temperature T di is selected at all times in such a way that the two refrigeration capacities Q̇̇ 1 and Q̇̇ 2 can be displayed by the refrigeration device 1 in a stationary manner at these compartment temperatures T F1,calc and T F2,calc .

Die Vorgabegröße Tdi,ref wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass für die Leistungsaufnahme Pel,calc zumindest stationär eine nahezu minimale Leistungsaufnahme Pel,soll als Zielzustand erreicht wird. Hierzu wird das Signal Pel,calc einem Optimierungsalgorithmus bzw. „Optimierer“ OPT zur Verfügung gestellt, welcher daraus den für eine geringste Leistungsaufnahme Pel,soll als dem Zielzustand passenden Wert für Tdi,ref bestimmt. Dies kann beispielsweise durch zielgerichtete, inkrementelle Veränderung von Tdi,ref erreicht werden, bis ein Minimum von Pel,calc gefunden ist.In the present exemplary embodiment, the default variable T di,ref is selected in such a way that an almost minimal power consumption P el ,soll is achieved as the target state for the power consumption P el, calc , at least in the stationary state. For this purpose, the signal P el,calc is made available to an optimization algorithm or "optimizer" OPT, which uses it to determine the value for T di,ref that is suitable for the lowest power consumption P el, soll as the target state. This can be achieved, for example, by purposefully incrementally changing T di,ref until a minimum of P el,calc is found.

Durch eine solche Auslegung des Optimierers OPT wird die Verdichtungsendtemperatur Tdi vorteilhafterweise zwar als Rechengröße im Optimierer OPT und in den Teilmodellen MKinvstat und MKstat verwendet, braucht aber nicht am realen Kältegerät 1 gemessen zu werden. Es wird also kein dedizierter Temperatursensor zum Messen der Verdichtungsendtemperatur Tdi benötigt.With such a design of the optimizer OPT, the final compression temperature T di is advantageously used as an operand in the optimizer OPT and in the partial models MKinv stat and MKstat, but does not need to be measured on the real refrigeration device 1 . A dedicated temperature sensor for measuring the compression end temperature T di is therefore not required.

7 zeigt ein Blockdiagramm einer Umsetzung des Modells des Regelkreises aus 6 in dem Kältegerät 1. Die Stellgrößen n, d1, d2 werden mittels einer Gerätesteuerung 9 eingestellt, die mit einem Datenspeicher 8 datentechnisch gekoppelt ist, z.B. einen Datenspeicher 8 aufweist, der Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch das Steuergerät 8 dieses veranlassen, die Werte der Stellgrößen n, d1, d2 auf Grundlage des oben beschriebenen Kreislaufmodells des Kältesystems 1 zu berechnen. In anderen Worten ist das in 6 gezeigte Modell des Kältesystems 10 und für den Betrieb am realen Kältegerät 1 modifizierte in dem Datenspeicher 8 programmiert gespeichert. 7 Figure 12 shows a block diagram of an implementation of the control loop model 6 in the refrigerating appliance 1. The manipulated variables n, d 1 , d 2 are set by means of a device control 9 which is coupled to a data memory 8 in terms of data technology, eg has a data memory 8 which includes commands which, when executed by the control unit 8, cause the latter to calculate the values of the manipulated variables n, d 1 , d 2 on the basis of the cycle model of the refrigeration system 1 described above. In other words, this is in 6 Shown model of the refrigeration system 10 and modified for operation on the real refrigeration device 1 stored in the data memory 8 programmed.

Insbesondere unterscheidet sich das durch die Gerätesteuerung 9 ausgeführte Modell des Kältesystems 10 von dem in 6 gezeigten Modell dadurch, dass die dem Optimierer OPT zugeführte Eingangsgröße nicht die aus dem stationären Teilmodell MKstat berechnete elektrische Leistungsaufnahme, sondern eine durch das Kältegerät 1 aus dem Betrieb bestimmte (z.B. durch Abfrage einer Inverterelektronik gemessene oder abgeschätzte) elektrische Leistungsaufnahme Pel,mess ist. Damit wird vorteilhafterweise gewährleistet, dass Modellfehler bezüglich der Beschreibung der berechneten Leistungsaufnahme Pel,calc am realen Kältegerät 1 kompensiert werden.In particular, the model of the refrigeration system 10 executed by the device controller 9 differs from that in 6 shown model in that the input variable supplied to the optimizer OPT is not the electrical power consumption calculated from the stationary partial model MK stat , but rather an electrical power consumption P el,mess determined by the refrigeration appliance 1 from operation (e.g. measured or estimated by querying an electronic inverter). . This advantageously ensures that model errors with regard to the description of the calculated power consumption P el,calc on the real refrigeration device 1 are compensated for.

Auch werden nicht die durch das stationäre Teilmodell MTdyn berechneten Fachtemperaturen TF1,calc, TF2,calc rückgeführt und dann mit den entsprechenden Soll-Werten negativ rückgekoppelt, sondern die durch die Temperatursensoren real gemessenen Fachtemperaturen TF1,mess, TF2,mess.The compartment temperatures T F1,calc , T F2,calc calculated by the stationary partial model MT dyn are also not fed back and then fed back negatively with the corresponding setpoint values, but rather the compartment temperatures T F1,meas , T F2,meas actually measured by the temperature sensors .

Das in dem Datenspeicher 8 gespeicherte Modell benötigt somit zum Ablauf auf der Gerätesteuerung 9 nur die typischerweise bereits heutzutage gemessenen Fachtemperaturen TF1,mess, TF2,mess und die typischerweise bereits heutzutage bestimmte elektrische Leistungsaufnahme Pel,mess und ist daher konstruktiv besonders einfach umsetzbar.The model stored in the data memory 8 therefore only requires the compartment temperatures T F1,mess , T F2,mess typically measured today to run on the device control 9 and the electrical power consumption P el,mess typically already determined today and is therefore particularly easy to implement in terms of design .

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.Of course, the present invention is not limited to the embodiment shown.

So wurde das Regelungskonzept oben beispielhaft an einem Kältegerät mit zwei Temperaturzonen und drei Aktoren (zwei Expansionsventilen und einem Verdichter) genauer erläutert. Dieses Konzept lässt sich aber analog auf Kältegeräte mit einer anderen Zahl von Temperaturzonen und/oder andersartigen Aktoren übertragen.The control concept was explained in more detail above using a refrigeration device with two temperature zones and three actuators (two expansion valves and one compressor) as an example. However, this concept can be transferred analogously to refrigeration devices with a different number of temperature zones and/or different types of actuators.

Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.In general, "a", "an" etc. can be understood as a singular or a plural number, in particular in the sense of "at least one" or "one or more" etc., as long as this is not explicitly excluded, e.g. by the expression "exactly a" etc.

Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.A numerical specification can also include exactly the specified number as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.

BezugszeichenlisteReference List

11
Kältegerätrefrigeration device
22
VerdampferEvaporator
33
VerdampferEvaporator
44
Verdichtercompressor
55
Expansionsventilexpansion valve
66
Expansionsventilexpansion valve
77
Verflüssigercondenser
88th
Datenspeicherdata storage
99
Gerätesteuerungdevice control
1010
Kältesystemrefrigeration system
d1d1
Strömungsquerschnitt des Expansionsventils 5Flow cross section of the expansion valve 5
d2d2
Strömungsquerschnitt des Expansionsventils 6Flow cross section of the expansion valve 6
MTdynMTdyn
Dynamisches TeilmodellDynamic part model
MKinvstatMKinvstat
Inverses stationäres TeilmodellInverse stationary part model
MKstatMKstat
Stationäres TeilmodellStationary part model
nn
Drehzahlnumber of revolutions
OPTopt
Optimiereroptimizer
PelPel
Elektrische LeistungsaufnahmeElectric power consumption
Q̇̇1Q̇̇1
Kälteleistung des Verdampfers 2Cooling capacity of the evaporator 2
Q̇̇2Q̇̇2
Kälteleistung des Verdampfers 3Cooling capacity of the evaporator 3
Q̇1,sollQ̇1,set
Soll-Kälteleistung des Verdampfers 2Desired cooling capacity of the evaporator 2
Q̇2,sollQ̇2,set
Soll-Kälteleistung des Verdampfers 3Desired cooling capacity of the evaporator 3
TambTamb
Umgebungstemperaturambient temperature
TdiTdi
Ist-Wert der VerdampfungsendtemperaturActual value of the final evaporation temperature
Tdi,refTdi, ref
Vorgabewert der VerdampfungsendtemperaturDefault value for the final evaporation temperature
TF1TF1
Ist-Wert der Fachtemperatur eines ersten KühlfachsActual value of the compartment temperature of a first cooling compartment
TF2TF2
Ist-Wert der Fachtemperatur eines zweiten KühlfachsActual value of the compartment temperature of a second cooling compartment
TF1,sollTF1, target
Soll-Wert der Fachtemperatur eines ersten KühlfachsTarget value of the compartment temperature of a first cooling compartment
TF2,sollTF2, target
Soll-Wert der Fachtemperatur eines zweiten KühlfachsTarget value for the compartment temperature of a second cooling compartment
TR1TR1
Erster TemperaturreglerFirst temperature controller
TR2TR2
Zweiter TemperaturreglerSecond temperature controller

Claims (14)

Kältegerät (1), aufweisend - einen Kältekreislauf (2-7) mit einem drehzahlregelbaren Verdichter (4), einen Verflüssiger (7), mindestens einen Verdampfer (2, 3) und mindestens ein Drosselorgan (5, 6), - einen Kühlraum mit mindestens einer Temperaturzone, der jeweils mindestens ein Verdampfer (2, 3) zugeordnet ist, - mindestens einen Temperatursensor pro Temperaturzone zum Abfühlen von Ist-Werten (TF1, TF2) einer zugehörigen Zonentemperatur, - einen Satz von variabel über Stellgrößen (n, d1, d2) einstellbaren Aktoren (4-6), einschließlich des Verdichters (4), welche einen merklichen Einfluss auf einen Betrieb des Kältekreislaufs (2-7) besitzen, wobei die Zahl der Aktoren (4-6) höher ist als die Zahl der Verdampfer (2, 3), und - ein Steuergerät (9), das dazu eingerichtet ist, Werte der Stellgrößen (n, d1, d2) der Aktoren (4-6) beruhend auf Abweichungen zwischen den Ist-Werten (TF1, TF2) der Zonentemperaturen und vorgegebenen Soll-Werten (TF1,soll, TF2,soll) davon vorzugeben, wobei - das Steuergerät (9) mit einem computerlesbaren Speichermedium (8) datentechnisch gekoppelt ist, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch das Steuergerät (9) dieses veranlassen, die Werte der Stellgrößen (n, d1, d2) der Aktoren (4-6) auf Grundlage eines Kreislaufmodells zu berechnen, - das Kreislaufmodell einen vollständigen Regelkreis zum Einstellen der Ist-Werte (TF1,calc, TF2,calc) der Zonentemperaturen auf jeweils vorgegebene Soll-Werte (TF1,soll, TF2,soll) beschreibt, in dem - das Kreislaufmodell ein dynamisches Teilmodell (MTdyn) der mindestens einen Temperaturzone umfasst, das aus Werten (Q̇1, ,Q̇2) von Kälteleistungen der jeweiligen Temperaturzonen zugehörige Werte (TF1,calc, TF2,calc) der Zonentemperaturen berechnet, - dem dynamischen Teilmodell (MTdyn) ein stationäres Teilmodell (MKstat) vorgeschaltet ist, das aus den Werten der Stellgrößen (n, d1, d2) der Aktoren (4-6) die jeweiligen Werte (Q̇1, ,Q̇2,) der Kälteleistungen berechnet und an das dynamische Teilmodell (MTdyn) übergibt sowie Werte (Pel,calc, Tdi) mindestens einer weiteren Zustandsgröße des Kreislaufmodells berechnet, - dem stationären Teilmodell (MKstat) ein dazu inverses stationäres Teilmodell (MKinvstat) vorgeschaltet ist, das aus vorgegebenen Soll-Werten (Q̇1,soll ,Q̇2,soll) der Kälteleistungen der jeweiligen Temperaturzonen sowie Vorgabewerten (Tdi,ref) der mindestens einen weiteren Zustandsgröße die Werte der Stellgrößen (n, d1, d2) der Aktoren (4-6) berechnet und an das stationäre Teilmodell (MKstat) übergibt, - dem inversen stationären Teilmodell (MKinvstat) pro Temperaturzone ein Reglermodell vorgeschaltet ist, das aus Differenzen zwischen den vorgegebenen Soll-Werten (TF1,soll, TF2,soll) der zugehörigen Zonentemperatur und den gemessenen Ist-Werten (TF1,mess, TF2,mess) der zugehörigen Zonentemperatur jeweilige Soll-Werte (Q̇1,soll ,Q̇2,soll) der Kälteleistungen berechnet und an das inverse stationäre Teilmodell (MKinvstat) übergibt, und - ein Optimierer (OPT) dazu vorgesehen ist, aus einem gemessenen Ist-Wert (Pel,mess) einer weiteren Zustandsgröße als Eingangsgröße einen Vorgabewert (Tdi,ref) einer anderen weiteren Zustandsgröße (Tdi) zu bestimmen, diesen Vorgabewert (Tdi,ref) an das inverse stationäre Teilmodell (MKinvstat) zu übergeben und die Vorgabewerte (Tdi,ref) iterativ auf einen vorgegebenen Zielzustand (Pel,soll) der Eingangsgröße (Pel,mess) hin einzustellen.Refrigeration device (1), having - a refrigeration circuit (2-7) with a variable-speed compressor (4), a condenser (7), at least one evaporator (2, 3) and at least one throttle element (5, 6), - a cooling chamber with at least one temperature zone, to which at least one evaporator (2, 3) is assigned, - at least one temperature sensor per temperature zone for sensing actual values (T F1 , T F2 ) of an associated zone temperature, - a set of manipulated variables (n, d 1 , d 2 ) adjustable actuators (4-6), including the compressor (4), which have a noticeable impact on operation of the refrigeration cycle (2-7), the number of actuators (4-6) being higher than the number of evaporators (2, 3), and - a control unit (9) which is set up to calculate values of the manipulated variables (n, d 1 , d 2 ) of the actuators (4-6) based on deviations between the actual values (T F1 , T F2 ) of the zone temperatures and specified setpoint values (T F1,setpoint , T F2,setpoint ) thereof, wherein - the control unit (9) is data-technically coupled to a computer-readable storage medium (8) which comprises commands, which, when executed by the control unit (9), cause the latter to calculate the values of the manipulated variables (n, d 1 , d 2 ) of the actuators (4-6) on the basis of a circuit model, - the circuit model has a complete control circuit for setting the actual - Values (T F1,calc , T F2,calc ) of the zone temperatures to predetermined target values (T F1,target , T F2,target ) describes, in which - the circuit model is a dynamic partial model (MT dyn ) of the at least one temperature zone which calculates associated values (T F1,calc , T F2,calc ) of the zone temperatures from values (Q̇ 1 , ,Q̇ 2 ) of cooling capacities of the respective temperature zones, - the dynamic partial model (MT dyn ) a stationary partial model (MK stat ) is connected upstream, which calculates the respective values (Q̇ 1 , ,Q̇ 2 ,) of the cooling capacities from the values of the manipulated variables (n, d 1 , d 2 ) of the actuators (4-6) and transfers them to the dynamic partial model (MT dyn ). and values (P el,calc , T di ) of at least one other state variable of the circuit model are calculated, - the stationary sub-model (MK stat ) is preceded by an inverse stationary sub-model (MKinv stat ) which is based on specified target values (Q̇ 1,setpoint ,Q̇ 2,soll ) of the cooling capacities of the respective temperature zones as well as default values (T di,ref ) of the at least one other state variable, the values of the manipulated variables (n, d 1 , d 2 ) of the actuators (4-6) are calculated and sent to the stationary partial model (MK stat ) passes, - the inverse stationary partial model (MKinv stat ) is preceded by a controller model for each temperature zone, which is calculated from the differences between the specified setpoint values (T F1,setpoint , T F2,setpoint ) of the associated zone temperature and the measured actual values (T F1,mess , T F2,meas ) of the associated zone temperature calculates respective setpoint values (Q̇ 1,setpoint ,Q̇ 2,setpoint ) of the cooling capacities and transfers them to the inverse stationary partial model (MKinv stat ), and - an optimizer (OPT) is provided for this purpose, to determine a default value (T di,ref ) of another additional state variable (T di ) from a measured actual value (P el , mess ) of a further state variable as an input variable, to transmit this default value (T di,ref ) to the inverse stationary partial model ( MKinv stat ) and to set the default values (T di,ref ) iteratively to a default target state (P el,soll ) of the input variable (P el,mess ). Kältegerät (1) nach Anspruch 1, wobei die Zahl der Aktoren (4-6) um eins höher ist als die Zahl der Verdampfer (2, 3).Refrigeration device (1) after claim 1 , whereby the number of actuators (4-6) is one higher than the number of evaporators (2, 3). Kältegerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eingangsgrö-ße des Optimierers (OPT) eine elektrische Leistungsaufnahme (Pel,calc, Pel,mess) umfasst oder ist.Refrigeration appliance (1) according to one of the preceding claims, wherein the input variable-SSe of the optimizer (OPT) comprises or is an electrical power consumption (P el,calc , P el,mess ). Kältegerät (1) nach Anspruch 3, wobei das Kältegerät (1) eine Einrichtung zur Bestimmung der elektrischen Leistungsaufnahme (Pel,mess) des Kältekreislaufs (2-7) aufweist und die Eingangsgröße des Optimierers (OPT) die bestimmte elektrische Leistungsaufnahme (Pel,mess) ist.Refrigeration device (1) after claim 3 , wherein the refrigeration device (1) has a device for determining the electrical power consumption (P el,mess ) of the refrigeration circuit (2-7) and the input variable of the optimizer (OPT) is the determined electrical power consumption (P el,mess ). Kältegerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die von dem Optimierer (OPT) an das inverse stationäre Modell (MKinvstat) ausgegebenen Vorgabewerte (Tdi,ref) Werte einer Verdichtungsendtemperatur (Tdi) des Verdichters (4) sind.Refrigeration appliance (1) according to one of the preceding claims, wherein the default values (T di,ref ) output by the optimizer (OPT) to the inverse stationary model (MKinv stat ) are values of a compression end temperature (T di ) of the compressor (4). Kältegerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das dynamische Teilmodell (MTdyn) , das stationäre Teilmodell (MKstat) und das inverse stationäre Teilmodell (MKinvstat) eine Umgebungstemperatur (Tamb) des Kältegeräts (1) als Störgröße beschreiben.Refrigeration appliance (1) according to one of the preceding claims, wherein the dynamic partial model (MT dyn ), the stationary partial model (MK stat ) and the inverse stationary partial model (MKinv stat ) describe an ambient temperature ( Tamb ) of the refrigeration appliance (1) as a disturbance variable. Kältegerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stellgröße des Verdichters (4) seine Drehzahl (n) ist.Refrigerating appliance (1) according to one of the preceding claims, wherein the manipulated variable of the compressor (4) is its speed (n). Kältegerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Satz von Aktoren (4-6) mindestens ein Drosselorgan in Form eines variabel einstellbaren Expansionsventils (5, 6) umfasst, dessen Stellgröße einem Strömungsquerschnitt (d1, d2) des Expansionsventils (5, 6) entspricht.Refrigerating appliance (1) according to one of the preceding claims, wherein the set of actuators (4-6) comprises at least one throttle element in the form of a variably adjustable expansion valve (5, 6), the manipulated variable of which corresponds to a flow cross section (d 1 , d 2 ) of the expansion valve ( 5, 6). Kältegerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperaturzonen Kühlfächern entsprechen und die Zonentemperaturen Fachtemperaturen entsprechen.Refrigeration appliance (1) according to one of the preceding claims, wherein the temperature zones correspond to refrigerated compartments and the zone temperatures correspond to compartment temperatures. Kältegerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlraum mehrere Temperaturzonen aufweist, denen jeweils genau ein Verdampfer (2, 3) zugeordnet ist.Refrigerating appliance (1) according to one of the preceding claims, in which the refrigerated space has a plurality of temperature zones, each of which is assigned precisely one evaporator (2, 3). Kältegerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Zahl der Drosselorgane (5, 6) einer Zahl der Verdampfer (2, 3) entspricht und jeweils ein Drosselorgan (5, 6) und ein Verdampfer (2, 3) ohne dazwischenliegende Verzweigung in Reihe geschaltet sind.Refrigerating appliance (1) according to one of the preceding claims, wherein a number of throttle elements (5, 6) corresponds to a number of evaporators (2, 3) and one throttle element (5, 6) and one evaporator (2, 3) each without branching in between are connected in series. Kältegerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kältegerät (1) dazu eingerichtet ist, den Verdichter (4) im Dauerlauf zu betreiben.Refrigeration device (1) according to one of the preceding claims, wherein the refrigeration device (1) is set up to operate the compressor (4) in continuous operation. Verfahren zum Betreiben eines Kältegeräts (1), wobei das Kältegerät (1) einen Kältekreislauf (2-7) mit einem drehzahlregelbaren Verdichter (4), einem Verflüssiger (7), mindestens einem Verdampfer (2, 3) und mindestens einem Drosselorgan (5, 6), einen Kühlraum mit mindestens einer Temperaturzone, der jeweils mindestens ein Verdampfer (2, 3) zugeordnet ist, mindestens einen Temperatursensor pro Temperaturzone zum Abfühlen von Ist-Werten (TF1,mess, TF2,mess) einer zugehörigen Zonentemperatur und einen Satz von variabel über Stellgrößen (n, d1, d2) einstellbaren Aktoren (4-6), einschließlich dem Verdichter (4), welche einen merklichen Einfluss auf einen Betrieb des Kältekreislaufs (2-7) besitzen, wobei die Zahl der Aktoren (4-6) höher ist als die Zahl der Verdampfer (2, 3), aufweist, wobei bei dem Verfahren - Werte der Stellgrößen (n, d1, d2) der Aktoren (4-6) beruhend auf Abweichungen zwischen den für jede Temperaturzone gemessenen Ist-Werten (TF1,mess, TF2,mess) der Zonentemperaturen und vorgegebenen Soll-Werten (TF1,soll, TF2,soll) der Zonentemperaturen vorgegeben werden, - die Werte der Stellgrößen (n, d1, d2) der Aktoren (4-6) auf Grundlage eines Kreislaufmodells berechnet werden, das einen vollständigen Regelkreis zum Einstellen der Ist-Werte (TF1,calc, TF2,calc) der Zonentemperaturen auf die Soll-Werte der Zonentemperaturen (TF1,soll, TF2,soll) beschreibt, in dem - eine Regelstrecke des Regelkreises des Kreislaufmodells ein dynamisches Teilmodell (MTdyn) der mindestens einen Temperaturzone umfasst, das aus Werten (Q̇1,Q̇2) von Kälteleistungen der jeweiligen Temperaturzonen zugehörige Ist-Werte (TF1,calc, TF2,calc) der Zonentemperaturen berechnet, - dem dynamischen Teilmodell (MTdyn) ein stationäres Teilmodell (MKstat) der Regelstrecke vorgeschaltet ist, das aus den Werten der Stellgrößen (n, d1, d2) der Aktoren (4-6) die jeweiligen Werte (Q̇1 ,Q̇2) der Kälteleistungen berechnet und an das dynamische Teilmodell (MTdyn) übergibt sowie Ist-Werte (Pe,calcl, Tdi) mindestens einer weiteren Zustandsgröße der Regelstrecke berechnet, - dem stationären Teilmodell (MKstat) ein dazu inverses stationäres Teilmodell (MKinvstat) vorgeschaltet ist, das aus vorgegebenen Soll-Werten (Q̇1,soll ,Q̇2,soll) der Kälteleistungen der jeweiligen Temperaturzonen sowie Vorgabewerten (Tdi,ref) der mindestens einen weiteren Zustandsgröße die Werte der Stellgrößen (n, d1, d2) der Aktoren (4-6) berechnet und an das stationäre Teilmodell (MKstat) übergibt, - dem inversen stationären Teilmodell (MKinvstat) pro Temperaturzone ein Reglermodell (TR1, TR2) vorgeschaltet ist, das aus Differenzen zwischen den vorgegebenen Soll-Werten (TF1,soll, TF2,soll) der zugehörigen Zonentemperatur und den gemessenen Ist-Werten (TF1,mess, TF2,mess) der zugehörigen Zonentemperatur jeweilige Soll-Werte (Q̇1,soll,Q̇2,soll) der Kälteleistungen berechnet und an das inverse stationäre Teilmodell (MKinvstat) übergibt, und - ein Optimierer (OPT) aus gemessenen Ist-Werten (Pel,mess) einer weiteren Zustandsgröße einen Vorgabewert (Tdi,ref) einer anderen weiteren Zustandsgröße (Tdi) bestimmt, diesen Vorgabewert (Tdi,ref) an das inverse stationäre Teilmodell (MKinvstat) übergibt und die Vorgabewerte (Tdi,ref) iterativ auf einen vorgegebenen Zielzustand der Eingangsgröße (Pel,soll) hin einstellt.Method for operating a refrigeration device (1), wherein the refrigeration device (1) has a refrigeration circuit (2-7) with a variable-speed compressor (4), a condenser (7), at least one evaporator (2, 3) and at least one throttle element (5 , 6), a refrigerator with at least one temperature zone, to which at least one evaporator (2, 3) is assigned, at least one temperature sensor per temperature zone for sensing actual values (T F1,mess , T F2,mess ) of an associated zone temperature and a set of variably controlled variables (n, d 1 , d 2 ) adjustable actuators (4-6), including the compressor (4), which have a noticeable influence on the operation of the refrigeration cycle (2-7), the number of Actuators (4-6) is higher than the number of evaporators (2, 3), wherein in the method - values of the manipulated variables (n, d 1 , d 2 ) of the actuators (4-6) based on deviations between the actual values (T F1,meas , T F2,meas ) of the zone temperatures measured for each temperature zone and specified setpoint values (T F1,set , T F2,set ) of the zone temperatures are specified, - the values of the manipulated variables (n, i 1 , d 2 ) of the actuators (4-6) are calculated on the basis of a circuit model that includes a complete control loop for adjusting the actual values (T F1,calc , T F2,calc ) of the zone temperatures to the target values of the zone temperatures ( T F1,soll , T F2,soll ) describes, in which - a controlled system of the control loop of the cycle model includes a dynamic partial model (MT dyn ) of at least one temperature zone, which consists of values (Q̇ 1 ,Q̇ 2 ) of cooling capacities of the respective temperature zones Actual values (T F1,calc , T F2,calc ) of the zone temperatures are calculated, - the dynamic partial model (MT dyn ) is preceded by a stationary partial model (MK stat ) of the controlled system, which consists of the values of the manipulated variables (n, d 1 , d 2 ) of the actuators (4-6) calculates the respective values (Q̇ 1 ,Q̇ 2 ) of the cooling capacities and transfers them to the dynamic partial model (MT dyn ) as well as actual values (P e,calcl , T di ) of at least one other state variable of the controlled system, - the stationary partial model (MK stat ) is preceded by an inverse stationary partial model (MKinv stat ), which is based on specified setpoint values (Q̇ 1,setpoint ,Q̇ 2,setpoint ) of the cooling capacities of the respective temperature zones and default values (T di,ref ) which calculates the values of the manipulated variables (n, d 1 , d 2 ) of the actuators (4-6) at least one further state variable and transfers them to the stationary partial model (MK stat ), - the inverse stationary partial model (MKinv stat ) A controller model (TR 1 , TR 2 ) is connected upstream for each temperature zone, which is calculated from the differences between the specified setpoint values (T F1,setpoint , T F2,setpoint ) of the associated zone temperature and the measured actual values (T F1,meas , T F2,meas ) of the associated zone temperature calculates the respective setpoint values (Q̇ 1,setpoint ,Q̇ 2,setpoint ) of the cooling capacities and transfers them to the inverse stationary partial model (MKinv stat ), and - an optimizer (OPT) from measured actual values ( P el,mess ) of a further state variable determines a default value (T di,ref ) of another further state variable (T di ), transfers this default value (T di,ref ) to the inverse stationary partial model (MKinv stat ) and the default values (T di ,ref ) iteratively to a predetermined target state of the input variable (P el,soll ) out. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Optimierer (OPT) dauernd arbeitet.procedure after Claim 13 , where the optimizer (OPT) is constantly working.
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