KR100225637B1 - 공기조화기의 온도제어장치 - Google Patents

공기조화기의 온도제어장치

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KR100225637B1
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Abstract

본 발명은 공기조화기의 온도제어장치에 있어서, 흡입구를 통해 흡입된 실내공기를 열교환시켜 토출구를 통하여 토출시키는 공기조화기에 있어서, 사용자가 원하는 설정온도를 입력하는 리모콘수신수단과, 상기 흡입구를 통해 흡입되는 실내공기의 온도를 감지하는 온도감지수단과, 상기 리모콘수신수단으로부터 입력된 설정온도 및 온도오차를 입력으로 하는 퍼지추론을 수행하여 설정온도를 보상하고, 보상설정온도와 실내온도를 입력으로 한 선형제어로 압축기의 운전주파수를 제어하는 제어수단으로 이루어져, 설정온도에 따라 온도오차를 보상하여 보다 빠른 응답성을 갖는 온도제어가 가능하다.

Description

공기조화기의 온도제어장치
본 발명은 설정온도, 온도오차 및 오차변화율에 따라 설정온도를 보상하는 퍼지추론을 수행하여 보다 빠른 응답성을 갖는 온도제어가 가능한 공기조화기의 온도제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 공기조화기는 실내의 차가운 공기를 따뜻하게 하여 실내로 공급하는 난방장치와, 실내의 뜨거운 공기를 차갑게 하여 실내로 공급하는 냉방장치가 있다.
또한, 상기의 냉방기능과 난방기능을 겸한 냉난방장치도 있으며, 오염된 실내공기를 청정시키는 청정기능도 포함되어지는 상황이다.
제1도에는 상기한 공기조화기들중에 냉난방기능을 하는 냉난방장치(통상적으로 에어콘이라 한다)의 실내유닛이 도시되어 있다.
물론, 상기 냉난방장치는 도시하지 않은 실외유닛을 포함함은 물론이다.
제1도에 도시한 바와 같이, 참조부호 1은 공기조화기의 실내기본체(이하, 실내기라 한다)이고, 상기 실내기(1)의 전면상부에는 실내공기를 흡입하는 흡입구(3)가 형성되어 있으며, 상기 실내기(1)의 전면하부에는 후술하는 열교환기에 의해 열교환된 공기(냉풍 또는 온풍)를 실내로 토출하는 토출구(5)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 토출구(5)의 우측에는 리모트 콘트롤러(9; 이하, 리모콘이라 한다)로부터 송신되는 원격제어신호를 수신하는 리모콘수신부(7)가 구비되어 있고, 상기 토출구(5)에는 상기 토출구(5)를 통해 실내로 토출되는 공기의 방향을 상하로 조절하는 풍향날개(11)가 설치되어 있다.
한편, 상기 리모콘(9)에는 사용자가 원하는 공기조화기의 운전모드(자동, 냉방, 제습, 송풍 등)와 운전의 시작/정지, 설정온도, 상기 토출구(5)를 통해 토출되는 공기의 풍량 및 풍향 등을 입력하도록 다수의 기능키가 구비되어 있다.
제2도는 제1도의 실내기를 벽면에 설치한 상태의 측단면도로써, 제1도와 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 붙이고 중복되는 설명을 생략한다.
제2도에 도시한 바와 같이, 실내기(1)의 내부에는 상기 흡입구(3)를 통해 흡입되는 실내공기를 냉매의 증발잠열에 의해 냉풍 또는 온풍으로 열교환하도록 상기 흡입구(3)의 후측에 일자형상의 열교환기(13)가 설치되어 있고, 상기 열교환기(13)의 후측하부에는 상기 흡입구(3)를 통해 실내공기를 흡입함과 동시에 상기 열교환기(13)에서 열교환된 공기를 상기 토출구(5)를 통해 실내로 토출시키는 실내팬(15)이 설치되어 있다.
그리고, 상기 실내기(1)의 내부에는 상기 흡입구(3)를 통해 흡입되어 상기 토출구(5)로 토출되는 공기의 흐름을 안내하는 덕트부재(17)가 설치되어 있다.
상기와 같이 구성된 공기조화기에 있어서, 사용자가 리모콘(9)을 조작하여 원하는 운전모드와 설정온도를 입력한다음 운전/정지키(이하, 운전키라 한다)를 온시키면, 실내팬(15)의 구동에 따라 흡입구(3)를 통해 실내공기가 실내기(1)내로 흡입되기 시작한다.
이때, 상기 흡입구(3)를 통해 흡입되는 실내공기의 온도를 감지하여 설정온도와 비교하고, 설정온도와 실내온도의 차에 따라 압축기의 회전주파수를 결정하여 압축기를 구동시킨다.
상기 압축기가 구동되면, 냉매의 순환에 따라 열교환기(13)가 열교환되므로 실내기(1)내로 흡입된 실내공기는 열교환기(13)를 통과하면서 열교환기(13)내에 흐르는 냉매의 증발잠열에 의해 냉풍 또는 온풍으로 열교환되면서 덕트부재(17)의 안내를 받아 토출구(5)를 통해 실내로 토출되는데, 상기 토출구(5)를 통해 토출되는 공기는 풍향날개(11)의 풍향각도에 따라 풍향이 조절되면서 공조운전을 수행한다.
그런데, 이와 같이 구성된 종래의 공기조화기에서는, 설정온도와 실내온도의 차에 따라 압축기의 회전주파수를 결정하여 압축기를 구동하므로 설정온도와 실내온도의 차가 클 경우에는 신속한 온도접근이 이루어지지 않아 빠른 공조운전을 기대하는 사용자의 욕구를 만족시키지 못하고, 설정온도와 실내온도의 차가 작을 경우에는 설정온도를 맞추는 정밀제어가 불가능하므로 쾌적감을 원하는 사용자의 욕구를 만족시키지 못한다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기위해 이루어진 것으로써, 비례·적분동작(Proportional plus Integral action; 이하, PI라 한다)제어기의 전단에 퍼지전단보상기를 추가하여 설정온도 및 온도오차에 따라 설정온도를 보상하는 퍼지추론을 수행함으로써 보다 빠른 응답성을 갖는 온도제어가 가능한 공기조화기의 온도제어장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 공기조화기의 온도제어장치는 흡입구를 통해 흡입된 실내공기를 열교환시켜 토출구를 통하여 토출시키는 공기조화기에 있어서, 사용자가 원하는 설정온도를 입력하는 리모콘신호수신수단과, 상기 흡입구를 통해 흡입되는 실내공기의 온도를 감지하는 온도감지수단과, 상기 리모콘신호수신수단으로부터 입력된 설정온도 및 온도오차를 입력으로 하는 퍼지추론을 수행하여 설정온도를 보상하고, 보상설정온도와 실내온도를 입력으로 한 선형제어로 압축기의 운전주파수를 제어하는 제어수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
제1도는 일반적인 공기조화기의 실내기를 도시한 사시도.
제2도는 제1도의 실내기를 벽면에 설치한 상태의 측단면도.
제3도는 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 온도제어장치의 제어블록도.
제4도는 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 온도제어장치의 퍼지추론에 관한 제어구성도.
제5도는 퍼지전단보상기의 입력인 설정온도의 멤버쉽함수.
제6도는 퍼지전단보상기의 입력인 온도오차 및 출력인 보상항의 멤버쉽함수.
제7도는 퍼지전단보상기의 입출력관계를 도시한 입출력규칙작성표.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 흡입구 5 : 토출구
9 : 리모콘 11 : 풍향날개
13 : 열교환기 15 : 실내팬
30 : 퍼지전단보상기 31 : 퍼지부
32 : 퍼지추론부 33 : 비퍼지부
40 : PI제어기 100 : 전원수단
102 : 리모콘신호수신수단 104 : 실내온도감지수단
106 : 제어수단 110 : 압축기구동수단
112 : 풍향조절수단 114 : 팬모터구동수단
116 : 표시수단
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 공기조화기는 제1도 및 제2도에 도시한 종래의 구성과 동일하므로 동일명칭 및 동일부호를 명기하여 중복되는 설명을 생략한다.
제3도에 도시한 바와 같이, 전원수단(100)은 도시되지 않은 교류전원단으로부터 공급되는 상용교류전압을 상기 공기조화기의 동작에 필요한 소정의 직류전압으로 변환하여 출력하고, 리모콘신호수신수단(102)은 사용자가 원하는 운전모드(자동, 냉방, 제습, 송풍 등)와 설정온도(Ts), 설정풍향 등을 입력하는 리모콘(9)의 키조작에 따라 상기 리모콘(9)으로부터 송신되는 적외광신호를 수신하는 광수신부이며, 실내온도감지수단(104)은 실내기(1)가 설치된 방안의 실내온도를 감지하도록 흡입구(3)를 통해 흡입되는 실내공기의 온도(Tr)를 감지한다.
그리고, 제어수단(106)은 상기 전원수단(100)으로부터 출력되는 직류전압을 인가받아 상기 공기조화기를 초기화시킴은 물론, 상기 리모콘신호수신수단(102)에 의해 수신된 적외광신호에 따라 사용자가 선택한 운전조건을 판단하여 공기조화기의 전체적인 동작을 제어하는 마이크로컴퓨터로써, 이 제어수단(106)은 사용자가 입력한 설정온도(Ts), 설정온도(Ts)와 실내온도(Tr)의 차인 온도오차(To=Ts-Tr)를 입력으로 하여 퍼지추론을 수행함으로써 설정온도(Ts)를 보상하는 퍼지전단보상기(30)와, 상기 퍼지전단보상기(30)의 출력인 보상항(r) 및 온도오차(To)를 더한 보상오차를 입력으로 하여 선형제어함으로써 압축기(111)의 운전주파수를 제어하는 PI제어기(40)로 구성되어 있다.
압축기구동수단(110)은 상기 리모콘(9)에 의해 사용자가 설정한 온도(Ts) 및 상기 실내온도감지수단(104)에 의해 감지된 실내온도(Tr)의 차에 따라 상기 제어수단(106)으로부터 출력되는 제어신호를 받아서 압축기(111)를 구동제어한다.
또한, 풍향조절수단(112)은 상기 리모콘(9)에 의해 사용자가 설정한 풍향에 따라 상기 토출구(5)를 통해 토출되는 공기의 방향을 조절하도록 상기 제어수단(106)으로부터 출력되는 제어신호를 입력받아 풍향모터(113)를 구동하여 풍향날개(11)를 이동시키고, 팬모터구동수단(114)은 상기 리모콘(9)에 의해 사용자가 설정한 풍량에 따라 상기 토출구(5)를 통해 토출되는 공기의 풍속을 조절하도록 상기 제어수단(106)으로부터 출력되는 제어신호를 입력받아 실내팬모터(115)의 회전수를 제어하여 실내팬(15)의 풍량을 조절한다.
또, 표시수단(116)은 상기 리모콘(9)에 의해 입력된 운전모드(자동, 냉방, 제습, 송풍, 난방 등)와 설정온도(Ts)를 표시함은 물론, 상기 공기조화기의 운전상태를 표시한다.
제4도에 도시한 바와 같이, 상기 퍼지전단보상기(30)는 상기 리모콘신호수신수단(102)으로부터 입력된 설정온도(Ts)와 온도오차(To)의 입력값을 그대로 사용하여 퍼지화시키는 퍼지부(31)와, 상기 퍼지부(31)에 의해 퍼지화된 설정온도(Ts)와 온도오차(To)의 입력값을 최소-최대(min-max)추론방식을 사용하여 퍼지추론을 수행하는 퍼지추론부(32)와, 상기 퍼지추론부(32)에 의해 추론된 최소-최대출력값으로부터 각 출력값이 구성하는 면적을 산출하고, 이들 면적의 무게중심을 산출하여 상기에서 산출한 무게중심값을 설정온도(Ts)와 더하여 보상설정온도(Tm)로 취한다.
제5도는 퍼지전단보상기(30)의 입력인 설정온도(Ts)의 멤버쉽함수로서, 공기조화기의 냉방능력이 가변하는 18∼30°의 범위를 도시한 입력멤버쉽함수이다.
제5도에서, (M)은 설정온도(Ts)가 '중간 단계'에 있음을 나타내고, (L)은 설정온도(Ts)가 '낮은 단계'에 있음을 나타내며, 설정온도(Ts)가 '높은 단계'에 있음을 나타낸다.
제6도는 퍼지전단보상기(30)의 입력인 온도오차(To)와 출력인 보상항(r)의 멤버쉽함수로서, 설정온도(Ts) 및 실내온도(Tr)의 차인 -4～4°의 범위를 도시한 입력멤버쉽함수와 보상항(r)의 출력멤버쉽함수를 동시에 나타낸다.
제6도에서, (Z)은 온도오차(To) 및 보상항(r)이 '제로상태'에 있음을 나타내고, (NB)는 온도오차(To) 및 보상항(r)이 '많이 낮음'에 있음을 나타내며, (NS)는 온도오차(To) 및 보상항(r)이 '약간 낮음'에 있음을 나타내고, (PS)는 온도오차(To) 및 보상항(r)이 '약간 높음'에 있음을 나타내며, (PB)는 온도오차(To) 및 보상항(r)이 '많이 높음'에 있음을 나타낸다.
제7도는 퍼지전단보상기(30)의 입출력관계를 도시한 입출력규칙작성표로서, 설정온도(Ts)입력과 온도오차(To)입력에 대한 출력퍼지함수를 도시한 퍼지제어규칙표이다.
이하, 상기와 같이 구성된 공기조화기의 온도제어장치의 작용효과를 설명한다.
먼저, 공기조화기에 전원이 인가되면, 전원수단(100)에서는 도시되지 않은 교류전원단으로부터 공급되는 상용교류전압을 상기 공기조화기의 구동에 필요한 소정의 직류전압으로 변환하여 각 구동회로 및 제어수단(106)에 출력한다.
따라서, 상기 제어수단(106)에서는 전원수단(100)으로부터 출력되는 직류전압을 입력받아 공기조화기를 초기화시킨다.
이때, 사용자가 리모콘(9)을 조작하여 원하는 공기조화기의 운전모드(예를들면, 냉방)와 설정온도(Ts), 설정풍량을 입력한다음 운전키를 누르면, 리모콘(9)에서는 키입력에 해당하는 원격제어신호를 소정의 프로토콜에 의해 부호화하고, 이렇게 부호화된 신호를 변조하여 적외광신호로 발신한다.
상기 리모콘(9)에서 적외광신호가 발신되면, 리모콘신호수신수단(102)에서는 이를 수신하여 전기신호로 변환하고, 이 변환된 전기신호를 복조하여 운전선택신호 및 운전시작신호(이하, 운전신호라 한다)를 제어수단(106)에 입력시킨다.
이에 따라, 제어수단(106)에서는 공기조화기의 냉방운전을 수행하기위해 실내팬(15)을 구동하기위한 제어신호를 팬모터구동수단(114)에 출력한다.
따라서, 상기 팬모터구동수단(114)에서는 설정풍량에 따라 실내팬모터(115)이 회전수를 제어하여 실내팬(15)을 구동시킨다.
상기 실내팬(15)이 구동하면, 흡입구(3)를 통해 실내공기가 실내기(1)로 흡입되기 시작하는데, 이때에 상기 흡입구(3)를 통해 흡입되는 실내공기의 온도(Tr)를 실내온도감지수단(104)에서 감지하면, 제어수단(106)은 실내온도감지수단(104)에 의해 감지된 실내온도(Tr)의 아날로그데이타를 입력받아 디지탈로 변환시킨다.
이에 따라, 상기 제어수단(106)에서는 리모콘신호수신수단(102)으로부터 입력된 설정온도(Ts)와 실내온도감지수단(104)에 의해 감지된 실내온도(Tr)를 입력받아 설정온도(Ts)와 실내온도(Tr)의 차인 온도오차(To)를 산출하면, 퍼지전단보상기(30)의 퍼지부(31)에서는 설정온도(Ts)와 온도오차(To)의 입력값을 그대로 사용하여 제5도 및 제6도에 도시한 바와 같이, 퍼지화시킨다.
이때, 상기 퍼지부(31)에서 퍼지화된 설정온도(Ts)와 온도오차(To)를 입력값으로 하여 퍼지추론부(32)에서는 제7도에 도시된 퍼지제어규칙에 따라 출력값을 산출하고, 산출된 출력값에 대응하는 위치에 가장 작은 값을 기입하고, 각각의 묶음중에서 가장 큰 값을 선택하는 최소-최대(min-max)추론방식을 사용한 퍼지추론을 수행한다.
이어서, 상기 퍼지추론부(32)에 의해 추론된 최소-최대출력값을 입력으로 하여 비퍼지부(33)에서는 각 출력값이 구성하는 면적을 산출하고, 이들 면적의 무게중심을 산출하여 상기에서 산출한 무게중심값(r)을 설정온도(Ts)와 더하여 보상설정온도(Tm)로 취한다.
따라서, 상기 퍼지전단보상기(30)의 새로운 오차인 무게중심값 r과 상기 리모콘신호수신수단(102)으로부터 입력된 설정온도(Ts)를 더한 보상설정온도(Tm)와 실내온도감지수단(104)에 의해 감지된 실내온도(Tr)와의 차인 보상온도를 입력으로 하여 PI제어기(40)에서는 선형제어함으로써 압축기(111)의 운전주파수를 출력한다.
상기 PI제어기(40)에서 압축기(111)의 운전주파수가 출력되면, 압축기구동수단(110)에서는 결정된 운전주파수에 따라 압축기(111)를 구동시킨다.
상기 압축기(111)가 구동하면, 흡입구(3)를 통해 흡입된 실내공기가 열교환기(13)내에 흐르는 냉매의 증발잠열에 의해 냉풍으로 열교환되고, 상기 열교환기(13)에서 냉풍으로 열교환된 공기는 상부로 이동되어 토출구(5)에 회동가능케 설치된 풍향날개(11)의 풍향각도에 따라 상하로 풍향이 조절되어 실내냉방을 수행한다.
상기의 설명에서와 같이 본 발명에 의한 공기조화기의 온도제어장치에 의하면, PI제어기의 전단에 퍼지전단보상기를 추가하여 설정온도 및 온도오차에 따라 설정온도를 보상하는 퍼지추론을 수행함으로써 보다 빠른 응답성을 갖는 온도제어가 가능하다는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 흡입구를 통해 흡입된 실내공기를 열교환시켜 토출구를 통해 토출시키는 공기조화기에 있어서, 상기 공기조화기의 설정온도를 보상하는 장치는 사용자가 원하는 설정온도를 입력하는 리모콘신호수신수단과, 상기 흡입구를 통해 흡입되는 실내공기의 온도를 감지하는 온도감지수단과, 상기 리모콘신호수신수단으로부터 입력된 설정온도 및 온도오차를 입력으로 하는 퍼지추론을 수행하여 설정온도를 보상하는 제어수단으로 구성되어 있으며, 상기 제어수단은 상기 리모콘신호수신수단으로부터 입력된 설정온도와 설정온도 및 실내온도의 차인 온도오차를 입력으로 하는 퍼지추론을 수행하여 정상상태오차를 추론함으로서 설정온도를 보상하는 퍼지전단보상기와, 설정온도에 상기 퍼지전단보상기의 출력인 정상상태오차를 더한 보상설정온도와 실내온도를 입력으로한 선형제어로 압축기의 운전주파수를 제어하는 PI제어기로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 온도제어장치.
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