專利名稱：一種運(yùn)用于恒溫恒濕空調(diào)機(jī)的分階段壓縮機(jī)與膨脹閥同步控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空調(diào)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是ー種運(yùn)用于恒溫恒濕空調(diào)機(jī)的分階段壓縮機(jī)一膨脹閥同步控制方法，能實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕空調(diào)機(jī)溫濕度高精度控制。
背景技術(shù)：
現(xiàn)階段，恒溫恒濕空調(diào)機(jī)對于控制環(huán)境的精確控制主要通過兩種方式實(shí)現(xiàn)ー是通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的出力精確控制所需求的制冷量(除濕量)，達(dá)到恒定溫濕度高精度要求， 這往往需要變頻或者數(shù)碼渦旋等容量可調(diào)的壓縮機(jī)；ニ是利用可控硅PID調(diào)節(jié)加熱量和加濕量，從而精確地調(diào)節(jié)過制冷量和過除濕量，達(dá)到恒溫恒濕的調(diào)節(jié)目的。在節(jié)能減排的大環(huán)境下，后者因可控硅價格昂貴以及無法解決冷熱量抵消和能源浪費(fèi)的弊端，因而不利于普遍推廣；而前種方法能夠有效緩解因溫濕度控制的不同步性所導(dǎo)致的冷熱量抵消，同時壓縮機(jī)容量可調(diào)的特點(diǎn)可精確控制室內(nèi)溫濕度，這也是高精度恒溫恒濕空調(diào)機(jī)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向。在變頻或數(shù)碼渦旋恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)控制中，目前的控制方式往往是孤立地考慮電子膨脹閥和壓縮機(jī)的控制，很容易產(chǎn)生滯后或超調(diào)現(xiàn)象，往往使壓縮機(jī)和電子膨脹閥在短時間內(nèi)不能達(dá)到匹配協(xié)同，雖然長時間系統(tǒng)會趨于穩(wěn)定，但是空調(diào)環(huán)境往往是多變的、復(fù)雜的，一旦發(fā)生變化，又需較長時間才能使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，這樣勢必難以保證整個制冷系統(tǒng)始終運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明，g在緩解恒溫恒濕空調(diào)機(jī)在進(jìn)行溫濕度控制運(yùn)行時出現(xiàn)的延遲和超調(diào)現(xiàn)象，提高恒溫恒濕空調(diào)機(jī)的控制精度、可靠性以及節(jié)能性，提出ー種能夠適應(yīng)于壓縮機(jī)變?nèi)萘?變頻或數(shù)碼渦旋)的恒溫恒濕空調(diào)機(jī)的分階段壓縮機(jī)ー膨脹閥同步控制方式，并結(jié)合傳統(tǒng)的自適應(yīng)PID技木，實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕空調(diào)機(jī)溫濕度高精度控制。本發(fā)明，所陳述的壓縮機(jī)一膨脹閥的同步控制方案打破了常規(guī)變頻空調(diào)機(jī)電子膨脹閥和壓縮機(jī)獨(dú)立控制的方式，將室內(nèi)溫濕度控制壓縮機(jī)的頻率與過熱度控制電子膨脹閥的開度相對獨(dú)立的控制，通過建立壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率和電子膨脹閥的開度的對應(yīng)函數(shù)關(guān)系進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)和膨脹閥同步控制。
具體實(shí)施方式
是壓縮機(jī)的頻率和電子膨脹閥的開度都是由過熱度和室內(nèi)溫、濕度作為控制目標(biāo)來實(shí)現(xiàn)，與此同時，需要建立壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率和電子膨脹閥的開度的對應(yīng)函數(shù)關(guān)系。具體來說，電子膨脹閥的開度不僅僅根據(jù)蒸發(fā)器的出ロ過熱度，還需要回風(fēng)溫、濕度來控制。一方面，通過轉(zhuǎn)換器把過熱度及室內(nèi)溫、濕度轉(zhuǎn)換成電子膨脹閥的開度信號；另一方面，把電子膨脹閥的開度信號轉(zhuǎn)換成壓縮機(jī)的頻率信號，控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)與電子膨脹閥的同步控制，減小因エ況的變化導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的振蕩。本發(fā)明，所述恒溫恒濕空調(diào)機(jī)包括變頻壓縮機(jī)、室外冷凝器、電子膨脹閥、蒸發(fā)器、電加熱器和電極加濕器，制冷劑經(jīng)變頻壓縮機(jī)，由壓縮機(jī)出來的高溫高壓的制冷劑進(jìn)入冷凝器放熱后，經(jīng)過電子膨脹閥節(jié)流降壓至蒸發(fā)器中，低溫低壓的制冷劑經(jīng)蒸發(fā)器吸熱后，再回到壓縮機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)循環(huán)；被控環(huán)境高溫高濕的回風(fēng)經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕后，經(jīng)過加熱器和加濕器微調(diào)加熱和加濕后，送入被控環(huán)境，以維持環(huán)境的溫濕度要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)送風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)。本發(fā)明，所述控制方法是根據(jù)恒溫恒濕空調(diào)機(jī)在啟動和正常運(yùn)行兩種狀態(tài)下，把系統(tǒng)控制分成粗調(diào)控制階段和細(xì)調(diào)控制階段，不同的控制階段采用不同的控制方法，在粗調(diào)階段，要解決的主要問題是盡快縮小室內(nèi)溫、濕度與設(shè)定目標(biāo)之間的差值，在粗調(diào)階段， 系統(tǒng)處于ー個不穩(wěn)定的運(yùn)行過程，精確控制過熱度往往是比較困難的，在粗調(diào)階段的控制方法采用預(yù)先給定的開環(huán)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)以3Hz/s的速度升高直至最高頻率下運(yùn)行，電子膨脹閥的開度設(shè)定為50%_70%;在細(xì)調(diào)階段，室溫濕度與設(shè)定目標(biāo)差值較小，控制的主要目標(biāo)是盡量維持制冷劑的過熱度在較小范圍內(nèi)波動，且盡量接近設(shè)定目標(biāo)值，以保持室內(nèi)換熱器始終保持最佳的供液量，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，此時，應(yīng)該重點(diǎn)考慮加強(qiáng)對制冷劑的過熱度的控制，兼顧室內(nèi)溫、濕度，以免偏離目標(biāo)過大。在細(xì)調(diào)階段采用壓縮機(jī)ー膨脹閥同步的閉環(huán)調(diào)節(jié)根據(jù)輸入室外溫度/；、室外溫度變化率/；'室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率Tn，ヽ室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率0ノ、過熱度和過熱度變化率パァノ，通過自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)，并輸出壓縮機(jī)的頻率信號f，控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；根據(jù)輸入室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率 Tn，ヽ室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率0ノ、過熱度パTsh和過熱度變化率パTsh，，以及壓縮機(jī)的頻率信號f，通過自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)，并輸出膨脹閥的開度信號h，控制膨脹閥開啟的脈沖值；根據(jù)室外環(huán)境溫度/;、溫度變化率7；^以及壓縮機(jī)的頻率信號f，控制冷凝風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； 根據(jù)室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率7ノ、室內(nèi)濕度和室內(nèi)濕度變化率ホム以及壓縮機(jī)的頻率信號f，控制室內(nèi)蒸發(fā)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；電加熱器由被控環(huán)境的溫度Tn和溫度的變化率Tn，控制投入的加熱量；加濕器由被控環(huán)境的相対濕度d>n和相対濕度的變化率K， 控制投入的加濕量。本發(fā)明，具有如下特點(diǎn)
1、采用分階段的控制方式，可大大縮短恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組在啟動階段或者受到外界干擾而導(dǎo)致被控環(huán)境溫濕度波動的時間；
2、采用壓縮機(jī)ー膨脹閥同步控制方案，緩解了由于壓縮機(jī)和膨脹閥各自獨(dú)立控制導(dǎo)致系統(tǒng)控制上的延遲和超調(diào)現(xiàn)象；
3、結(jié)合傳統(tǒng)的自適應(yīng)PID控制方法，形成分階段壓縮機(jī)ー膨脹閥同步自適應(yīng)PID控制方式，可實(shí)現(xiàn)在環(huán)境溫度為7°C 30°C，相対濕度40% 75%，溫度控制精度可達(dá)到 ±0. 2°C，相対濕度控制精度可達(dá)到±3%RH。


圖I為實(shí)施例的控制原理框圖；圖2壓縮機(jī)頻率和室內(nèi)溫度隨運(yùn)行時間的變化關(guān)系；圖3壓縮機(jī)頻率和室內(nèi)相對濕度隨運(yùn)行時間的變化關(guān)系；圖4壓縮機(jī)頻率、膨脹閥的開度和過熱度隨運(yùn)行時間的變化關(guān)系。圖中，Tv、TムTn、Tn\ 4>n、cpn\』Tsh、』Tsh，ヽf軸分別表示的是室外溫度、室外溫度變化率、室內(nèi)溫度、室內(nèi)溫度變化率、室內(nèi)相対濕度、室內(nèi)相対濕度變化率、過熱度、過熱度變化率、壓縮機(jī)的頻率和膨脹閥的開度。
具體實(shí)施例方式參照圖I，分階段壓縮機(jī)ー膨脹閥同步控制流程中，包括變頻壓縮機(jī)、室外冷凝器、 電子膨脹閥、蒸發(fā)器、電加熱器和電極加濕器。制冷劑經(jīng)變頻壓縮機(jī)，由壓縮機(jī)出來的高溫高壓的制冷劑進(jìn)入冷凝器放熱后，經(jīng)過電子膨脹閥節(jié)流降壓至蒸發(fā)器中，低溫低壓的制冷劑經(jīng)蒸發(fā)器吸熱后，再回到壓縮機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)循環(huán)；被控環(huán)境高溫高濕的回風(fēng)經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕后，經(jīng)過加熱器和加濕器微調(diào)加熱和加濕后，送入被控環(huán)境，以維持環(huán)境的溫濕度要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)送風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)。系統(tǒng)啟動運(yùn)行時，要解決的主要問題是盡快縮小室內(nèi)溫、濕度與設(shè)定目標(biāo)之間的差值。此時，系統(tǒng)處于ー個不穩(wěn)定的運(yùn)行過程，精確控制過熱度往往是比較困難的。因此， 對于變頻壓縮機(jī)的控制其輸入?yún)?shù)不引入過熱度，相對應(yīng)于電子膨脹閥也不引入過熱度， 調(diào)節(jié)規(guī)律預(yù)先給定。壓縮機(jī)可以3Hz/s的速度升高直至最高頻率下運(yùn)行，電子膨脹閥的開度設(shè)定為50%-70%，這樣既可保證系統(tǒng)迅速對被控環(huán)境降溫除濕，也避免膨脹閥的開度過慢導(dǎo)致系統(tǒng)低壓。與此同時，當(dāng)被控環(huán)境溫度與目標(biāo)值相差2°C時，認(rèn)為系統(tǒng)啟動階段結(jié)束。 室外環(huán)境溫度7；和溫度變化率控制冷凝風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，加熱器由被控環(huán)境的溫度Tn和溫度的變化率ァノ控制投入的加熱量，加濕器由被控環(huán)境的相対濕度K和相対濕度的變化率 0ノ控制投入的加濕量。對于采樣時間的確定，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮室內(nèi)溫濕度的特性，同時需要兼顧制冷劑過熱度的變化特性，采樣周期可適當(dāng)加長。系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，室溫濕度與設(shè)定目標(biāo)差值較小，控制的主要目標(biāo)是盡量維持制冷劑的過熱度在較小范圍內(nèi)波動，且盡量接近設(shè)定目標(biāo)值，以保持室內(nèi)換熱器始終保持最佳的供液量，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。此時，應(yīng)該重點(diǎn)考慮加強(qiáng)對制冷劑的過熱度的控制，兼顧室內(nèi)溫、濕度，以免偏離目標(biāo)過大。當(dāng)被控環(huán)境的溫度與設(shè)定值之差在2°C之內(nèi)吋， 系統(tǒng)進(jìn)入細(xì)調(diào)階段，根據(jù)輸入室外溫度/；、室外溫度變化率/；'室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率7；へ室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率0ノ、過熱度和過熱度變化率パ7；ノ，通過自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)，并輸出壓縮機(jī)的頻率信號f，控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；根據(jù)輸入室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率7^、室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率0ノ、過熱度パ和過熱度變化率j Tsh，,以及壓縮機(jī)的頻率信號f，通過自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)，并輸出膨脹閥的開度信號h，控制膨脹閥開啟的脈沖值；根據(jù)室外環(huán)境溫度/；、溫度變化率Tふ以及壓縮機(jī)的頻率信號f，控制冷凝風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；根據(jù)室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率Tn，、室內(nèi)濕度 < 和室內(nèi)濕度變化率ホム以及壓縮機(jī)的頻率信號f，控制室內(nèi)蒸發(fā)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；電加熱器由被控環(huán)境的溫度7；和溫度的變化率Tn，控制投入的加熱量；加濕器由被控環(huán)境的相対濕度和相対濕度的變化率多ノ控制投入的加濕量。對于采樣時間的確定，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)加強(qiáng)對過熱度的控制，同時需要兼顧室內(nèi)溫濕度的變化。由于過熱度對エ況的變化比較敏感，故采樣周期可取短一點(diǎn)。將分階段壓縮機(jī)一膨脹閥同步控制理念與傳統(tǒng)的自適應(yīng)PID控制理論相結(jié)合，構(gòu)建成分階段壓縮機(jī)ー膨脹閥同步自適應(yīng)PID控制方式，通過可編程控制軟件平臺，在高精度變頻恒溫恒濕空調(diào)機(jī)上實(shí)施，并進(jìn)行溫濕度精度控制實(shí)驗測試。圖2 4分別給出了室外環(huán)境溫度控制在35 0C，室內(nèi)環(huán)境溫度控制在22 0C，相対濕度控制在55%，具有熱濕負(fù)荷干擾下(圖中，在10:20提供熱濕負(fù)荷干擾)，室內(nèi)溫度、相對濕度、壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率、電子膨脹閥的開度以及過熱度隨運(yùn)行時間的變化情況。實(shí)驗結(jié)果顯示，被控環(huán)境的溫濕度、壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率、電子膨脹閥的開度在整個運(yùn)行過程中基本保持著一致的步調(diào)，幾乎不存在延遲現(xiàn)象。溫度控制精度可達(dá)±0. 2°C，相対濕度控制精度可達(dá)到±3%RH，系統(tǒng)的過熱度在整個實(shí)驗過程中，波動較小。從而證明了本發(fā)明所設(shè)計的分階段變頻壓縮機(jī)ー電子膨脹閥同步自適應(yīng)PID控制方案，能夠很好地解決系統(tǒng)控制的延遲現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)用于恒溫恒濕空調(diào)機(jī)的分階段壓縮機(jī)與膨脹閥同步控制方法，所述恒溫恒濕空調(diào)機(jī)包括變頻壓縮機(jī)、室外冷凝器、電子膨脹閥、室內(nèi)蒸發(fā)器、電加熱器和電極加濕器，制冷劑經(jīng)變頻壓縮機(jī)，由變頻壓縮機(jī)出來的高溫高壓的制冷劑進(jìn)入室外冷凝器放熱后，經(jīng)過電子膨脹閥節(jié)流降壓至室內(nèi)蒸發(fā)器中，低溫低壓的制冷劑經(jīng)室內(nèi)蒸發(fā)器吸熱后，再回到變頻壓縮機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)循環(huán)；被控環(huán)境高溫高濕的回風(fēng)經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕后，經(jīng)過電加熱器和電極加濕器微調(diào)加熱和加濕后，送入被控環(huán)境，以維持環(huán)境的溫濕度要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)送風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)，其特征在于所述控制方法是根據(jù)恒溫恒濕空調(diào)機(jī)在啟動和正常運(yùn)行兩種狀態(tài)下，把系統(tǒng)控制分成粗調(diào)控制階段和細(xì)調(diào)控制階段，不同的控制階段采用不同的控制方法，在粗調(diào)階段采用預(yù)先給定的開環(huán)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)以3Hz/s的速度升高直至最高頻率下運(yùn)行，電子膨脹閥的開度設(shè)定為50%-70% ;在細(xì)調(diào)階段采用壓縮機(jī)一膨脹閥同步的閉環(huán)調(diào)節(jié)根據(jù)輸入室外溫度/；、室外溫度變化率Γ/、室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率Γ/、室內(nèi)濕度、室內(nèi)濕度變化率0/、過熱度J/^和過熱度變化率J7；/，通過自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)，并輸出壓縮機(jī)的頻率信號f，控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；根據(jù)輸入室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率Tn，、 室內(nèi)濕度室內(nèi)濕度變化率K，、過熱度J Tsh和過熱度變化率J Tsh，，以及壓縮機(jī)的頻率信號f，通過自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)，并輸出膨脹閥的開度信號h，控制膨脹閥開啟的脈沖值；根據(jù)室外環(huán)境溫度/；、溫度變化率T:，以及壓縮機(jī)的頻率信號f，控制冷凝風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；根據(jù)室內(nèi)溫度7；、室內(nèi)溫度變化率Γ/、室內(nèi)濕度和室內(nèi)濕度變化率Φη，，以及壓縮機(jī)的頻率信號f，控制室內(nèi)蒸發(fā)器送風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；電加熱器由被控環(huán)境的溫度7；和溫度的變化率 r/控制投入的加熱量；加濕器由被控環(huán)境的相對濕度和相對濕度的變化率0/控制投入的加濕量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制方法，其特征在于將壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率和制冷劑流量的比例關(guān)系，與制冷劑流量和電子膨脹閥的開度的近似線性關(guān)系相互結(jié)合，建立壓縮機(jī)運(yùn)行頻率與電子膨脹閥的開度對應(yīng)的近似線性關(guān)系，并通過此函數(shù)關(guān)系進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)和膨脹閥同步控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種運(yùn)用于恒溫恒濕空調(diào)機(jī)的分階段壓縮機(jī)—膨脹閥同步控制方法。所述控制方法是根據(jù)空調(diào)機(jī)在啟動和正常運(yùn)行兩種狀態(tài)下，把系統(tǒng)控制分成粗調(diào)控制階段和細(xì)調(diào)控制階段，在粗調(diào)階段采用預(yù)先給定的開環(huán)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)以3Hz/s的速度升高直至最高頻率下運(yùn)行，電子膨脹閥的開度設(shè)定為50%-70%；在細(xì)調(diào)階段采用壓縮機(jī)—膨脹閥同步的閉環(huán)調(diào)節(jié)根據(jù)輸入室內(nèi)外溫濕度的變化及變化率、過熱度和過熱度變化率，通過自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)，并輸出壓縮機(jī)的頻率信號和膨脹閥的開度信號，控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和膨脹閥開啟的脈沖值，實(shí)現(xiàn)同步控制?？纱蟠罂s短恒溫恒濕空調(diào)機(jī)組在啟動階段或者受到外界干擾而導(dǎo)致被控環(huán)境溫濕度波動的時間，緩解了由于壓縮機(jī)和膨脹閥各自獨(dú)立控制導(dǎo)致系統(tǒng)控制上的延遲和超調(diào)現(xiàn)象。
文檔編號F24F11/00GK102589094SQ20121006622
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者徐俊新, 林小茁, 江輝民, 王娜娜, 胡文舉, 陳政文, 陳鎮(zhèn)凱 申請人:廣東吉榮空調(diào)有限公司