專利名稱：壓縮機的制作方法
本申請是申請?zhí)枮?00510064855.1、申請日為1998年9月9日、發(fā)明名稱為“采用脈沖寬度調(diào)節(jié)工作循環(huán)的渦卷壓縮機的冷凍系統(tǒng)的自適應控制”的分案申請。
本發(fā)明的背景和綜述本發(fā)明一般地涉及冷凍系統(tǒng)、壓縮機控制系統(tǒng)和致冷劑調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)。更具體點說，涉及一個采用由負載傳感器導出的可變工作循環(huán)信號控制的調(diào)節(jié)脈沖寬度的壓縮機或蒸發(fā)器分檔調(diào)節(jié)器的冷凍系統(tǒng)。最好有自適應的控制器產(chǎn)生可變工作循環(huán)信號。該壓縮機具有兩個被密封隔開的機械元件，而這兩個機械元件可循環(huán)地相互相對運動來產(chǎn)生流體壓力。該壓縮機包括一個機構(gòu)可根據(jù)控制信號有選擇地斷開密封，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的容量。
冷凍系統(tǒng)可用作對冷凍柜和類似物的分配系統(tǒng)。較優(yōu)的布置允許壓縮機和冷凝器的子系統(tǒng)設置在冷凍柜內(nèi)或安裝在其上，從而可大大減少致冷劑導管的長度和所需的致冷劑。
傳統(tǒng)上，超市冷凍柜用的冷凍系統(tǒng)采用由一排壓縮機供給的空冷或水冷的冷凝器。這些壓縮機被平行地連接(并聯(lián))，使它們在各階段可分別被開通和關斷以資按負載的需求來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的冷卻容量。通常冷凝器位在外面的屋頂上，或在與設有冷凍柜的購物區(qū)域鄰近的機器間內(nèi)。
在每一冷凍柜內(nèi)有一由來自冷凝器的管線供給的蒸發(fā)器，膨脹的致冷劑通過該管線循環(huán)使柜冷卻。傳統(tǒng)上，有一閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)通過蒸發(fā)器流動的致冷劑以資維持所需的柜溫。用于這個目的的比例積分微商(PID)閉環(huán)控制系統(tǒng)是廣為人知的，由溫度傳感器及/或壓力傳感器提供所感知的狀態(tài)作為輸入。
在超市內(nèi)通常的做法是用分開的系統(tǒng)來提供不同的單獨的冷卻溫度范圍低溫(用于冷凍食品、冰淇淋，正常為-25)；中溫(用于肉類、奶制品，正常為+20)；高溫(用于花卉制品，正常為+35到+40)。這些低、中、高溫系統(tǒng)在其各自的溫度范圍內(nèi)都是最優(yōu)的。通常每一系統(tǒng)各采用自己的一排壓縮機和自己的一套致冷劑導管與壓縮機和冷凝器來往。
上述傳統(tǒng)的配置在構(gòu)造和維護時都很花錢。大部分費用與敷設長的致冷劑導管有關。不僅敷設長的導管就硬件和安裝費用來說是費錢的，而且需要用來填充導管的致冷劑的數(shù)量也是一個有影響的因素。敷設的導管越長，需要的致冷劑越多。增加在費用上的還有環(huán)保因素。萬一管配件泄漏，致冷劑便會逸入大氣中。而長的導管一定會包括較多的管配件接頭，它們是潛在地有可能泄漏的。一旦泄漏發(fā)生，導管越長，致冷劑的喪失也會越多。
當今人們非常關注有利于環(huán)保的冷凍系統(tǒng)?？s短導管長度看來是達到更有利于環(huán)保的系統(tǒng)的一條途徑。但要達到這一點，新的冷凝器/壓縮機的配置和新的控制系統(tǒng)都需設計。
為更有利于環(huán)保的系統(tǒng)重新設計冷凝器/壓縮機的配置并不是一個簡單的任務，因為系統(tǒng)的效率是不應犧牲的。一般地說，由壓縮機供應的、傳統(tǒng)的、裝在屋頂上的冷凝器系統(tǒng)就規(guī)模經(jīng)濟來看是有利的并且是十分有效的。這些系統(tǒng)應作為基準，未來的更有利于環(huán)保的系統(tǒng)應以此來衡量。
為了評價重新設計一個有利環(huán)保而有效的系統(tǒng)為什么這樣難，可先考慮下面這些熱動力學的問題。典型的冷凍柜是在非常不可預見的環(huán)境下工作的。從設計立場來看，要被冷凍的熱負載很少是恒定的。在超市的環(huán)境內(nèi)溫、濕度在白天的不同時間和在一年中的不同季節(jié)可有很大的變化。物品負載(放在冷凍柜內(nèi)的物件)也能有不可預見的變化。取走物品的顧客和重新補充物品的店員很少是同步的。而在超市環(huán)境之外，戶外的溫、濕度也可在白天和黑夜之間及/或夏天和冬天之間有很大的變化。因此系統(tǒng)的容量必須按照最嚴厲的條件(其時冷凝器的環(huán)境為最熱)來設計。這樣系統(tǒng)在較不嚴厲的條件下如在冷夜或冬天就會有過剩的容量。
周期性的去霜也會在系統(tǒng)內(nèi)引起熱波動。與由于環(huán)境條件而引起的熱波動不同，去霜周期所引起的熱波動是由控制系統(tǒng)本身而不是由周圍環(huán)境造成的。
與此相似，管理多個冷凍柜的控制系統(tǒng)能夠引發(fā)很難預見的熱波動。在一多柜系統(tǒng)內(nèi)如果一旦所有柜都突然開動來滿足它們各自的冷卻需要，那么冷卻容量必然快速跳升到最大。同樣，如果所有柜都突然關停，那么冷卻容量會相應猛降。但由于各該冷凍柜都可獨立操作，因此冷卻容量的瞬時需求將在大范圍內(nèi)不可預見地變化。
這些都是使有利于環(huán)保的系統(tǒng)的設計較為困難的問題。除了這些困難外，還有使用者的工程學/人機學的問題。今日的PID控制器可能難于適應分布的冷凍系統(tǒng)。有經(jīng)驗的控制工程師知道一個很好調(diào)諧的PID控制器在選擇PID算法內(nèi)使用的適當?shù)目刂瞥?shù)時可能要一點技巧。在傳統(tǒng)構(gòu)造(未分布)的大冷凍系統(tǒng)內(nèi)值得雇用一個控制工程師來巡視現(xiàn)場(也許反復進行)以便微調(diào)控制的恒定參數(shù)。
而在分布系統(tǒng)內(nèi)，構(gòu)成的部分各具有小得多的規(guī)模但部分的數(shù)目卻很多，照老辦法做便不切合實際。作為對比，一個傳統(tǒng)的系統(tǒng)對整個多柜的、整店范圍的系統(tǒng)可只采用一個控制器。而供同一店使用的分布系統(tǒng)要對店內(nèi)的每一冷凍柜或相鄰的一組冷凍柜設一控制器。分布系統(tǒng)需被設計得盡可能減少終端使用者的參預，因此最好將控制器設計成能自動調(diào)節(jié)的。而現(xiàn)有的控制系統(tǒng)缺乏這種能力。
本發(fā)明提供的分布冷凍系統(tǒng)系將冷凝器設置在冷凍柜上，用一特制的、脈沖寬度調(diào)節(jié)的壓縮機來為它服務，該壓縮機也可設在冷凍柜內(nèi)。如果需要，冷凝器和壓縮機可耦合在一起來為一組相鄰的冷凍柜服務，每一冷凍柜各有自己的蒸發(fā)器。
脈沖寬度調(diào)節(jié)的壓縮機采用兩個機械元件如渦卷件，這兩元件可相互相向轉(zhuǎn)動，這樣便可產(chǎn)生泵壓致冷劑所需的流動壓力。該壓縮機包括一個機構(gòu)可有選擇地斷開這兩機械元件之間的密封，從而改變壓縮機所產(chǎn)生的流體壓力，同時允許這兩機械元件基本上維持恒定的相互相對運動。造成和斷開流體密封來調(diào)節(jié)壓縮機的脈沖寬度時可不需開動和停止驅(qū)動這兩機械元件的電動機。
脈沖寬度調(diào)節(jié)的壓縮機是由一個控制系統(tǒng)根據(jù)測得的系統(tǒng)負載產(chǎn)生一個可變工作循環(huán)控制信號來驅(qū)動的?？刂破鬟€可調(diào)節(jié)控制信號的頻率(或周期)來縮小在冷凍系統(tǒng)內(nèi)的壓力波動。開動時間因此等于工作循環(huán)數(shù)乘上周期，其時周期為頻率的倒數(shù)。
本發(fā)明的冷凍系統(tǒng)具有許多優(yōu)點。因為系統(tǒng)的瞬時容量很易用可變工作循環(huán)控制來調(diào)節(jié)，而偏大的壓縮機在開動去霜和去霜后能被用來使溫度更快地下降，不需造成短循環(huán)如同傳統(tǒng)的壓縮機系統(tǒng)那樣?？勺児ぷ餮h(huán)控制的另一個優(yōu)點是系統(tǒng)能夠很快地響應冷凝器溫度或冷凍柜溫度設定點的突然變化?？刂破鞲鶕?jù)擾動來調(diào)節(jié)容量，不會產(chǎn)生不穩(wěn)定的振蕩，也不會有顯著的過度超越。而且，使瞬時容量匹配需求的能力允許系統(tǒng)在較高的蒸發(fā)器溫度下工作(傳統(tǒng)的系統(tǒng)在超容量時所遇到的溫度大幅降落的現(xiàn)象可以避免)。
在較高的蒸發(fā)器溫度下工作可減少所需的去霜能量，因為系統(tǒng)在較高的溫度下結(jié)霜較慢。而且，在各次去霜之間的時間能被延長一個累計運行時間的百分比，該百分比可由實際的可變工作循環(huán)控制信號規(guī)定。例如，一個百分之六十的工作循環(huán)可將各次去霜間的時間從標準的三小時增加到五小時(3/.60＝5)。
系統(tǒng)的脈沖寬度調(diào)節(jié)的操作能改善潤滑油的返回。致冷劑在高容量和低容量(例如100％和0％)之間的脈動流動能造成較多的擾動，這種擾動能破壞潤滑油在熱交換器內(nèi)的邊界層。
可變工作循環(huán)控制系統(tǒng)的另一優(yōu)點為其能用各種膨脹裝置操作的能力，這些膨脹裝置包括簡單的孔眼、熱膨脹閥(TXV)和電子膨脹閥。從膨脹裝置控制器上導出的信號能被送到本發(fā)明的壓縮機控制器上。這個信號允許可變工作循環(huán)控制信號及/或其頻率能被調(diào)節(jié)到與膨脹裝置的瞬時工作狀態(tài)匹配。一個類似的方法可被用來操作空冷冷凝器系統(tǒng)中的速率可變風扇。在這種情況下本發(fā)明的控制器可根據(jù)壓縮機的電流操作的工作循環(huán)提供一個信號來控制風扇速率。
本發(fā)明還有另一個優(yōu)點是它能檢測在什么時候系統(tǒng)內(nèi)的所有致冷劑的裝載量發(fā)生低落的現(xiàn)象，這是一個與環(huán)境有關的重要事情。偏低的致冷劑裝載量能指示系統(tǒng)內(nèi)存在著泄漏。當調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作循環(huán)時，觀察實際溫度與設定溫度之間誤差的變化便有可能檢測出這種低裝載量。因此可這樣設計控制系統(tǒng)使它檢測出在什么時候工作循環(huán)的調(diào)節(jié)沒有收到所需的維持溫度的效果。造成這現(xiàn)象可能是由于致冷劑裝載量的漏失、堵塞的熱膨脹閥或其他功能錯誤。
為了更完整地了解本發(fā)明的內(nèi)容、目的和優(yōu)點，請參閱下面的說明和附圖。
附圖的簡要說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的冷凍系統(tǒng)配置的系統(tǒng)方塊圖；圖2為按照本發(fā)明的冷凍系統(tǒng)的方塊圖；圖3為脈沖寬度調(diào)節(jié)壓縮機的一個實施例的橫剖視圖，所示為裝載狀態(tài)；圖4為圖3中的壓縮機的橫剖視圖，所示為卸載狀態(tài)；圖5為按照本發(fā)明的冷凍或冷卻系統(tǒng)的另一實施例；圖6為控制器的方塊圖；圖7為一方塊圖示出控制器如何可被用來調(diào)節(jié)一個蒸發(fā)器的分檔調(diào)節(jié)器；圖8為圖6中的控制器的信號調(diào)節(jié)組件的方塊圖；圖9為圖6中的控制器的控制組件的方塊圖；圖10為畫出控制器的操作狀態(tài)的狀態(tài)圖；圖11為說明目前較優(yōu)的PI控制算法的流程圖；圖12為示出控制器所產(chǎn)生的可變工作循環(huán)信號和在恒定頻率下的操作的波形圖；圖13為示出在可變頻率下操作的可變工作循環(huán)信號的波形圖；圖14為將采用本發(fā)明的系統(tǒng)與傳統(tǒng)設計的系統(tǒng)在溫度和壓力的動力學上比較的一系列的圖解；圖15為說明本發(fā)明的自適應調(diào)諧組件的方塊圖16a為一流程圖示出自適應調(diào)諧組件的目前較優(yōu)的操作，特別是在確定是否開始調(diào)諧上；圖16b為一流程圖示出自適應調(diào)諧組件用積分模式完成的目前較優(yōu)的過程；圖16c為一流程圖示出自適應調(diào)諧組件用計算模式的操作；圖17為一狀態(tài)圖示出自適應調(diào)諧組件的各個操作狀態(tài)；圖18為一方塊圖示出自適應調(diào)諧環(huán)的模糊邏輯方塊；圖19為圖18中的模糊邏輯方塊的隸屬函數(shù)圖；圖20為圖18中的模糊邏輯方塊所使用的與圖19中的隸屬函數(shù)有關的真值表；圖21為圖18中的模糊邏輯方塊的輸出隸屬函數(shù)圖；圖22為一略圖示出為了完成本發(fā)明的與控制有關的和與檢定有關的功能的傳感器的示范位置。
較優(yōu)實施例的說明圖1示出一個傳統(tǒng)的超市冷凍系統(tǒng)。如前所述，傳統(tǒng)的做法是將壓縮機30和冷凝器32設置在遠離冷凍柜34的地方。在本圖中，壓縮機30被設在建筑物的屋頂36上成為平行的排列。并排的壓縮機供應一個大的可空冷或水冷的冷凝器32。冷凝器將液體致冷劑供到一個容器38內(nèi)。該容器38又供應到各該并聯(lián)的冷凍柜34內(nèi)如圖所示。在大多數(shù)裝置中采用一個液體管線螺線管閥來調(diào)節(jié)流向相關蒸發(fā)器42的流量。致冷劑通過一個合適的膨脹裝置如膨脹閥44供應到蒸發(fā)器內(nèi)。膨脹閥44設有一個有限的孔眼用來使液體致冷劑霧化成液滴，然后被引到蒸發(fā)器42的進口側(cè)。位在冷凍柜34內(nèi)的蒸發(fā)器42從該柜及其內(nèi)含物吸取熱量將致冷劑液滴汽化成為氣體。壓縮機30抽吸這個氣體并將它壓縮返回成液態(tài)。然后液體致冷劑在冷凝器32內(nèi)冷卻并返回到容器38內(nèi)，于是循環(huán)繼續(xù)進行。
為了使冷卻容量與負載匹配，可隨需要單獨或成組開動和關斷壓縮機30。在一典型的超市配置中可有數(shù)個如圖1所示的獨立系統(tǒng)來對付不同的操作溫度范圍。注意液體管線46和抽吸管線48都可能需要十分大的長度(例如可達150英尺)來跨越從冷凍柜到屋頂?shù)木嚯x。
圖2所示的冷凍柜34是按本發(fā)明的原理設計的。冷凝器32和壓縮機30都設在冷凍柜34內(nèi)或裝在其上。蒸發(fā)器42和相關的膨脹閥44也都設在柜34內(nèi)。冷凝器32設有熱量排除機構(gòu)50用來將熱量轉(zhuǎn)移到周圍空間內(nèi)。熱量排除機構(gòu)可以是一個連接到合適管道上的水套用來將廢熱帶到位在建筑物屋頂上的水冷塔內(nèi)?；蛘?，熱量排除機構(gòu)可以是一個強制風冷系統(tǒng)或一個不用電的對流空冷系統(tǒng)。
本發(fā)明的冷凍系統(tǒng)采用一個壓縮機控制器52，它能將管線54上的脈沖寬度調(diào)節(jié)控制信號提供給壓縮機30上的螺線管閥56。壓縮機控制器使用下面將要說明的算法調(diào)節(jié)控制信號的脈沖寬度。有一合適的負載傳感器如溫度傳感器58將輸入信號提供給控制器以便用來確定脈沖寬度。
圖3和4示出壓縮機30的細節(jié)，圖3示出的壓縮機是在負載狀態(tài)而圖4所示是在卸載狀態(tài)。當壓縮機電動機保持接電時，螺線管閥56可使壓縮機在這兩個狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這種設計的一個重要優(yōu)點為壓縮機能夠很快地在負載和卸載兩個狀態(tài)之間調(diào)節(jié)脈沖寬度而可不需中斷輸向壓縮機電動機的電力。這個脈沖寬度調(diào)節(jié)循環(huán)可使壓縮機較少磨損，因為電動機不會突然改變其角動量。
參閱圖3和4所示的示范壓縮機30，該壓縮機可采用氣密的渦卷壓縮機如同在受托人的美國專利5,102,316號中所說明的那種型式。
示范壓縮機30包括一個外殼61和一個支承在上軸承殼體63上并通過曲柄銷65和驅(qū)動軸襯60可驅(qū)動地連接到曲軸62上的轉(zhuǎn)圈渦卷件64。第二個不轉(zhuǎn)圈的渦卷件67的定位為與轉(zhuǎn)圈渦卷件64嚙合并在軸向上可移動地固定在上軸承殼體63上。有一分隔板69設在外殼61上端的附近用來在其上端形成一個排放室70。
操作時，隨著轉(zhuǎn)圈渦卷件64相對于渦卷件67而作的旋轉(zhuǎn)運動，抽吸氣體從抽吸進口71被引入外殼61內(nèi)，然后通過設在不轉(zhuǎn)圈渦卷件上的進口72進入到壓縮機30內(nèi)，設在渦卷件64和67上的互相嚙合的麻花卷形成一個運動流體的凹窩，由于渦卷件64的旋轉(zhuǎn)運動，這個凹窩的容積逐漸縮小并沿徑向向內(nèi)移動，這樣就將通過進口72進來的氣體壓縮。于是壓縮氣體通過設在渦卷件67上的排放口73和通道74排放到排放室70內(nèi)。
在要使壓縮機30卸載時，螺線管閥56根據(jù)來自控制組件87的信號被驅(qū)動，這樣便中斷流體的連通，使室77內(nèi)的排放氣體的壓力增加。由這個排放壓力造成的偏壓力將克服密封的偏壓力，從而使渦卷件67沿軸向向上移動而離開轉(zhuǎn)圈的渦卷件64。這個軸向運動在兩個渦卷件64和67的各該麻花卷尖端和端板之間造成一條泄漏路徑，從而基本消除抽吸氣體的繼續(xù)被壓縮。
在一柔性管線91從通道90的外端延伸到一個通過外殼61伸出的配件92上，還有一條第二管線93將配件連接到螺線管閥56上。螺線管閥56設有流體管線82和84分別連接到抽吸管線83和排放管線85上，并都由控制組件87根據(jù)傳感器88所感知的狀態(tài)來控制，使不轉(zhuǎn)圈的渦卷件67在圖3和4所示的兩個位置之間移動。
當要恢復對抽吸氣體的壓縮時，螺線管閥56將被驅(qū)動使渦卷件67移動到與渦卷件64密封接合。
圖2的冷凍柜實施例可被組裝成為獨立的成套單元。雖然對許多用途需要這樣做，但本發(fā)明并不僅限于這樣做，而是致力于發(fā)展各種分布的冷凍系統(tǒng)，圖5所示為這種系統(tǒng)的一例。
在一供暖、通風與供冷(HVAC)系統(tǒng)內(nèi)，可用單一的壓縮機和冷凝器來服務數(shù)個分布的冷凍柜或冷卻單元。在圖5中，冷凍柜或冷卻系統(tǒng)殼體用虛線示出，如34a、34b和34c。順便說一下，壓縮機30和冷凝器32可被設置在其中一個冷凍柜內(nèi)或殼體內(nèi)如34a，或裝在其上。
每一冷凍柜或殼體各有其自己的蒸發(fā)器和相關的膨脹閥如42(a、b、c)和44(a、b、c)。另外，每一冷凍柜或殼體可各有其自己的溫度傳感器58(a、b、c)以便將輸入信息提供給壓縮機控制器52。最后，有一個壓力傳感器60監(jiān)控抽吸管線48的壓力并將這個信息提供給壓縮機控制器52。后者則將一個可變工作循環(huán)信號提供給螺線管閥56如前所述。
圖5中的多柜或多個冷卻單元的實施例示出單一的壓縮機能被壓縮機控制器52調(diào)節(jié)脈沖寬度以資供應對冷卻的瞬時需求。溫度傳感器58(a、b、c)聯(lián)合提供系統(tǒng)上的負載狀態(tài)，如同壓力傳感器60的作用一樣?？刂破髡{(diào)節(jié)控制信號的脈沖寬度借以使壓縮機在其高容量和低容量狀態(tài)(100％、0％)之間調(diào)節(jié)以資滿足對致冷劑的瞬時需求。
作為一個可替代的控制技術(shù)，在從蒸發(fā)器出來的一條或多條抽吸管線上可裝備一個電動控制閥如蒸發(fā)器壓力調(diào)節(jié)閥45c，閥45c被耦聯(lián)到控制器52上如圖所示，使該閥可得到適合于其型式的控制信號。步進電動機閥可用于這個目的，在該情況下控制器可提供一個合適的信號來使步進電動機的設定增量或減量從而調(diào)節(jié)閥的孔眼大小?；蛘?，可用脈沖寬度調(diào)節(jié)的閥，在該情況下，它可用與提供給壓縮機30相同的可變工作循環(huán)信號來控制。
控制器52并不限于只是用來控制壓縮機?？勺児ぷ餮h(huán)控制信號還可用來控制其他型式的致冷劑流量和壓力控制裝置如致冷劑調(diào)節(jié)閥。圖7示出這種用途，其中控制器52的輸出將控制信號提供給蒸發(fā)器分檔調(diào)節(jié)器43。這個裝置是一個由步進電動機45調(diào)節(jié)的流體調(diào)節(jié)器。蒸發(fā)器分檔調(diào)節(jié)器(ESR)閥43調(diào)節(jié)抽吸壓力，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的容量。
目前較優(yōu)的壓縮機控制器的方塊圖在圖6中示出。在這個和接續(xù)的圖中示出的各種信號和數(shù)據(jù)值的說明現(xiàn)匯總在下面的表1中。
表1
在圖6中，在控制器的心部為控制塊組件102。這個組件負責在導線104上提供可變工作循環(huán)控制信號。組件102還在導線106上提供壓縮機開/關ON/OFF信號及在導線108上提供工作狀態(tài)指令信號。壓縮機ON/OFF信號驅(qū)動電路閉合器以資將工作電流供給壓縮機電動機。工作狀態(tài)信號指出所述機械目前在什么工作狀態(tài)。
控制塊組件接受來自數(shù)個來源的輸入，包括從上述溫度和壓力傳感器來的溫度和壓力讀數(shù)。這些溫度讀數(shù)通過信號調(diào)節(jié)組件110被輸入，其詳情在偽代碼的附錄中被示出?？刂茐K組件還從去霜控制組件112接受去霜狀況信號。去霜控制組件112含有邏輯電路可決定何時完成去霜。本實施例允許去霜的控制或是由外部邏輯信號(通過導線114提供)承擔或是由去霜控制組件本身所產(chǎn)生的內(nèi)部邏輯信號承擔，采用哪一種方法可由使用者通過使用者輸入116來選擇。內(nèi)部去霜控制采用使用者通過使用者輸入118提供的參數(shù)。
較優(yōu)的壓縮機控制器的一種形式是能自動調(diào)節(jié)的?？刂破靼ㄒ粋€可選用的自適應調(diào)諧組件120，該組件能根據(jù)系統(tǒng)的工作條件自動調(diào)節(jié)控制算法參數(shù)(比例常數(shù)K)。自適應調(diào)諧組件感知負載百分率(在導線104上)和工作狀態(tài)(在導線108上)以及在信號調(diào)節(jié)后測得的溫度(在導線122上)。組件120將自適應調(diào)諧參數(shù)提供給控制塊102如圖所示。本實施例能在導線124上提供比例常數(shù)K和在導線126上提供SSL參數(shù)，該參數(shù)指示穩(wěn)定狀態(tài)負載百分率。當系統(tǒng)不能像預期那樣響應自適應調(diào)諧參數(shù)的變化時在導線126上的報警信號可警告控制塊組件。因此當可能有系統(tǒng)誤作用或喪失致冷劑裝載量的現(xiàn)象時能發(fā)出報警信號。如果需要，這個報警信號能觸發(fā)更復雜的常規(guī)檢定程序。壓縮機控制器還能提供多個使用者界面點，通過這些界面點可輸入使用者提供的設定。去霜型式(內(nèi)部/外部)輸入116和內(nèi)部去霜參數(shù)輸入118已在前論述。另外還有使用者輸入128可允許使用者在自適應調(diào)諧組件120上規(guī)定溫度設定點。同樣的信息也可通過使用者輸入130供到控制塊組件102上。使用者還能通過各種途徑與控制塊組件直接聯(lián)系。使用者輸入132允許使用者在去霜模式中撥動開關使壓縮機開動或停止。使用者輸入134允許使用者規(guī)定初始控制器參數(shù)，包括初始比例常數(shù)K。這個比例常數(shù)K可在以后被自適應調(diào)諧組件120修改。使用者輸入136允許使用者規(guī)定壓力導數(shù)(dP)使它被系統(tǒng)用來作為設定點。
除了這些使用者輸入外，還設有一些使用者輸入以便與信號調(diào)節(jié)組件110聯(lián)系。使用者輸入138可為信號調(diào)節(jié)組件選擇傳感器的工作模式，這點將在下面較詳細地說明。使用者輸入140允許使用者規(guī)定信號調(diào)節(jié)組件所用取樣時間。使用者輸入142允許使用者規(guī)定只是用溫度傳感器(T)還是溫度和壓力傳感器都用(T/P)來操作控制器。
現(xiàn)在參閱圖8，其中詳細示出信號調(diào)節(jié)組件。輸入(溫度及/或壓力傳感器)144通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)處理后然后供給控制型式選擇器148。來自溫度及/或壓力傳感器的溫度讀數(shù)被依次讀取并連續(xù)通過模-數(shù)轉(zhuǎn)換器供給?？刂菩褪竭x擇器將這些數(shù)據(jù)編碼或存儲使壓力和溫度值恰當?shù)乇慌凶x。
然后在150對信號進行數(shù)字過濾以便去除不合邏輯的波動和噪聲。接下來數(shù)據(jù)在組件152被校核以資保證所有讀數(shù)都在預期的傳感器范圍限度內(nèi)。這只要將用數(shù)碼表示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳臏囟然驂毫χ挡φ疹A先存儲的傳感器范圍校核這些值便可做到。如果讀數(shù)不在傳感器的范圍內(nèi)便會產(chǎn)生報警信號在輸出154上輸出。
其次，在156完成數(shù)據(jù)的處理工作以便使溫度及/或壓力數(shù)據(jù)按傳感器模式使用者輸入所選擇的形式供給。本實施例可有選擇地將數(shù)據(jù)平均或確定數(shù)據(jù)的最小或最大值(Min/Max/Avg)。Min/Max/Avg模式可被用來計算壓力微分的擺動或調(diào)節(jié)的溫度值。平均模式可被用來提供調(diào)節(jié)的溫度值。它們分別作為輸出158和160被示出。
圖9較詳細地示出控制塊組件。調(diào)節(jié)的溫度或壓力信號被送到計算組件162內(nèi)，該組件計算在實際溫度或壓力與設定點溫度或壓力之間的誤差。組件162還計算這些值的變化率。
控制塊組件被設計成在周期的基礎上(每隔Tc秒一次，正常為每秒一次)及時修正系統(tǒng)的工作狀態(tài)。找尋工作狀態(tài)組件164完成這個及時修正功能。圖10的狀態(tài)圖告訴我們這是怎么完成的?；旧?，工作狀態(tài)是從一個狀態(tài)進展到另一狀態(tài)的，取決于是否有傳感器報警(SA)存在、是否有去霜狀況信號(DF)存在和計算出的誤差值有多少。找尋工作狀態(tài)組件164將工作狀態(tài)參數(shù)和降溫時間參數(shù)供給決定邏輯組件166。
參閱圖10，找尋工作狀態(tài)組件164如下從一狀態(tài)進展到另一狀態(tài)。從初始狀態(tài)168開始，組件在初始化以后進展到正常工作狀態(tài)170，并停留在該狀態(tài)一直到遇上某些條件。圖10用箭頭示出需要什么條件從正常工作狀態(tài)循環(huán)到去霜狀態(tài)172；到降溫狀態(tài)174；到傳感器報警降溫狀態(tài)176；到傳感器報警工作狀態(tài)178以及到傳感器報警去霜狀態(tài)180。
決定邏輯組件166(圖9)確定可變工作循環(huán)信號的工作循環(huán)。這在導線182上輸出，指出負載的百分率。決定邏輯組件還在導線184上產(chǎn)生使壓縮機開/關的信號。實際的決定邏輯將在下面結(jié)合圖11說明。決定邏輯組件是比例積分(PI)控制的一種形式，它是根據(jù)自適應計算的周期Tcyc來的。這個周期是由計算組件186根據(jù)組件188所產(chǎn)生的計算誤差值計算出來的。返回參閱圖6，在導線122上的調(diào)節(jié)的壓力微分信號(Cond dp)連同通過使用者輸入136提供的壓力微分設定點值(圖6)被供往計算誤差組件188(圖9)。在實際的和設定點的壓力微分之間的差異由組件188計算出來并被送往計算組件186。自適應周期Tcyc為壓力微分誤差的函數(shù)，而由尋找工作狀態(tài)組件164確定的工作狀態(tài)可按下式計算Tcyc(新)＝Tcyc(舊)+Kc*誤差………………………(1)其中Kc比例常數(shù)誤差(實際的-設定點的)抽吸壓力擺動決定邏輯組件166所使用的目前較優(yōu)的PI控制算法在圖11中示出。程序在工步200由讀出使用者提供的參數(shù)K、Ti、Tc和St開始。這些使用者提供值的說明見圖6。常數(shù)Kp被計算為等于初始提供值K；而常數(shù)Ki被計算為初始提供常數(shù)K和比率Tc/Ti的乘積。
其次，在工步202作出決定在設定點溫度和調(diào)節(jié)的溫度(圖9，在導線190上)之間的誤差的絕對值是否大于5％F。如果是，在工步204將常數(shù)Kp設定為等于零。如果否，程序簡單地前進到工步206，在那里按照圖11的工步206的等式計算新的負載百分率值。如果負載百分率大于100(工步208)，那么在工步210將負載百分率設定為等于100％。如果負載百分率不大于100％而是小于0％(工步212)，那么在工步214將負載百分率設定為0％。如果負載百分率在0％和100％的限度之間，那么在工步216將負載百分率設定為等于新的負載百分率。
控制器所產(chǎn)生的可變工作循環(huán)控制信號可采取數(shù)種形式。圖12和13給出兩個例子。圖12所示的可變工作循環(huán)信號的工作循環(huán)是可變的，但頻率保持恒定。在圖12中注意由標記220指出的周期是相等的。作為比較，圖13示出可變工作循環(huán)信號中頻率也在變的情況。在圖13中注意由標記220指出的間距并不相等，而是，波形出現(xiàn)頻率恒定的區(qū)域、頻率增加的區(qū)域和頻率減少的區(qū)域。圖13所示的可變頻率是周期Tcyc進行自適應調(diào)節(jié)的結(jié)果。
圖14圖解地示出本發(fā)明的控制系統(tǒng)在保持較緊密的溫度控制和較高的抽吸壓力連同提高系統(tǒng)效率方面的優(yōu)點。注意本發(fā)明的溫度曲線222如何比傳統(tǒng)控制器的相應溫度曲線224具有相當小的波動。與此類似，注意本發(fā)明的壓力曲線226具有一個遠高于傳統(tǒng)控制器的壓力曲線228的底線。而且由本發(fā)明(曲線226)所展示的高峰到高峰的波動也比傳統(tǒng)控制器的波動(曲線228)要小得多。
本發(fā)明的控制器的工作速率比負載的熱時間常數(shù)至少為四倍那樣快(典型的情況為至少約為八倍那樣快)。在目前的較優(yōu)實施例中，可變工作循環(huán)信號的周期比負載的時間常數(shù)約為八分之一那樣短。拿非限定性的例子來說，可變工作循環(huán)信號的周期可能約為10到15秒，而被冷卻的系統(tǒng)的時間常數(shù)可能約為1到3分鐘。被冷卻的系統(tǒng)的熱時間常數(shù)一般為系統(tǒng)的物理的或熱動力學的性能所限定。雖然有各種模型能被用來說明一個加熱或冷卻系統(tǒng)的物理的或熱動力學的響應，但下面的分析將可指出其原理。
建立被冷卻系統(tǒng)的熱時間常數(shù)的模型在一冷凍系統(tǒng)或作為第一級系統(tǒng)的熱泵內(nèi)人們能夠模擬越過蒸發(fā)器蛇管的溫度變化情況，其中溫度的變化可用下列方程式來模擬ΔT＝ΔTss[1-exp(-t/r)]+ΔTo exp(-T/r)其中ΔT＝越過蛇管的空氣的溫度變化ΔTss＝越過蛇管的穩(wěn)定狀態(tài)空氣的溫度變化ΔTo＝在時間為零時越過蛇管的空氣的溫度變化t＝時間r＝蛇管的時間常數(shù)要得到該單元的瞬時容量可將上式乘上空氣質(zhì)量的流率(m)和在恒壓下的比熱(Cp)，然后對時間進行積分。
一般地說，這是從蒸發(fā)器內(nèi)取走的致冷劑控制著要達到穩(wěn)定狀態(tài)的工作條件所需的時間，從而控制著越過冷凝器蛇管的穩(wěn)定狀態(tài)空氣的溫度變化。如果需要，該系統(tǒng)可用兩個時間常數(shù)來模擬，其中一個根據(jù)蛇管的質(zhì)量，而另一個根據(jù)將過多的致冷劑從蒸發(fā)器移到系統(tǒng)其余部分內(nèi)所需的時間。另外，還可能需要考慮到，在某些系統(tǒng)內(nèi)由于在蒸發(fā)器和冷凝器蛇管之間的實際距離大因而有時間滯后，進一步能延遲時間。
蒸發(fā)器蛇管的熱響應可用下列方程式模擬θ＝1/2[(1-et/r1)+(1-et/r2)]其中θ＝越過蛇管的溫度變化/越過蛇管的穩(wěn)定狀態(tài)的溫度變化t＝時間r1＝根據(jù)蛇管質(zhì)量的時間常數(shù)r2＝根據(jù)從蒸發(fā)器移走過多致冷劑所需時間的時間常數(shù)實際上，本發(fā)明的控制器的循環(huán)速率顯然比傳統(tǒng)的控制器快。這是因為傳統(tǒng)的控制器的開和關的循環(huán)是與實際和設定點的溫度(或壓力)比較直接聯(lián)系的。換句話說，傳統(tǒng)的控制器的循環(huán)是在需要冷卻時開動，而當實際和設定點的溫度之間的誤差低于預定的限度時即關停。這樣傳統(tǒng)控制器的開和關的循環(huán)就非常高度地依賴于要被冷卻系統(tǒng)的時間常數(shù)。
與此相反，本發(fā)明的控制器的開和關的循環(huán)是按計算值所規(guī)定的速率進行的，并不與實際和設定點的溫度或壓力之間的瞬時關系直接聯(lián)系。而是，周期是由控制器所提供的循環(huán)速率和可變工作循環(huán)信號的工作循環(huán)兩者規(guī)定的。值得注意的是，控制器在每一循環(huán)中從開變?yōu)殛P的點不一定是冷卻需求得到滿足的那一點，而是由需要滿足需求的工作循環(huán)所規(guī)定的那一點。
自適應調(diào)諧上述Geneva控制器能被設計用來完成經(jīng)典的控制算法如傳統(tǒng)的比例積分導數(shù)(PID)控制算法。在傳統(tǒng)的設計中，使用者通常需要通過合適的編程來設定控制參數(shù)。而本發(fā)明采用的控制器則可像這里說明的自適應式那樣，使用者可不需為確定適當?shù)目刂茀?shù)而操心。
這樣，自適應控制器的一個重要優(yōu)點是它有完成自適應調(diào)諧的能力。一般地說，調(diào)諧包括選擇合適的控制參數(shù)使閉環(huán)系統(tǒng)能在工作條件的廣闊范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，能迅速響應來減少擾動在控制環(huán)路上的影響，并且不會通過連續(xù)的循環(huán)引起機械構(gòu)件的過分磨損。通常有多個互相排斥的判據(jù)，一般必須在它們之間作出折衷方案。在圖18(還有圖6)中有兩個基本的控制環(huán)冷凍控制環(huán)和自適應調(diào)諧環(huán)。冷凍控制環(huán)是由控制塊組件102管理的；而自適應環(huán)是由自適應調(diào)諧組件120管理的。自適應調(diào)諧組件的細節(jié)在圖15、16a-16c和17中示出。目前較優(yōu)的自適應調(diào)諧組件采用模糊邏輯控制算法，該算法將結(jié)合圖18到20予以說明。
參閱圖15，自適應調(diào)諧組件基本完成三個功能。首先，它決定是否要完成自適應調(diào)諧。這由組件240來處理。第二，它收集所需的參數(shù)以便完成自適應調(diào)諧，這由組件242處理。第三，它計算被控制環(huán)使用的自適應增益，這由組件244處理。
組件240根據(jù)兩個因素來決定是否要開始調(diào)諧系統(tǒng)的電流工作狀態(tài)和控制設定點。圖16a的流程圖示出包括在這個決定內(nèi)的工步。組件242將組件244完成計算所需關鍵參數(shù)予以積分?；旧希M件242輸入負載百分率、溫度和壓力值及設定點溫度。它輸出下列數(shù)據(jù)S-ER(設定點值在0.5度或1psig內(nèi)的調(diào)節(jié)溫度和壓力的數(shù)據(jù)點總數(shù))，S-Close(在給定的取樣區(qū)間如30分中負載百分率趨于0％的數(shù)據(jù)點總數(shù))，S-Open(在取樣區(qū)間內(nèi)負載百分率趨于100％的數(shù)據(jù)點總數(shù))和SSLP(在取樣區(qū)間內(nèi)負載百分率的移動平均或滾動平均)。組件242響應組件240所設定的調(diào)諧標記。當調(diào)諧標記發(fā)出信號時組件242就完成這些關鍵參數(shù)的積分，圖16b示出其中包括的工步。
最后，計算塊采用組件242提供的數(shù)據(jù)，利用圖16c所示的過程計算自適應增益。
自適應調(diào)諧組件120將通過各種工作狀態(tài)進行循環(huán)，這取決于定量器的狀態(tài)。圖17為一狀態(tài)圖示出目前較優(yōu)的實施例是如何發(fā)揮其功能的。注意從初始模式到積分模式或非調(diào)諧模式的順序轉(zhuǎn)移取決于有無設定調(diào)諧標記。一旦進入積分模式，系統(tǒng)就完成積分一直到定時器走完(正常為30分鐘)，于是進入計算模式。一旦計算完畢，就重新設定定時器，系統(tǒng)返回到初始模式。
自適應方案的方塊圖在圖18中示出。有兩個基本環(huán)，其一為PID控制環(huán)260，每dt秒運行一次，其二為自適應環(huán)262，每ta秒運行一次。
當控制系統(tǒng)開始時，PID控制環(huán)260采用一個增益(K)的缺席值來計算控制輸出。自適應環(huán)262每隔ta秒266(最好小于0.2*dt秒)校核一次誤差e(t)264。在組件268如果誤差的絕對值e(t)小于所需的偏差(os)，計數(shù)器的Er_new便被增加1。偏差(os)為可接受的穩(wěn)定狀態(tài)的誤差(就溫度控制言可為+/1)。這個校核過程繼續(xù)tsum秒270(最好為dt秒的200到500倍)。在tsum秒270以后，將Er_new值轉(zhuǎn)變?yōu)榘俜致?Er_new％272)。參數(shù)Er_new％272指示在tsum時間內(nèi)在被取樣的e(t)中誤差在可接受的偏差(os)內(nèi)的所占百分率。換句話說，這是對過去的tsum秒內(nèi)控制變數(shù)被控制得好壞的一種衡量。100％的值意為嚴密的控制，而0％意為不良的控制。每當Er_new％為100％時，增益可基本上保持不變，因為它指示較嚴的控制。但當Er_new在0和100％之間時，便可用自適應模糊邏輯算法組件274來計算新的增益(K_new 276)，然后由控制算法組件278使用該增益來為下一個tsum秒進行計算。
在較優(yōu)的實施例中，模糊邏輯算法組件274有一個輸出和兩個輸入。該輸出為使用輸入Er_new％和一個變數(shù)Dir計算出來的新的增益，Dir的定義如下Dir＝Sign[(Er_new％-Er_old％)*(K_new-K_old)]…(2)其中Sign為括號內(nèi)項目的符號(+ye、-ve或零)；Er_new％為在過去的tsum秒內(nèi)在偏差內(nèi)的e(t)％；Er_old％為在(tsum-1)循環(huán)內(nèi)Er new％的值；K_new為在tsum時間內(nèi)使用的增益；K_old為在(tsum-1)時間內(nèi)的增益。
例如，假定控制器在0秒開始，缺席值k＝10，ta＝1秒，tsum＝1000秒，os＝1。假定從一個可能為1000數(shù)據(jù)中出來的600e(t)數(shù)據(jù)在偏差范圍內(nèi)。因此，在1000秒以后，Er_new％＝60(即600/1000*100)，K_new＝10。在初次使用自適應模糊邏輯算法時可將Er_old％和K_old設定為零。將這些數(shù)值代入方程式(2)得出變數(shù)Dir的符號為正。因此，自適應模糊邏輯算法組件274在第一循環(huán)的輸入分別為Er_new％＝60和Dir為正值(Dir＝+ve)。
下一工步是要使用隸屬函數(shù)將這些輸入模糊化使它們成為模糊輸入。
模糊化隸屬函數(shù)是一個在論述的事物(x軸)和等級空間(y軸)之間的圖象。論述的事物為輸入或輸出的各種可能值的范圍。對于Er_new％最好為0到100。等級空間值通常為0到1并被稱為模糊輸入、真值或隸屬程度。圖19所示圖象300含有輸入Er_new％的隸屬函數(shù)，Er_new％被劃分成為三個語言變數(shù)即大Large(304)、中Medium(306)和小Small(308)。對于Er_new％＝60，模糊輸入(或隸屬函數(shù)的程度)為大0.25和中0.75。輸入變數(shù)Dir已被很好定義為(+、-或0)，因此在這應用上不需隸屬函數(shù)。下一工步為編制真值表或規(guī)則評估。
規(guī)則評估規(guī)則評估從模糊化工步取得模糊輸入并利用以知識為基礎的規(guī)則計算模糊輸出。圖20示出成為真值表的規(guī)則。對于第一行和第一列，規(guī)則為“如果Er_new％為大并且Dir為負，那么新的增益不變(NC)(即如果在過去的tsum秒內(nèi)在(os)范圍內(nèi)的e(t)數(shù)據(jù)的百分率為大并且方向(Dir)為負/零，那么現(xiàn)有K值不變(NC)。
在本例中，由于Er_new％具有模糊輸入大(0.25)和中(0.75)及正的Dir，適用的規(guī)則將是如果Er_new％為大(0.25)而Dir為正，那么新的增益不變(NC＝1)如果Er_new％為中(0.75)而Dir為正，那么新的增益為正的小改變(psc＝1.2)解除模糊化最后為解除模糊化過程，使用圖21的圖解將來自規(guī)則評估工步的模糊輸出轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K輸出。圖解310采用下列標記NBC為負的大改變；NSC為負的小改變；NC為不變；PSC為正的小改變；PBC為正的大改變。在較優(yōu)實施例中采用重心或矩心法來解除模糊化。用來轉(zhuǎn)變成增益的輸出的隸屬函數(shù)在圖21中示出。
矩心(模糊邏輯輸出)可如下計算矩心＝K_new其中μ(x)為所論述事物值x的模糊輸出值在本例中，輸出(K_new)為 一旦三個工步，即模糊化、規(guī)則評估和解除模糊化都已完成，輸出也被計算出來，就可為Er_new％的新的設定再一次重復上述過程。
在上例中，在第一個1000秒以后，自適應算法計算出新的增益為K_new＝11.50。這個新的增益被PID環(huán)用于下一個1000秒(即實時地從t＝1000到2000秒)。在t＝1001秒時將計數(shù)器Er_new設定為零以便完成下一個1000秒的計數(shù)。在另一個1000秒終止時(即在t＝2000秒時重新計算Er_new％。
假定這時Er_new％為25。這意味著將K從10改變到11.5，控制反而變壞。因此最好在另一方向上改變增益，即減少增益而不是增加增益。這樣，在t＝2000秒時，Er_new％＝25，Er_old％＝60(Er_new％以前的值)，K_new＝11.5和K_old＝10(以前的K值)。應用方程式(2)，得到負的Dir值。使用25的Er_new％和負的Dir，重新進行模糊邏輯計算，算出下一個1000秒的新的獲得。新的獲得值為K_new＝7.76并被PID環(huán)用于從t＝2000到3000秒。
假定第三次循環(huán)即從t＝2000到3000秒，Er_new％得出為95％(這代表較嚴密的控制)。進行相同的模糊邏輯運算給出相同的K_new值，這時獲得保持不變一直要到Er_new％重新惡化。
示范的應用脈沖寬度調(diào)節(jié)(PWM)壓縮機和電子分檔調(diào)節(jié)器(ESR)閥都可用來控制蒸發(fā)器的溫度/壓力或蒸發(fā)器冷卻流體(空氣或水)的溫度。前者通過調(diào)節(jié)致冷劑的流量來控制，而后者則限制抽吸側(cè)來控制流量。參閱圖18，其中示出在冷凍系統(tǒng)279中工作的這種驅(qū)動器的控制系統(tǒng)的方塊圖。在圖18中每隔dt秒對一個或較好是對四個蒸發(fā)器冷卻流體的溫度或?qū)σ粋€蒸發(fā)器的抽吸壓力(一般地在282示出)取一次樣。dt＝10秒的取樣管線對這兩個用途都很合適。在被模擬到數(shù)字組件284處理后，在組件286根據(jù)系統(tǒng)的設計或使用者的意愿，從四個溫度中采取平均或最小或最大，將取樣的信號減少到一個。通常，在一個單一驅(qū)動器(PWM/ESR)的系統(tǒng)中，整個蒸發(fā)器蛇管都是同時進行去霜的，這時采取控制信號的平均值較佳。而在多個蒸發(fā)器一個驅(qū)動器的系統(tǒng)中，蒸發(fā)器各蛇管的去霜并不同時進行，這時采用最小值是較佳的模式。在平均/最小/最大后得到的值被稱為調(diào)節(jié)的信號。在比較組件288將這個值與所需的設定點比較，計算出誤差e(t)。
在環(huán)路中采用的控制算法為比例積分(pI)控制技術(shù)(PID)。PI算法計算出ESR的閥門位置(O-100％)或在PWM壓縮機的情況下計算出負載百分率(0-100％)。對這兩種情況的驅(qū)動器，典型的整個重新設定時間都是60秒。增益被自適應環(huán)合適地調(diào)諧。在較優(yōu)實施例中，每當遇到下述情況都應停止進行自適應算法系統(tǒng)在去霜；正在通過降溫階段；有一個大的設定點變動；檢測出傳感器失效或任何一個其他系統(tǒng)失效。
因此，自適應算法通常是當系統(tǒng)在正常模式下工作時用的。較好使用的時間ta約為1秒而tsum約為1800秒(30分)。
與PWM壓縮機/ESR閥有關的診斷方法參閱圖22，一個排放冷卻流體的溫度傳感器312(Ta)、一個蒸發(fā)器蛇管進口溫度傳感器314(Ti)和一個蒸發(fā)器蛇管出口溫度傳感器316(To)能為采用PWM/ESR的蒸發(fā)器控制提供能診斷的特點。進口溫度傳感器314可設在蒸發(fā)器蛇管內(nèi)的任何地方。但較好的位置是在從蒸發(fā)器蛇管分配器320起算的蒸發(fā)器的總長度的約三分之一處。
采用這三個溫度傳感器能夠得到對系統(tǒng)的認識，這些認識能被用來診斷。例如當將ESR/PWM用于一個單一的蒸發(fā)器和膨脹閥時可每隔tsum秒在自適應環(huán)路上跟蹤下列變數(shù)。這些變數(shù)可在自適應環(huán)路上Er_new正好被積分后進行積分。
N-Clase閥門位置/PWM負載為0％時的次數(shù)。
N-Open閥門位置/PWM負載為100％時的次數(shù)。
MAVPtsum秒內(nèi)閥門位置/PWM負載的移動平均。
SSLP穩(wěn)定狀態(tài)的閥門位置/PWM負載。如果在tsum時間內(nèi)Er_new％大于50％，將SSLP設定為等于MAVP。
dTTa和Ti之間差異(Ta-Ti)的移動平均。
SH在所說時間內(nèi)To和Ti之間差異(To-Ti)的移動平均。這大致為蒸發(fā)器的過熱。
N-FL在所說時間即tsum秒內(nèi)To小于Ti的次數(shù)。這數(shù)指示膨脹閥有多少次淹沒蒸發(fā)器。
另外，在去霜后降溫的時間也被獲知。根據(jù)這些變數(shù)，可作下列診斷溫度傳感器失效、膨脹閥惡化、ESR閥/PWM壓縮機惡化、ESR/PWM過大、ESR/PWM過小和沒有空氣流動。
溫度傳感器失效可校核溫度讀數(shù)是否在預期范圍內(nèi)來檢測溫度傳感器的失效。如果用Ta作為控制變數(shù)來控制PWM/ESR，那么當Ta失效時，可如下進行控制。上述驅(qū)動器可根據(jù)Ti或根據(jù)利用dT估計出來的Ta值(即將dT加到Ti值上)來控制。在已知的降溫時間(tpd)內(nèi)，閥門/PWH可被設定為完全開放/負載。如果Ti也已同時失效或無法取得，那么在降溫時間內(nèi)，驅(qū)動器可100％打開，然后在降溫時間之后被設定為穩(wěn)定狀態(tài)負載百分率(SSLP)。在這種情況下須向機長報警。
膨脹閥惡化如果膨脹閥粘住或失調(diào)或過小/過大，那么可用下列跟蹤變數(shù)的組合來診斷這類問題。N_FL＞50％和Er_new％＞10％時指示膨脹閥粘住在開啟狀態(tài)或失調(diào)或者甚至過大以致淹沒蒸發(fā)器蛇管。在這種情況下須報警。另外，SH＞20和N_FL＝0時指示膨脹閥失調(diào)或閥門過小或閥門粘住在關閉狀態(tài)。
ESR閥/PWM壓縮機惡化惡化的ESR表現(xiàn)在遺漏工步或被粘住，惡化的PWM壓縮機表現(xiàn)在其螺線管閥被粘住在閉合或開啟狀態(tài)。在去霜是將ESR/PWM設定為0％來完成的配置中，這些問題可如下被檢測出來。
如果在去霜前Er_new％＞50％，而在去霜時Ti＜32及SH＞5，那么該閥被確定為遺漏工步。因此，該閥被關閉按另一個100％運行，如果Ti和SH保持相同，那么這就高度表明該閥已被粘住。
如果Er_new％＝0，N_Close為100％，而Ti＜32，SH＞5，那么PWM/ESR被確定為粘住在開啟狀態(tài)。如果Er_new％＝0，N_Open為100％，而Ti＞32，SH＞5，那么PWM/ESR被確定為粘住在關閉狀態(tài)。
ESR/PWM過大如果N_Close＞90％而30％＜Er_new％＜100％，那么應為閥門/PWM壓縮機過大報警。
ESR/PWM過小如果N_Open＞90％而Er_new％＝0，SH＞5，那么應為閥門/PWM壓縮機過小報警。
沒有空氣流動如果N_Open＝100％，Er_new％＝0，SH＜5，而Ti＜25及N_FL＞50％，那么或是空氣被堵塞，或是風扇沒有很好工作。
另外，這些診斷策略也可用于電子膨脹閥控制器。
上述這些實施例都是為了說明的目的，并不要用來限制本發(fā)明。對本行業(yè)的行家來說，在不離開所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，是很容易對說明書內(nèi)論述的本發(fā)明的實施例作出各種改變和修改的。
附錄完成信號調(diào)節(jié)的偽代碼每隔Ts秒重復下列項目一次讀出使用者輸入取樣時間(Ts)控制型式(P或T)傳感器模式(Avg/Min/Max)完成模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換(ADC)在所有(四個)溫度傳感器的通道上輸出統(tǒng)計的數(shù)據(jù)數(shù)字過濾統(tǒng)計Ynew＝0.75*Yold+0.25*統(tǒng)計(Y為增益)輸出過濾統(tǒng)計的數(shù)據(jù)將過濾統(tǒng)計轉(zhuǎn)換成試驗是否至少有一個傳感器在正常工作范圍內(nèi)例如在-40和+90之間如果沒有一個在該范圍內(nèi)-設定傳感器報警為真否則根據(jù)傳感器模式完成Avg/Min/Max操作如果控制型式不是T/P控制型式那么終止信號調(diào)節(jié)常規(guī)程序(一直到下一個Ts周期)否則(控制型式為T/P)進行下列程序在壓力傳感器通道上完成ADC輸出統(tǒng)計的數(shù)據(jù)數(shù)字過濾統(tǒng)計Ynew＝0.75*Yold+0.25*統(tǒng)計輸出過濾統(tǒng)計的數(shù)據(jù)將過濾統(tǒng)計轉(zhuǎn)換成Psig試驗壓力傳感器是否在正常操作范圍內(nèi)例如在0和+200之間如果不在范圍內(nèi)，設dP＝dP設定點否則計算dP＝Pmax-Pmin設定對調(diào)節(jié)T/dP的傳感器報警終止信號調(diào)節(jié)常規(guī)程序(一直到下一個Ts周期)
權(quán)利要求
1.一種壓縮機，包括一個轉(zhuǎn)圈部件；一個相對于所述轉(zhuǎn)圈部件安裝的不轉(zhuǎn)圈部件，用于在所述轉(zhuǎn)圈部件與不轉(zhuǎn)圈部件之間限定第一室和第二室，當不轉(zhuǎn)圈部件在第一位置上時，形成大體上在所述第一室與第二室之間防止流體連通的密封，當不轉(zhuǎn)圈部件在第二位置上時，中斷所述密封以允許在所述第一室與第二室之間的流體連通；一個支承所述轉(zhuǎn)圈部件和不轉(zhuǎn)圈部件的結(jié)構(gòu)，用于轉(zhuǎn)圈部件與不轉(zhuǎn)圈部件之間的相對轉(zhuǎn)圈運動；和一個脈沖寬度調(diào)制的執(zhí)行器，它與所述結(jié)構(gòu)結(jié)合并且構(gòu)造成選擇地中斷所述密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機，其特征在于所述不轉(zhuǎn)圈部件包括一個在所述第一室與第二室之間形成所述密封的密封部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的壓縮機，其特征在于所述密封部件可以相對于所述轉(zhuǎn)圈部件移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的壓縮機，其特征在于在所述第一位置時，所述密封部件緊靠所述轉(zhuǎn)圈部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的壓縮機，其特征在于在所述第二位置時，所述密封部件與所述轉(zhuǎn)圈部件隔開。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的壓縮機，其特征在于所述執(zhí)行器包括一個促使所述密封部件與所述轉(zhuǎn)圈部件接合的彈簧。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機，其特征在于所述第一室形成一個壓縮室。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機，其特征在于所述不轉(zhuǎn)圈部件包括一個形成在該不轉(zhuǎn)圈部件中的排放通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機，其特征在于所述執(zhí)行器包括一個構(gòu)造成選擇地中斷所述密封的螺線管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機，其特征在于所述執(zhí)行器包括一個構(gòu)造成選擇地中斷所述密封的磁裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機，其特征在于所述執(zhí)行器包括一個構(gòu)造成選擇地中斷所述密封的電磁裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機，其特征在于該壓縮機還包括一個用于驅(qū)動所述轉(zhuǎn)圈部件以影響在所述轉(zhuǎn)圈部件與不轉(zhuǎn)圈部件之間的所述相對轉(zhuǎn)圈運動的驅(qū)動部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的壓縮機，其特征在于當所述密封中斷時，所述驅(qū)動部件繼續(xù)驅(qū)動所述轉(zhuǎn)圈部件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機，其特征在于所述密封通過由流體施加的力選擇地中斷。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的壓縮機，其特征在于所述流體包括蒸汽。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機，其特征在于在所述第一位置上時，壓縮機以基本上為滿的容量進行工作，在所述第二位置上時，壓縮機以基本上為零的容量進行工作。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機，其特征在于該壓縮機還包括一個構(gòu)造成調(diào)節(jié)所述脈沖寬度調(diào)制的控制器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的壓縮機，其特征在于該壓縮機還包括一個構(gòu)造成確定壓縮機工作參數(shù)并且將所述參數(shù)提供給所述控制器的傳感器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的壓縮機，其特征在于所述工作參數(shù)是壓縮機負荷。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的壓縮機，其特征在于所述傳感器是溫度傳感器。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的壓縮機，其特征在于所述傳感器是壓力傳感器。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的壓縮機，其特征在于所述控制器構(gòu)造成提供用于調(diào)節(jié)所述脈沖寬度調(diào)制的可變工作循環(huán)，所述工作循環(huán)響應所述壓縮機工作參數(shù)發(fā)生變化。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的壓縮機，其特征在于所述控制器構(gòu)造成提供用于調(diào)節(jié)所述脈沖寬度調(diào)制的工作循環(huán)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的壓縮機，其特征在于所述工作循環(huán)比壓縮機負荷的時間常數(shù)短。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的壓縮機，其特征在于所述控制器構(gòu)造成根據(jù)壓縮機的工作參數(shù)自動調(diào)節(jié)所述工作循環(huán)。
26.根據(jù)權(quán)利要求17的壓縮機，其特征在于所述控制器構(gòu)造成產(chǎn)生可變工作循環(huán)控制信號，該信號包括作為壓力波動的函數(shù)的可變循環(huán)時間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓縮機，包括一個轉(zhuǎn)圈部件；一個相對于所述轉(zhuǎn)圈部件安裝的不轉(zhuǎn)圈部件，用于在所述轉(zhuǎn)圈部件與不轉(zhuǎn)圈部件之間限定第一室和第二室，當不轉(zhuǎn)圈部件在第一位置上時，形成總體上在所述第一室與第二室之間防止流體連通的密封，當不轉(zhuǎn)圈部件在第二位置上時，中斷所述密封以允許在所述第一室與第二室之間的流體連通；一個支承所述轉(zhuǎn)圈部件和不轉(zhuǎn)圈部件為了轉(zhuǎn)圈部件與不轉(zhuǎn)圈部件之間的相對轉(zhuǎn)圈運動的結(jié)構(gòu)；和一個脈沖寬度調(diào)制的執(zhí)行器，它與所述結(jié)構(gòu)結(jié)合并且構(gòu)造成選擇地中斷所述密封。
文檔編號F04C28/28GK1920305SQ20061009990
公開日2007年2月28日 申請日期1998年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月29日
發(fā)明者亨·M·潘, 阿布塔·辛格, 讓-魯克·M·卡亞, 馬克·拜司 申請人:科普蘭公司