專利名稱：空調(diào)器壓縮機頻率控制方法及控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空調(diào)器壓縮機的控制，具體地說，是涉及對空調(diào)器壓縮機進行頻 率控制的方法及裝置，屬于空調(diào)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
變頻空調(diào)器是最近幾年發(fā)展起來的新型空調(diào)器，它使用頻率可變的變頻壓縮機及 相應的控制技術(shù)，能根據(jù)房間氣溫的變化自動調(diào)節(jié)壓縮機的工作頻率，進而改變壓縮機的 轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)空調(diào)器溫度的調(diào)節(jié)。變頻空調(diào)器具有調(diào)溫快、噪音小、耗能低、使用壽命長等特 點，是空調(diào)市場未來的發(fā)展方向?，F(xiàn)有變頻空調(diào)器一般采用簡單查表式模糊控制方法或PI控制方法作為壓縮機頻 率控制的方法。模糊控制方法是采用模糊控制理論，通過查表的方式獲得不同溫差及溫差 變化率對應的頻率值，從而控制壓縮機在該頻率下運轉(zhuǎn) 。由于模糊表中的值是預先設(shè)定的 值，是固定不變的，因此，簡單查表式模糊控制方法不能根據(jù)房間溫度的變化來改變既定的 規(guī)則，無法實現(xiàn)尋優(yōu)控制，導致壓縮機頻率控制不精確，會由于房間負荷的不同而存在控制 靜差，影響用戶的舒適性。PI控制方法是以溫差作為輸入?yún)?shù)，根據(jù)溫差的不同，按既定規(guī) 則改變控制過程中的P項及I項的數(shù)值，從而實現(xiàn)對壓縮機頻率的調(diào)整。由于PI控制方法 中的控制規(guī)則也是固定不變的，控制過程自適應能力較弱，且由于PI控制沒有考慮溫差變 化率，導致該方法下壓縮機頻率調(diào)整速度慢，調(diào)整過程中經(jīng)常會存在波動，也會由于房間負 荷的不同而存在控制靜差?；诖?，亟需一種調(diào)整速度快、自適應能力強、控制精確的壓縮機頻率控制方法， 而這也正是本發(fā)明的研究主旨所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種空調(diào)器壓縮機頻率控制方法，根據(jù)溫差的不同采用 不同的控制算法來調(diào)整壓縮機的頻率，能有效減少控制的超調(diào)，最大限度消除控制靜差，實 現(xiàn)簡單、快速、穩(wěn)定的溫度調(diào)節(jié)。本發(fā)明的目的之二是提供一種空調(diào)器壓縮機頻率控制裝置，應用該控制裝置對壓 縮機頻率進行控制，實現(xiàn)簡單、快速、穩(wěn)定的溫度調(diào)節(jié)。為實現(xiàn)上述第一個發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種空調(diào)器壓縮機頻率控制方法，所述方法包括下述步驟檢測空調(diào)器所在房間的實際溫度，計算所述實際溫度與空調(diào)器設(shè)定溫度之間的溫 差，并將所述溫差與預設(shè)溫度值進行比較；若所述溫差大于所述預設(shè)溫度值，按照下述過程控制壓縮機頻率控制壓縮機工作在第一頻率，直至所述溫差等于所述預設(shè)溫度值；然后控制壓縮 機工作在第二頻率，直至所述溫差等于o°c ；利用壓縮機工作在第一頻率及第二頻率過程中的房間實際溫度變化率計算頻率干預量Af ；在溫差等于0°C、且房間負荷不變化時，在所述第三頻率基礎(chǔ)上通過增量PID算法 修正壓縮機的工作頻率；在溫差等于0°C、且房間負荷變化時，控制壓縮機工作在第四頻率；所述第四頻率 為在所述第三頻率基礎(chǔ)上通過增量PID算法獲得的頻率；若所述溫差不大于所述預設(shè)溫度值，則直接根據(jù)增量PID算法控制壓縮機的頻率。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，所述第一頻率為α Jm，壓縮機工作在所述第一頻率下， 在所述溫差從T1變化到所述預設(shè)溫度值時的溫差變化率為X1 ；所述第二頻率為α 2fn。m，壓 縮機工作在所述第二頻率下，在所述溫差從所述預設(shè)溫度值變化到0°C時的溫差變化率為
X2,則所述頻率干預量Δ f利用下述計算Δ/ = LorM -二1 二廣2)；所述fn。m為壓縮機的額
定輸出頻率，所述、和α 2為壓縮機的頻率輸出百分比。為充分發(fā)揮空調(diào)器的制冷/熱性能，所述第一頻率大于所述第二頻率；且所述α工 優(yōu)選值為1，實現(xiàn)空調(diào)器在大溫差時以最大輸出能力輸出，以使房間溫度快速趨近于設(shè)定溫度。為實現(xiàn)上述第二個發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種空調(diào)器壓縮機頻率控制裝置，所述裝置包括溫度檢測單元，用于檢測空調(diào)器所在房間的實際溫度；計算比較單元，用于計算所述實際溫度與空調(diào)器設(shè)定溫度之間的溫差，并將所述 溫差與預設(shè)溫度值進行比較；干預控制單元，用于對壓縮機頻率進行干預控制；增量PID控制單元，用于對壓縮機頻率進行增量PID控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是本發(fā)明空調(diào)器壓縮機頻率控制方法根據(jù)溫差的不同采用不同的控制算法來調(diào)整壓縮機的頻率，具體為在溫差較大時，利用 壓縮機最大頻率，使空調(diào)器以最大輸出能力輸出，使得房間溫度快速趨近于設(shè)定溫度；在房 間實際溫度達到設(shè)定溫度、即溫差為0°c時，利用干預算法獲得對應于房間不同實際負荷的 頻率干預量，并利用該頻率干預量控制壓縮機的頻率，使得空調(diào)器以接近于房間實際負荷 的輸出能力輸出，有效減少控制的超調(diào)，并使房間溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度；如果房間由于負荷 變化或者初始溫差不大于所述預設(shè)閾值時，利用增量PID算法控制壓縮機的頻率，使得房 間溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度附近，最大限度消除控制靜差，從而實現(xiàn)空調(diào)器簡單、快速、穩(wěn)定的 溫度調(diào)節(jié)。


圖1是本發(fā)明所述空調(diào)器壓縮機頻率控制方法一個實施例的流程圖；圖2是本發(fā)明所述空調(diào)器壓縮機頻率控制系統(tǒng)一個實施例的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細的說明。
針對現(xiàn)有變頻空調(diào)器采用簡單模糊控制方法或PI控制方法調(diào)整壓縮機頻率時存 在的不能隨房間負荷的變化自動改變既定控制規(guī)則、實現(xiàn)自動尋優(yōu)控制存在的不足，本發(fā) 明提出了一種能夠根據(jù)房間實際負荷的不同自適應調(diào)整壓縮機頻率、并根據(jù)溫差的不同采 取不同控制方法的壓縮機頻率控制方法，既能適應房間負荷的變化、快速達到設(shè)定溫度的 目的，又可以最大限度減少控制靜差。圖1所示為本發(fā)明所述空調(diào)器壓縮機頻率控制方法一個實施例的流程圖。如圖1 所示，該實施例的具體流程如下SlOl 檢測空調(diào)器所在房間的實際溫度，并計算所述實際溫度與空調(diào)器設(shè)定溫度 間的溫差。S102 將所述溫差與預設(shè)溫度值進行比較。該預設(shè)溫度值是用于決定采用何種控 制算法的基準溫度值，可根據(jù)空調(diào)器溫度傳感器的精度及使用環(huán)境具體設(shè)定，例如，可設(shè)定 為 0. 8°C。S103 判斷所述溫差是否大于預設(shè)溫度值。若是，執(zhí)行步驟S105 ；否則，執(zhí)行步驟 S104的增量PID控制。S104:若溫差不大于預設(shè)溫度值，說明房間溫度比較接近空調(diào)器設(shè)定溫度，此時， 為盡量減少控制的超調(diào)、消除控制靜差，采用增量PID算法控制壓縮機頻率。設(shè)壓縮機在t = η時刻的頻率為fn，在t = n-1時刻的頻率為f^，則有fn = fn_1+ Afn5Afn為增量PID算法下的頻率修正值。根據(jù)增量PID算法，所述的頻率修正值Δ fn可以通過下式來計算
Kn Tf60Δ/ = Kp(ATn -ΔΓ _,) +ATn + KpTd χ —x(ATn-IATn^ + ΔΓ _2)上式中，Κρ、Ti和Td分別為PID算法中的比例常數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)；ΔΤη、 ATlri和ΔΤη_2分別為t = η時刻、t = n-1時刻及t = n-2時刻房間溫度與空調(diào)器設(shè)定溫 度間的溫差；Tf為采樣周期。S105 若溫差大于預設(shè)溫度值，此時，由于溫差較大，為迅速將房間溫度調(diào)整到接 近設(shè)定溫度，控制壓縮機工作在較大的第一頻率，該第一頻率優(yōu)選為空調(diào)器的額定頻率，也 即使空調(diào)器以最大輸出能力輸出，以充分利用其制冷/熱量。壓縮機工作在第一頻率下，直 至所述溫差等于預設(shè)溫度值。S106 在溫差降至預設(shè)溫度值時，為避免控制超調(diào)，降低壓縮機工作頻率至第二頻 率，所述第二頻率小于所述第一頻率；壓縮機在所述第二頻率下工作，直至溫差等于0°c， 也即房間實際溫度達到空調(diào)器的設(shè)定溫度為止。S107 計算頻率干預量。在房間實際溫度達到設(shè)定溫度之后，需要空調(diào)器維持房間溫度不變，因此，空調(diào)器 需要以接近于房間實際負荷的輸出能力輸出，此時壓縮機的工作頻率根據(jù)頻率干預量來確 定。所述的頻率干預量，是與房間實際負荷相關(guān)的一個量，用來調(diào)整壓縮機的實際工作頻 率，可根據(jù)壓縮機在所述第一頻率及所述第二頻率下工作時房間實際溫度的變化率來計 算。具體的，所述頻率干預量Δι采用下述方式來獲得空調(diào)器所在房間的實際溫度Tg與房間總負荷W之間的關(guān)系可通過一階慣性延時 模型來表示，其傳遞函數(shù)為<formula>formula see original document page 7</formula>
將上式進行拉氏逆變換，得<formula>formula see original document page 7</formula>
式中，T為時間常數(shù)，τ為時滯常數(shù)，K為比例常數(shù)。由于時滯常數(shù)τ較小，對負荷的預測影響不大，在計算頻率干預 量時可直接采用 無時滯方程；另一方面，房間總負荷W可表示為空調(diào)器輸出的制冷/熱量Q與房間實際冷/ 熱負荷M之差，因此，上式可變?yōu)?br> <formula>formula see original document page 7</formula>令J = I (常數(shù))，χ =,上式可變?yōu)?br> <formula>formula see original document page 7</formula>
設(shè)壓縮機的額定輸出頻率為fn。m，額定制冷/熱量為Qn。m，所述第一頻率為α Jm, 所述第二頻率為a2fn。m，、和α 2均為壓縮機的頻率輸出百分比，且Ci1 > α2。設(shè)房間實際冷/熱負荷為M1,壓縮機工作在所述第一頻率α Jnrail下，對應的空調(diào)實 際輸出負荷為α !Qnoffl房間實際溫度與空調(diào)器設(shè)定溫度間的溫差從T1變化到所述預設(shè)溫度
T -T
值Ttl所需要的時間為、，則所述溫差從T1變化到Ttl的溫差變化率X1可表示為A =^V!。壓縮機工作在所述第二頻率α 2f_下，對應的空調(diào)實際輸出負荷為α 2Q_，房間實 際溫度與空調(diào)器設(shè)定溫度間的溫差從預設(shè)溫度值Ttl變化到o°c所需要的時間為t2，則所述
溫差從Ttl變化到0°C的溫差變化率X2可表示為A = f 根據(jù)上述各公式可得α ^nom-M1 = Ax1
<formula>formula see original document page 7</formula>由上述兩式得
<formula>formula see original document page 7</formula>要維持房間溫差為0°C，則空調(diào)器實際輸出的制冷/熱量應該等于房間的實際負 荷虬；又由于上述計算過程是以第一頻率α Jm為基礎(chǔ)開始計算的，則，維持房間溫差為 0°C的制冷/熱量的干預量應為
<formula>formula see original document page 7</formula>與之相對應的頻率干預量Δ f應為
<formula>formula see original document page 7</formula>所述溫差值T1和所述預設(shè)溫度值Ttl均根據(jù)空調(diào)器溫度傳感器的精度及使用環(huán)境 具體設(shè)定，例如，在Ttl為0. 8°C時，可將T1設(shè)定為1. 5 °C。
S108 根據(jù)第二頻率和頻率干預量計算第三頻率。所述第三頻率為所述第二頻率 與所述頻率干預量之差。S109 根據(jù)溫差判斷房間負荷是否發(fā)生變化。若發(fā)生變化，轉(zhuǎn)至步驟S104的增量 PID算法控制壓縮機頻率；若房間負荷未發(fā)生變化，則執(zhí)行步驟S110。此時需要注意的是，若在溫差等于0°C的情況下房間負荷發(fā)生了變化，在利用增量 PID算法控制壓縮機頻率時，壓縮機的實際工作頻率是在所述第三頻率的基礎(chǔ)上通過增量 PID算法修正后的頻率。SllO 若房間負荷沒有發(fā)生變化，則壓縮機工作在第三頻率，即可維持房間實際溫 度與設(shè)定溫度相同。圖2示出了本發(fā)明空調(diào)器壓縮機頻率控制裝置一個實施例的結(jié)構(gòu)框圖。
如圖2所示，該實施例的壓縮機頻率控制裝置各單元部分及其主要作用如下溫度檢測單元21，用于檢測空調(diào)器所在房間的實際溫度。計算比較單元22，用于計算所述實際溫度與空調(diào)器設(shè)定溫度之間的溫差，并將所 述溫差與預設(shè)溫度值進行比較。干預控制單元23，用于對壓縮機頻率進行干預控制。增量PID控制單元24，用于對壓縮機頻率進行增量PID控制。在所述溫差大于所述預設(shè)溫度值時，利用所述干預控制單元23控制壓縮機25的 頻率，并在溫差為0°c、房間負荷變化時，再結(jié)合所述增量PID控制單元24共同進行壓縮機 25的頻率控制。在所述溫差不大于所述預設(shè)溫度值時，利用所述增量PID控制單元24控制 壓縮機25的頻率。具體控制方法和過程可參考圖1實施例中的方法，在此不再贅述。以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其進行限制；盡管參照前述實 施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，依然可以對前述實施 例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或替 換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明所要求保護的技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
一種空調(diào)器壓縮機頻率控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟檢測空調(diào)器所在房間的實際溫度，計算所述實際溫度與空調(diào)器設(shè)定溫度之間的溫差，并將所述溫差與預設(shè)溫度值進行比較；若所述溫差大于所述預設(shè)溫度值，按照下述過程控制壓縮機頻率控制壓縮機工作在第一頻率，直至所述溫差等于所述預設(shè)溫度值；然后控制壓縮機工作在第二頻率，直至所述溫差等于0℃；利用壓縮機工作在第一頻率及第二頻率過程中的房間實際溫度變化率計算頻率干預量Δf；在溫差等于0℃、且房間負荷不變化時，控制壓縮機工作在第三頻率；所述第三頻率為所述第二頻率與所述頻率干預量之差；在溫差等于0℃、且房間負荷變化時，在所述第三頻率基礎(chǔ)上通過增量PID算法修正壓縮機的工作頻率；若所述溫差不大于所述預設(shè)溫度值，則直接根據(jù)增量PID算法控制壓縮機的頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一頻率為aJ-，壓縮機工作 在所述第一頻率下，在所述溫差從變化到所述預設(shè)溫度值時的溫差變化率為Xl ；所述第 二頻率為a 2fn。m，壓縮機工作在所述第二頻率下，在所述溫差從所述預設(shè)溫度值變化到0°C時的溫差變化率為x2，則所述頻率干預量Af利用下述計算力/二/丄-？二而)5所述4 為壓縮機的額定輸出頻率，所述、和a 2為壓縮機的頻率輸出百分比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述第一頻率大于所述第二頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述a工等于1。
5.一種空調(diào)器壓縮機頻率控制裝置，其特征在于，所述裝置包括 溫度檢測單元，用于檢測空調(diào)器所在房間的實際溫度；計算比較單元，用于計算所述實際溫度與空調(diào)器設(shè)定溫度之間的溫差，并將所述溫差 與預設(shè)溫度值進行比較；干預控制單元，用于對壓縮機頻率進行干預控制； 增量PID控制單元，用于對壓縮機頻率進行增量PID控制； 所述干預控制單元控制壓縮機頻率的過程為控制壓縮機工作在第一頻率，直至所述溫差等于所述預設(shè)溫度值；然后控制壓縮機工 作在第二頻率，直至所述溫差等于0°C ；利用壓縮機工作在第一頻率及第二頻率過程中的房間實際溫度變化率計算頻率干預 量Af ；在溫差等于0°C、且房間負荷不變化時，在所述第三頻率基礎(chǔ)上通過增量PID算法修正 壓縮機的工作頻率；在溫差等于0°C、且房間負荷變化時，控制壓縮機工作在第四頻率；所述第四頻率為在 所述第三頻率基礎(chǔ)上通過所述增量PID控制單元獲得的頻率；若所述溫差不大于所述預設(shè)溫度值，則直接利用所述增量PID控制單元控制壓縮機的頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制裝置，其特征在于，所述第一頻率為aJ,，壓縮機工作在所述第一頻率下，在所述溫差從變化到所述預設(shè)溫度值時的溫差變化率為Xl ；所述第 二頻率為a 2fn。m，壓縮機工作在所述第二頻率下，在所述溫差從所述預設(shè)溫度值變化到0°C時的溫差變化率為x2，則所述頻率干預量A f利用下述計算所述4 為壓縮機的額定輸出頻率，所述、和a 2為壓縮機的頻率輸出百分比。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制裝置，其特征在于，所述第一頻率大于所述第二頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制裝置，其特征在于，所述a工等于1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空調(diào)器壓縮機頻率控制方法及控制裝置，所述方法包括在空調(diào)器所在房間的實際溫度與空調(diào)器設(shè)定溫度間的溫差大于預設(shè)值時，先控制壓縮機工作在第一頻率，直至所述溫差等于所述預設(shè)溫度值；然后控制壓縮機工作在第二頻率，直至所述溫差等于0℃；在溫差等于0℃、且房間負荷不變化時，根據(jù)干預算法控制壓縮機頻率；在溫差等于0℃、且房間負荷變化時，根據(jù)干預算法及增量PID算法修正壓縮機的工作頻率；而在所述溫差不大于預設(shè)值時，則直接根據(jù)增量PID算法控制壓縮機的頻率。本發(fā)明根據(jù)溫差的不同采用不同的控制算法來調(diào)整壓縮機的頻率，能有效減少控制的超調(diào)，最大限度消除控制靜差，實現(xiàn)簡單、快速、穩(wěn)定的溫度調(diào)節(jié)。
文檔編號F24F11/00GK101832618SQ201010169218
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者康月, 張永良, 曹雙華, 殷顯鑫 申請人:海信(山東)空調(diào)有限公司