专利名称：一拖多空调的控制方法
技术领域：
本发明涉及空调领域，更具体地说，涉及一种应用于家用小型中央空调(户式中央空调)及变频空调控制领域的、一拖多空调的控制方法。
在一拖多小型中央空调领域，由于具有多台室内机，涉及到的控制量多，控制复杂性大，目前还没有成熟的控制方案。
另外，压缩机的控制是一套方案，电子膨胀阀的控制又是一套方案，甚至回气压力的控制又是一套方案，等等这些势必导致控制方案过于复杂，容易出现顾此失彼现象，特别在一拖多控制领域，具两台压缩机，其控制方法完全不同，多台室内机的控制目标温度不同，控制量多，更容易出现问题。
本发明通过在空调制冷系统的适当位置安装的各种温度传感器，将检测到的信号输入到预先设定好的控制调节系统，经过处理后输出，用于控制制冷系统中的压缩机及各个室内机的电子膨胀阀等机构，达到控制的目的。
本发明中用于一拖多空调的控制方法，包括以下步骤(1)、根据实际的室内温度Tr、用户设定温度Ts以及实际的室内机冷媒温度Tn，计算出实际的室内机冷媒温度Tn与目标冷媒温度Tn-set之间的冷媒温度差ΔTn；(2)、根据实际的室内机冷媒温度Tn、室外机冷媒温度Tg、室外温度Ta、压缩机总运转频率Hz以及实际的压缩机排气温度Tb，计算出实际的压缩机排气温度Tb与目标排气温度Tk之间的排气温度差ΔTb；(3)、由一个多变量控制器根据所述冷媒温度差ΔTn和排气温度差ΔTb计算出膨胀阀开度Ev的变化量ΔEv及运转频率Hz的变化量ΔHz，根据所述ΔEv和ΔHz，分别控制膨胀阀和压缩机。
根据本发明所述的方法，在所述第(3)步中，先由一个偏差补偿单元对所述冷媒温度差ΔTn进行补偿，将排气温度差ΔTb和补偿后的冷媒温度差ΔTn’同时输入到所述多变量控制器；然后由所述多变量控制器中的动态模型根据所述冷媒温度差ΔTn’和排气温度差ΔTb计算出膨胀阀开度变化量ΔEv及运转频率变化量ΔHz，分别用于控制膨胀阀和压缩机。
根据本发明所述的方法，在所述第(3)步中，先由一个偏差补偿单元同时对所述冷媒温度差ΔTn和排气温度差ΔTb进行补偿，将补偿后的ΔTn’和ΔTb’同时输入到所述多变量控制器；然后由所述多变量控制器中的动态模型根据所述补偿后的ΔTn’和ΔTb’计算出膨胀阀开度变化量ΔEv及运转频率变化量ΔHz，分别用于控制膨胀阀和压缩机。
根据本发明所述的方法，在所述第(3)步中，先由所述多变量控制器中的动态模型根据所述冷媒温度差ΔTn和排气温度差ΔTb计算出膨胀阀开度变化量ΔEv及运转频率变化量ΔHz；再将所述ΔEv和ΔHz输入到一个偏差补偿单元进行补偿，得出补偿后的开度变化量ΔEv’和运转频率变化量ΔHz’，分别用于控制膨胀阀和压缩机。
本发明的控制方法将系统内的压缩机、电子膨胀阀等采用一套动态偏差补偿方法进行设计解决，达到较好的控制效果，控制中系统的补偿系数可以根据机器的运转状态自动调整，控制的动态模型可以任意选用。采用的能力分配方案解决双压缩机的运转能力分配问题。
图2是本发明实施例一中控制系统主要部分的示意图；图3、4、5是本发明实施例一中控制系统的控制流程图；图6是本发明实施例二中控制系统主要部分的示意图；图7、8是本发明实施例二中控制系统的控制流程图；图9是本发明实施例三中控制系统主要部分的示意图；
图10、11是本发明实施例三中控制系统的控制流程图。
其中，室外机单元主要由可变容量压缩机101，定容量压缩机102，四通阀107，室外热交换器108，室内外机电子膨胀阀111、118，高低压储液器112、113，润滑油处理管路等部分组成。
在制冷工况时，冷媒流动顺序如下，并形成闭环制冷回路压缩机101、102→油分离器103、104→单向阀122→四通阀107→室外热交换器108→室外电子膨胀阀111→高压储液器112→室内电子膨胀阀118→室内热交换器119→四通阀107→低压储液器113→压缩机101、102。
在制热工况时，冷媒的流动顺序如下，并形成闭环制热回路压缩机101、102→油分离器103、104→单向阀122→四通阀107→室内热交换器119→室内电子膨胀阀118→高压储液器112→室外电子膨胀阀111→室外热交换器108→四通阀107→低压储液器113→压缩机101、102。
可见该空调系统采用了两台高性能的压缩机，一台为能力可变的压缩机101，另一台为定能力的压缩机102，运转过程中，通过两台压缩机的不同能力组合实现不同能级的能量输出，满足室内能力的需要。
从图1中可以看出，在上述的制冷系统的室外机单元中，在单向阀122与四通阀107之间装有排气温度传感器105，用于检测压缩机101、102的排气温度Tb；在低压储液器113与压缩机101、102之间装有回气温度传感器115，用于检测压缩机101、102的回气温度；在室外热交换器108的空气吸入口装有室外温度传感器110，用于检测室外机的工作环境温度Ta；在室外热交换器108内装有室外冷媒温度传感器109，用于检测工作中冷媒的温度Tg(可以是蒸发温度或冷凝温度)；在单向阀122与四通阀107之间装有排气压力传感器106，用于检测压缩机101、102的排气压力；在低压储液器113与压缩机之间装有回气压力传感器114，用于检测压缩机101、102的回气压力。
在上述的制冷系统的室内机单元中，在室内热交换器119的空气吸气口装有室内温度传感器120，用来检测室内机所在环境的温度Tr；在室内热交换器119内还装有室内冷媒温度传感器121，用于检测工作中的冷媒温度Tn。
从图1中可以看出，在两台压缩机101、102之间还装有油平衡管116，用于平衡两台压缩机之间的润滑油。油分离器103、104的作用是分离随压缩机排气带出的润滑油，并通过专门管路将润滑油送回各自的压缩机。
二、控制系统构成在控制系统中，控制器的主要部分如图2构成，空调运行中测得各种参数，如室外环境温度Ta，室内环境温度Tr等，均输入到控制器中，经过控制器的运算处理后，最后作为压缩机运转频率Hz、电子膨胀阀开度Ev信号脉冲输出，用来控制压缩机和电子膨胀阀，下面将说明其控制过程和过程中的参数含义、控制算法。
1、工作过程1-1、根据用户设定温度Ts和由室内温度传感器120所测得的室内温度Tr，通过加法器10计算出两者之间的温度差ΔTr；再通过目标蒸发/冷凝温度计算器11，计算出目标冷媒温度Tn-set；再经过加法器13计算出Tn-set与由室内冷媒温度传感器121所测得室内冷媒温度Tn之间的差值ΔTn(可以是蒸发温度ΔTe或冷凝温度ΔTc)，输出到偏差补偿单元15中。
1-2、另一方面，根据检测到的室外环境温度Ta、室外热交换器冷媒温度Tg、室内热交换器的冷媒温度Tn以及压缩机的运转频率Hz，通过目标排气温度计算器12计算出压缩机的目标排气温度Tk，再经加法器14计算压缩机的目标排气温度Tk与实际排气温度Tb的之间的差值ΔTb，输出到偏差补偿单元15。
1-3、偏差补偿单元15根据输入的ΔTn和ΔTb，把补偿系数定义为压缩机运转频率的一次函数，计算出函数，得到补偿后的偏差ΔTn’(可以是蒸发温度ΔTe’或冷凝温度ΔTc’)和ΔTb’，再输出到多变量控制器16。
1-4、多变量控制器16根据所输入的ΔTn’和ΔTb’，按照预先设定好的动态模型计算出膨胀阀开度的变化值ΔEv和频率变化值ΔHz，最后向电子膨胀阀输出Ev，向双压缩机运转能力计算器17输出频率Hz。
1-5、双压缩机运转能力计算器17根据所输入的总运转频率Hz，按照预先编定好的能力分配计算公式计算两台压缩机的各自运转能力代码N1，N2，并向两台压缩机发出运转指令，使压缩机按照预定要求运转。
在上述步骤中TS为设定室内温度，Ta为室外温度，Tr为室内温度，Tb为压缩机排气温度，Tg为室外机冷媒温度，Tn为室内机冷媒温度，Tk为压缩机目标排气温度，Hz为压缩机总运转频率，Ev为膨胀阀开度，N1为可变容量压缩机能量代码，N2为定容量压缩机能量代码。
2、算法-补偿的计算2-1、目标排气温度由下式计算得到TK＝A×TC+B×Te+C×Hz2+D×Hz+E×Ta…公式1其中A、B、C、D、E为常数，TC为冷媒的冷凝温度，Te为冷媒的蒸发温度。
2-2、目标蒸发温度的计算2-2-1、制冷时Tn-set=Tn-set+KP1×(ΔTr-ΔTr-1+ΔTr+ΔTr-12Ki1)]]>公式2其中，KP1、Ki1为常数，ΔTr为室温偏差，ΔTr-1为上一次取样的室温偏差。
2-2-2、制热时Tn-set=Tn-set+KP2×(ΔTr-ΔTr-1+ΔTr+ΔTr-12Ki2)]]>公式3其中，Kp2、Ki2为常数。
2-3、制冷时补偿温差计算ΔTe′＝ΔTe×(a×Hz+b)公式4、公式5ΔTb′＝ΔTb×(c×Hz+d)其中，a、b、c、d为常数，ΔTe为蒸发温度偏差，ΔTe′为补偿后的蒸发温度偏差。
2-4、制热时补偿温差计算
ΔTc′＝ΔTc×(e×Hz+f)公式6、公式7ΔTb′＝ΔTb×(g×Hz+h)其中，e、f、g、h为常数，ΔTc为冷凝温度偏差，ΔTc′补偿后的冷凝温度偏差。
上述算法中的常数a-h要根据试验来设定，使得试验系统在按照设定好的标准状态下运行时，各项的补偿系数为1，即在此状态下，上述偏差ΔTn(ΔTe或ΔTc)、ΔTb和补偿后的偏差ΔTn’(ΔTe’和ΔTc’)、ΔTb’是相同的。
在以上的讨论中，补偿系数设定为一次函数，但函数的形式不限于一次函数，任何形式的函数都可以。另外，控制量也不仅仅限于压缩机的运转频率和电子膨胀阀的开度，只要能反映空调运转状态的值或者量，均可以作为函数的变量。作为可以反映空调的运转状态的量，可以考虑以下几项冷媒的蒸发(冷凝)温度、压缩机的排气(回气)温度、室内机的环境温度、室外机的环境温度、冷媒的蒸发(冷凝)压力、压缩机的排气(回气)压力、空调负荷、热交换器出口的冷媒过冷度(过热度)等。
3、算法-控制量的计算多变量控制器16按照设定的动态模型以及由偏差补偿器输入的偏差ΔTb′、ΔTn′(ΔTe′·ΔTC′)，计算出ΔEv和ΔHz，最终向压缩机和电子膨胀阀输出信号Hz和Ev。
制冷时Z=A1×ZP+B1×[ΔTe′ΔTb′]]]>公式8[ΔHzΔEv]=C1×(Z-ZP)]]>公式9其中，A1、B1、C1为制冷时用的控制参数矩陈，ΔTe′为偏差补偿后的蒸发温度偏差，ΔTb′为偏差补偿后的排气温度偏差，ΔHz为压缩机运转的频率调节量，ΔEv为电子膨胀阀的开度调节量，Z为控制器的状态矢量，ZP为上一次取样时的控制器的状态矢量。
制热时Z=A2×ZP+B2×[ΔTc′ΔTb′]]]>公式10[ΔHzΔEv]=C2×(Z-ZP)]]>公式11其中，A2、B2、C2为制热时用的控制参数矩陈，ΔTc′为偏差补偿后的冷凝温度偏差。
通过上述方式，控制Hz和EV，使压缩机排气温度Tb逐渐接近压缩机目标排气温度TK，室内机冷媒温度Tn逐渐接近室内机冷媒目标温度Tn-set。
下面将根据图3至图5中所示的控制流程图来说明本发明实施例一中控制器的控制过程。
首先，如流程图3所示，空调运转开始，在步骤301进行初始化设定，初始化设定结束后移至步骤302，对室内控制时钟复位并开始，其后移至步骤303，启动子程序进行压缩机的运转，控制室内温度后移至步骤304，判断室温控制时钟是否超时。若未超时，则移至步骤305，等待所确定时间后回到步骤304，再进行上述判断，若室温控制时间已经超时，则回到302，对室内时钟进行复位、启动后移至步骤303进行室内温度Tr的控制，在实际运转过程中将重复此动作。
下面根据流程图4说明上述步骤303的子程序控制动作。首先在步骤401输入排气温度传感器、室温传感器、室内热交换器传感器等所检测到的信号，在步骤402判断是否要求进行制冷运转。
如果要求进行制冷运转，则从步骤402移至步骤403，计算出目标排气温度Tk以及目标蒸发温度Tn-set。即图2中的计算器11和12分别进行相关计算。
随后移至步骤404，由加法器14计算目标排气温度Tk与排气管温度传感器检测出的实际排气温度Tb之间的偏差ΔTb；同时，由加法器13计算出目标蒸发温度与室内热交换器冷媒温度传感器检测出的实际冷媒蒸发温度Tn之间的差值ΔTn。
接着到步骤405，偏差补偿单元15根据预先设定好的公式，根据两个加法器所输入的ΔTb和ΔTn，乘上根据压缩机的运转频率Hz计算出的补偿系数(a×Hz+b，c×Hz+d)，得到补偿后的偏差ΔTb’和ΔTn’。
继续移至步骤406，由多变量控制器16按照公式表示的动态模型，根据所输入的补偿后的偏差ΔTb’和ΔTn’，计算出压缩机的运转频率ΔHz和电子膨胀阀开度的控制量ΔEv。然后移至步骤407，向双压缩机运转能力分配计算器17输出总频率信号ΔHz，双压缩机运转能力分配计算器根据所输入的总频率信号变化量ΔHz，结合当前两台压缩机的工作状态，计算分配到各自压缩机的能力信号N1、N2。
移至步骤408，根据计算出的分配到各自压缩机的能力信号N1、N2，向两台压缩机发出驱动指令，驱动压缩机运转，输出相应的能力。同时向对应的电子膨胀阀输出开度的控制变量ΔEv，执行完毕后，控制程序返回到主程序上，通过反复进行以上步骤，达到控制制冷运转。
另外，在图4所示的流程中，当要求的是制热运转时，上述步骤402的判断结果为NO，控制步骤跳到流程图5的步骤501，与上述步骤403类似，根据传感器所采集的信号计算出目标排气温度Tk以及目标冷媒冷凝温度Tn-set。
接着到步骤502，加法器14计算目标排气温度Tk与排气管温度传感器检测出的实际排气温度Tb的偏差ΔTb；同时，加法器13计算目标冷凝温度与室内热交换器冷媒温度传感器检测出的实际冷媒冷凝温度Tc的差值ΔTc。
步骤503，计算补偿后的偏差ΔTb’和ΔTc’。
移至步骤504，与步骤406类似，多变量控制器16根据所输入的补偿后的偏差ΔTb’和ΔTn’，计算出压缩机的总运转频率ΔHz和电子膨胀阀开度的控制量ΔEv。然后移至步骤505，根据输入的ΔHz，向双压缩机运转能力分配计算器输出总频率改变信号ΔHz，双压缩机运转能力分配计算器根据所输入的总频率信号变化量ΔHz，结合当前两台压缩机的工作状态，计算分配到各自压缩机的能力信号N1、N2。
步骤506，与步骤408相似，根据计算出的分配到各自压缩机的能力信号N1、N2，向两台压缩机发出驱动指令，驱动压缩机运转，输出相应的能力，同时向对应的电子膨胀阀输出开度的控制变量ΔEv。执行完毕后，控制程序返回到主程序上，同样通过反复进行以上步骤，达到控制制热运转。
下面将根据图6至图8来说明本发明实施例二中控制器的控制过程。
从图6中可以看出，在实施例二中，其偏差补偿单元15设在多变量控制器16之后，对多变量控制器按照目标变量Te、Tk计算出的控制变量进行补偿，除此之外的其它部分与实施例一中相同。
具体的执行过程如流程图3、图7和图8所示，也就是说其主流程与实施例一完全相同，两个子流程与实施例一有区别。将图7与图4对比可以看出，步骤701、702、703、704、707、708分别与图4中的401、402、403、404、407、408相同，区别在于步骤705中先由多变量控制器计算出ΔHz、ΔEv，再到步骤706由偏差补尝单元15计算出ΔHz’、ΔEv’。
同样，将图8与图5对比可以看出，步骤801、802、805、806分别与图4中的501、502、505、506相同，区别在于步骤803中先由多变量控制器计算出ΔHz、ΔEv，再到步骤804由偏差补尝单元15计算出ΔHz’、ΔEv’。
下面将根据图9至图11来说明本发明实施例三中控制器的控制过程。
从图9中可以看出，在本发明实施例三中，改变了偏差补偿单元15的工作特性，与实施例一中补偿两个偏差ΔTb和ΔTn相比，此处只对加法器计算出来的室内冷媒温度偏差ΔTn进行补偿，本实施例中除偏差补偿单元以外其它部分与实施例一完全相同。
具体来讲，偏差补偿单元根据加法器计算出来的室内冷媒温度偏差ΔTn和压缩机的运转频率Hz，把补偿系数作为压缩机运转频率的一次函数，计算出室内冷媒温度偏差ΔTn的补偿系数，再把补偿系数和偏差ΔTn相乘，得到补偿后的偏差ΔTn’。
制冷时补偿单元按照以下公式计算出补偿后的偏差ΔTe’，ΔTe’＝ΔTe×(a×Hz+b)公式12
制热时补偿单元按照以下公式计算出补偿后的偏差ΔTc’，ΔTc’＝ΔTc×(a×Hz+b) 公式13以上两式中系数a，b为常数。
将图10与图4对比可以看出，除步骤105中只计算ΔTe’而不计算ΔTb’外，其余步骤101、102、103、104、106、107、108分别与图4中的401、402、403、404、406、407、408相同。
将图11与图5对比可以看出，除步骤113中只计算ΔTc’而不计算ΔTb’外，其余步骤111、112、114、115、116分别与图4中的401、402、404、405、406相同。
权利要求
1.一种用于一拖多空调的控制方法，其特征在于，包括以下步骤(1)、根据实际的室内温度Tr、用户设定温度Ts以及实际的室内机冷媒温度Tn，计算出实际的室内机冷媒温度Tn与目标冷媒温度Tn-set之间的冷媒温度差ΔTn；(2)、根据实际的室内机冷媒温度Tn、室外机冷媒温度Tg、室外温度Ta、压缩机总运转频率Hz以及实际的压缩机排气温度Tb，计算出实际的压缩机排气温度Tb与目标排气温度Tk之间的排气温度差ΔTb；(3)、由一个多变量控制器根据所述冷媒温度差ΔTn和排气温度差ΔTb计算出膨胀阀开度Ev的变化量ΔEv及运转频率Hz的变化量ΔHz，根据所述ΔEv和ΔHz，分别控制膨胀阀和压缩机。
2.根据权利要求1所述的一拖多空调的控制方法，其特征在于，在所述第(1)步中，先计算出实际的室内温度Tr与用户设定温度Ts之间的温度差ΔTr；然后根据所述温度差ΔTr，由目标冷媒温度计算器计算出目标冷媒温度Tn-set；最后计算出实际的室内机冷媒温度Tn与所述目标冷媒温度Tn-set之间的冷媒温度差ΔTn。
3.根据权利要求1所述的一拖多空调的控制方法，其特征在于，在所述第(2)步中，先由一个目标排气温度计算器根据所述实际的室内机冷媒温度Tn、室外机冷媒温度Tg、室外温度Ta以及压缩机总运转频率Hz，计算出压缩机目标排气温度Tk；然后再计算出实际的压缩机排气温度Tb与所述目标排气温度Tk之间的温度差排气ΔTb。
4.根据权利要求1所述的一拖多空调的控制方法，其特征在于，在所述第(3)步中，先由一个偏差补偿单元对所述冷媒温度差ΔTn进行补偿，将排气温度差ΔTb和补偿后的冷媒温度差ΔTn’同时输入到所述多变量控制器；然后由所述多变量控制器中的动态模型根据所述冷媒温度差ΔTn’和排气温度差ΔTb计算出膨胀阀开度变化量ΔEv及运转频率变化量ΔHz，分别用于控制膨胀阀和压缩机。
5.根据权利要求1所述的一拖多空调的控制方法，其特征在于，在所述第(3)步中，先由一个偏差补偿单元同时对所述冷媒温度差ΔTn和排气温度差ΔTb进行补偿，将补偿后的ΔTn’和ΔTb’同时输入到所述多变量控制器；然后由所述多变量控制器中的动态模型根据所述补偿后的ΔTn’和ΔTb’计算出膨胀阀开度变化量ΔEv及运转频率变化量ΔHz，分别用于控制膨胀阀和压缩机。
6.根据权利要求1所述的一拖多空调的控制方法，其特征在于，在所述第(3)步中，先由所述多变量控制器中的动态模型根据所述冷媒温度差ΔTn和排气温度差ΔTb计算出膨胀阀开度变化量ΔEv及运转频率变化量ΔHz；再将所述ΔEv和ΔHz输入到一个偏差补偿单元进行补偿，得出补偿后的开度变化量ΔEv’和运转频率变化量ΔHz’，分别用于控制膨胀阀和压缩机。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的一拖多空调的控制方法，其特征在于，在所述第(3)步中，将所述膨胀阀开度变化量ΔEv直接输出到电子膨胀阀以控制其开度；将所述压缩机运转频率的变化量ΔHz输入到一个双压缩机运转能力分配计算器，由所述能力分配计算器计算出两台压缩机各自的运转能力代码N1、N2以控制两台压缩机。
8.根据权利要求6所述的一拖多空调的控制方法，其特征在于，在所述第(3)步中，将所述膨胀阀开度变化量ΔEv’直接输出到电子膨胀阀以控制其开度；将所述压缩机运转频率的变化量ΔHz’输入到一个双压缩机运转能力分配计算器，由所述能力分配计算器计算出两台压缩机各自的运转能力代码N1、N2以控制两台压缩机。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的一拖多空调的控制方法，其特征在于，所述室内机冷媒温度差ΔTn包括冷媒蒸发温度差ΔTe或冷媒冷凝温度差ΔTc；所述补偿后的室内机冷媒温度差ΔTn’包括补偿后的冷媒蒸发温度差ΔTe’或补偿后的冷媒冷凝温度差ΔTc’。
全文摘要
本发明涉及空调领域中一拖多空调的控制方法，通过空调制冷系统的适当位置安装有各种温度传感器，将检测到的信号输入到预先设定好的控制调节系统，经过处理后输出，用于控制制冷系统中的压缩机及各个室内机的电子膨胀阀等机构，达到控制的目的。本发明采用一个整体方案解决了系统中的压缩机及电子膨胀阀控制的问题；同时强化室外机的控制功能，由室外机内的控制系统完成整个系统内的控制工作，可靠性高，维修方便。
文档编号F24F11/00GK1432765SQ02114749
公开日2003年7月30日 申请日期2002年1月11日 优先权日2002年1月11日
发明者黄国强, 黄冲, 招伟, 牛延宾 申请人:广东科龙电器股份有限公司