一種制冷系統(tǒng)的控制方法
【專利摘要】一種制冷系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：采集冷凝器出口的當前冷凝壓力；計算冷凝壓力偏差及冷凝壓力偏差變化率；將冷凝壓力偏差和冷凝壓力偏差變化率傳送給控制冷凝風機的模糊控制器，對冷凝風機的轉速進行調節(jié)；集蒸發(fā)器出口的當前蒸發(fā)壓力以及蒸發(fā)器的當前溫度；計算與當前蒸發(fā)壓力對應的蒸發(fā)溫度；計算吸氣過熱度、當前過熱度偏差及過熱度偏差變化率；將當前過熱度偏差和過熱度偏差變化率傳送給控制電子膨脹閥的模糊控制器，對電子膨脹閥的開度進行調節(jié)。本發(fā)明采用模糊控制策略調節(jié)制冷系統(tǒng)中的冷凝風機和電子膨脹閥，具有很好的抗擾動性，調節(jié)速度快，可避免各機械部件頻繁動作，有利于延長設備使用壽命。
【專利說明】
一種制冷系統(tǒng)的控制方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于制冷系統(tǒng)技術領域，特別涉及一種壓縮式制冷系統(tǒng)中防止系統(tǒng)波動的智能控制方法。
【背景技術】
[0002]制冷系統(tǒng)中總會存在著不可避免的干擾，例如壓縮機排氣壓力脈動、傳感器白噪聲等，這些干擾會給制冷系統(tǒng)中的系統(tǒng)參數(shù)及機械部件帶來不同程度且不必要的響應波動。而且，當制冷需求變化時，壓縮機、風機、電子膨脹閥等機械部件也會根據(jù)自己的邏輯進行調節(jié)，這些機械器件與系統(tǒng)參數(shù)之間相互影響、相互制約，關系錯綜復雜，存在著強耦合性，增加了系統(tǒng)波動的不可預測性。
[0003]如圖1所示，壓縮式制冷系統(tǒng)中各系統(tǒng)參數(shù)與機械器件之間的存在的相互影響關系主要有:冷凝壓力及其設定值控制冷凝風機轉速;冷凝風機轉速變化影響冷凝壓力;冷凝壓力與蒸發(fā)壓力相互影響；蒸發(fā)壓力變化影響吸氣過熱度;過熱度及其設定值控制電子膨脹閥(EEV)的開度;電子膨脹閥的開度變化影響吸氣過熱度；電子膨脹閥的開度變化影響冷凝壓力和蒸發(fā)壓力，以及其他不可預測關系。
[0004]現(xiàn)有技術中普遍采用PID控制器對制冷系統(tǒng)進行PID線性調節(jié)，例如對冷凝壓力而言，根據(jù)冷凝壓力與設定值之間的偏差來調節(jié)冷凝風機的轉速，使得冷凝壓力達到設定值。但在冷凝風機的調解過程中，吸氣過熱度也會隨之發(fā)生變化，即使冷凝壓力已經(jīng)調節(jié)到位，過熱度可能仍處于偏離設定值且不斷調節(jié)的過程中，此時電子膨脹閥會調節(jié)開度來使得吸氣過熱度接近設定值，而在電子膨脹閥開度調節(jié)過程中，又會反過來影響到冷凝壓力，導致冷凝壓力再次偏離設定值，冷凝壓力的PID控制器又會重新運算來控制冷凝風機，如此循環(huán)。即便采用分段調節(jié)、增加死區(qū)等策略，也很難使整個系統(tǒng)在短時間內達到平衡，反而造成整個系統(tǒng)長時間波動，甚至會導致某些參數(shù)無法收斂，從始至終都處于大幅波動中。系統(tǒng)的頻繁波動以及機械器件的頻繁動作會對設備壽命會造成嚴重影響。
[0005]而且，PID控制器的輸入量只有一個一壓力偏差，即只根據(jù)冷凝壓力當前值與設定值之間的差來調節(jié)冷凝風機，不能體現(xiàn)電子膨脹閥開度對冷凝壓力的反作用，同時PID控制器的積分環(huán)節(jié)存在滯后性，容易出現(xiàn)超調及波動。因此，需要一種可對制冷系統(tǒng)中各個參數(shù)進行快速穩(wěn)定調節(jié)且可有效防止制冷系統(tǒng)波動的控制方法。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種制冷系統(tǒng)的控制方法，采用非線性的控制策略，可以更好地對壓縮式制冷系統(tǒng)中具有強耦合關系的各個參數(shù)進行快速穩(wěn)定的調節(jié)，避免系統(tǒng)產(chǎn)生長時間的波動。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術解決方案:
[0008]—種制冷系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1、采集冷凝器出口的當前冷凝壓力Pl；
[0010]步驟2、計算當前冷凝壓力Pl與冷凝壓力設定值PO之間的冷凝壓力偏差dP;
[0011]步驟3、計算冷凝壓力偏差變化率rP，rP = (dP_dP_0) /t，其中，dP為當前冷凝壓力Pl與冷凝壓力設定值PO之間的冷凝壓力偏差，dP_0為上一次采樣時的冷凝壓力與冷凝壓力設定值PO之間的冷凝壓力偏差，t為采樣時間間隔；
[0012]步驟4、將當前冷凝壓力偏差dP和冷凝壓力偏差變化率rP傳送給控制冷凝風機的模糊控制器，如果當前冷凝壓力偏差dP及冷凝壓力偏差變化率rP在允許的誤差范圍內，則冷凝風機維持原來的運行狀態(tài)，直到下一次的壓力采樣，如果當前冷凝壓力偏差dP及冷凝壓力偏差變化率rP不在允許的誤差范圍內，模糊控制器計算出冷凝風機的轉速增量f_P，并對冷凝風機的轉速進行調節(jié)，使冷凝風機的轉速s = sO+f_P，其中，sO為冷凝風機的當前轉速；
[0013]步驟5、更新 dP_0，令 dP_0 = dP;
[0014]步驟6、采集蒸發(fā)器出口的當前蒸發(fā)壓力P2以及蒸發(fā)器的當前溫度Tl;
[0015]步驟7、根據(jù)當前蒸發(fā)壓力P2查表計算與當前蒸發(fā)壓力對應的蒸發(fā)溫度T2;
[0016]步驟8、計算吸氣過熱度ΔΤ = Τ1_Τ2;
[0017]步驟9、計算當前過熱度偏差dT=ΔΤ-Τ0，其中，TO為過熱度設定值；
[0018]步驟10、計算過熱度偏差變化率rT，rT=(dT_dT_0)/t，其中，dT為當前過熱度偏差，dT_o為上一次計算得到的過熱度偏差，t為采樣時間間隔；
[0019]步驟11、將當前過熱度偏差dT和過熱度偏差變化率rT傳送給控制電子膨脹閥的模糊控制器，如果當前過熱度偏差dT及過熱度偏差變化率rT在允許的誤差范圍內，則電子膨脹閥維持原來的運行狀態(tài)，直到下一次的壓力采樣，如果當前過熱度偏差dT及過熱度偏差變化率rT不在允許的誤差范圍內，模糊控制器計算出電子膨脹閥的開度增量€_!\并對電子膨脹閥的開度進行調節(jié)，使電子膨脹閥的開度k = kO+f_T，其中，k0為電子膨脹閥的當前開度；
[0020]步驟12、更新dT_0，令dT_0 = dT;返回步驟I重復運算。
[0021]由以上技術方案可知，本發(fā)明方法采用模糊控制策略調節(jié)制冷系統(tǒng)中的冷凝風機和電子膨脹閥，根據(jù)模糊控制的特性，由于其允許誤差的存在，使得系統(tǒng)具有很好的抗擾動性，可降低其耦合性；同時由于模糊控制器無積分環(huán)節(jié)，可以更好地對壓縮式制冷系統(tǒng)中具有強耦合關系的參數(shù)(冷凝壓力和過熱度)進行快速穩(wěn)定的調節(jié)，避免各機械部件頻繁動作，當冷凝壓力和過熱度都進入各自模糊控制器的允許誤差范圍內時即停止調節(jié)，使系統(tǒng)盡快進入穩(wěn)定狀態(tài)，延長設備使用壽命。
【附圖說明】
[0022]圖1為制冷系統(tǒng)中各參數(shù)之間相互影響的關系示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例制冷系統(tǒng)的示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明方法中各參數(shù)之間相互影響的關系示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明方法的流程圖。
[0026]以下結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細地說明。
【具體實施方式】
[0027]PID控制的主要優(yōu)點之一是無穩(wěn)態(tài)偏差，但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于制冷系統(tǒng)中的冷凝壓力和吸氣過熱度的調節(jié)而言，由于制冷系統(tǒng)各個參數(shù)不可能十分平穩(wěn)，壓縮機的變頻、脈動、傳感器的白噪聲、外界環(huán)境的短暫波動等都會使得采集到的物理量與設定值產(chǎn)生偏差，進而導致PID控制器不斷地對風機、電子膨脹閥等機械部件進行調節(jié)，使整個系統(tǒng)處于不停的波動當中，影響正常運行;加上制冷系統(tǒng)中的壓力、溫度等物理參數(shù)本身就有滯后性，PID的積分環(huán)節(jié)會加重滯后性。而模糊控制器的模糊控制策略對于控制參數(shù)允許其存在一定的誤差范圍，具有很好的抗擾動性，而且其中沒有積分環(huán)節(jié)，削弱了系統(tǒng)調節(jié)的滯后性，因此提出一種采用模糊控制策略的可以防止制冷系統(tǒng)波動的控制方法。
[0028]如圖2所示，制冷系統(tǒng)包括壓縮機1、冷凝器2、蒸發(fā)器3、電子膨脹閥4、冷凝風機5，其中，壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥4、蒸發(fā)器3通過管道依次連接。在冷凝器2的出口設置有第一壓力傳感器6，在蒸發(fā)器3的出口設置有第二壓力傳感器7，在蒸發(fā)器3盤管處設置有溫度傳感器8。
[0029]本發(fā)明方法采用模糊控制器分別對制冷系統(tǒng)中的冷凝風機5和電子膨脹閥4進行調節(jié)控制，模糊控制器的輸入變量有偏差值和偏差值的變化率，根據(jù)偏差值和偏差值的變化率通過模糊策略計算輸出控制增量，對冷凝風機和電子膨脹閥進行同步調節(jié)。
[0030]參照圖3和圖4，圖4本發(fā)明方法的流程圖，下面結合附圖對本發(fā)明的方法進行說明。本發(fā)明的控制方法包括以下步驟:
[0031 ]步驟1、采集冷凝器出口的當前冷凝壓力Pl ；
[0032]步驟2、計算當前冷凝壓力值Pl與冷凝壓力設定值PO之間的冷凝壓力偏差dP;冷凝壓力設定值為經(jīng)驗值，是由用戶根據(jù)制冷劑類型和壓縮機的規(guī)格進行設定的，不同的制冷劑和壓縮機都有特定的取值范圍；本實施例中采用型號為R407C的制冷劑，壓縮機采用380VAC變頻全封閉渦旋壓縮機，其額定制冷量24.5kW，冷凝壓力設定值設為16?18bar;
[0033]步驟3、計算冷凝壓力偏差變化率rP，rP = (dP_dP_0)/t，其中，dP為當前冷凝壓力值Pl與冷凝壓力設定值PO之間的冷凝壓力偏差，dP_0為上一次采樣時的冷凝壓力值與冷凝壓力設定值PO之間的冷凝壓力偏差，t為采樣時間間隔；系統(tǒng)進行第二次冷凝壓力的采樣后，即可計算冷凝壓力偏差變化率，并在后續(xù)步驟中調用模糊控制器；
[0034]步驟4、將當前冷凝壓力偏差dP和冷凝壓力偏差變化率rP傳送給控制冷凝風機的模糊控制器，如果當前冷凝壓力偏差dP及冷凝壓力偏差變化率rP在允許的誤差范圍內，則冷凝風機維持原來的運行狀態(tài)，直到下一次的壓力采樣，如果當前冷凝壓力偏差dP以及冷凝壓力偏差變化率rP不在允許的誤差范圍內，則模糊控制器根據(jù)dP與rP的隸屬度函數(shù)以及模糊規(guī)則表計算冷凝風機的轉速增量￡_?，并對冷凝風機的轉速進行調節(jié)，使冷凝風機的轉速s = sO+f_P，其中，sO為冷凝風機的當前轉速，轉速增量f_P可為正值或負值；
[0035]模糊控制方法是基于模糊數(shù)學的基本思想和理論的控制方法，其是在智能控制領域常用的一種非線性控制方法，將dP和rP作為模糊控制器的輸入變量，模糊控制器就可以根據(jù)模糊控制理論得到一個輸出量一轉速增量f_P，模糊控制理論是現(xiàn)有技術，模糊控制方法中輸入變量的隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則表都是根據(jù)經(jīng)驗所編寫，本領域技術人員只要確定輸入變量后即可采用相應的方法進行計算得到輸出量，此處對計算過程及具體方法不再贅敘；
[0036]由于風機調速是一個過程，具有一定滯后性，如果轉速增量太小時無法快速響應壓力變化，造成系統(tǒng)壓力過高或過低，太大時可能使壓力超調，造成壓力嚴重波動，根據(jù)實際實驗測試數(shù)據(jù)，本發(fā)明實施例計算得到的f_P為風機當前轉速的0.1?0.3倍；
[0037]步驟5、更新dP_0，用當前冷凝壓力值Pl與冷凝壓力設定值PO之間的冷凝壓力偏差dP替換原來的dP_0，即令dP_0 = dP;
[0038]步驟6、采集蒸發(fā)器出口的當前蒸發(fā)壓力P2以及蒸發(fā)器的當前溫度Tl;
[0039]步驟7、根據(jù)當前蒸發(fā)壓力P2查表計算出與當前蒸發(fā)壓力對應的蒸發(fā)溫度T2;本實施例得到當前蒸發(fā)壓力P2后，查詢對應制冷劑的《飽和物性參數(shù)表》并差值運算后即可知道對應的蒸發(fā)溫度T2;
[0040]步驟8、計算吸氣過熱度ΔΤ = Τ1_Τ2;
[0041 ]步驟9、計算當前過熱度偏差dT= ΔΤ-Τ0，其中，TO為過熱度設定值;過熱度設定值為經(jīng)驗值，是由用戶根據(jù)制冷劑類型和壓縮機的規(guī)格進行設定的，不同的制冷劑和壓縮機都有特定的取值范圍，過熱度設定值若太大容易導致壓縮機吸氣壓力增加，制冷劑流量減少，制冷量受損;太小容易導致壓縮機回液，嚴重時會形成液擊，因此需根據(jù)系統(tǒng)的具體情況進行設定;本實施例的過熱度設定值為3?10°C ；
[0042]步驟10、計算過熱度偏差變化率rT，rT=(dT_dT_0)/t，其中，dT為當前過熱度偏差，dT_0為上一次計算得到的過熱度偏差，t為采樣時間間隔；系統(tǒng)進行第二次的蒸發(fā)器溫度的采樣后，即可計算過熱度偏差變化率，并在后續(xù)步驟中調用模糊控制器；
[0043]步驟11、將當前過熱度偏差dT和過熱度偏差變化率rT傳送給控制電子膨脹閥的模糊控制器，如果當前過熱度偏差dT及過熱度偏差變化率rT在允許的誤差范圍內，則電子膨脹閥維持原來的運行狀態(tài)，直到下一次的壓力采樣，如果當前過熱度偏差dT及過熱度偏差變化率rT不在允許的誤差范圍內，則模糊控制器根據(jù)dT與rT的隸屬度函數(shù)以及模糊規(guī)則表計算電子膨脹閥的開度增量f_T，并對電子膨脹閥的開度進行調節(jié)，使電子膨脹閥的開度k= kO+f_T，其中，k0為電子膨脹閥的當前開度，開度增量f_T可為正值或負值；
[0044]同樣的，電子膨脹閥開度調節(jié)也是一個過程，具有滯后性，電子膨脹閥的開度增量取太小則無法快速響應過熱度變化，造成過熱度過大或過小，嚴重時造成回液，如果取太大則可能使過熱度超調，造成過熱度嚴重波動，嚴重時也可造成回液；根據(jù)實際實驗測試數(shù)據(jù)，本發(fā)明實施例計算得到的f_T為I?6步；
[0045]步驟12、更新dT_0，用當前過熱度偏差dT替換原來的dT_0，即令dT_0 = dT;返回步驟I重復運算。
[0046]本發(fā)明中涉及的允許的誤差范圍值為經(jīng)驗值，理論上允許的誤差范圍可為任意值，當允許的誤差范圍越大時，即允許的偏差值或偏差值變化率的誤差范圍越大，系統(tǒng)越容易穩(wěn)定，但同時系統(tǒng)反應也越不靈敏，考慮到壓縮機、管道、冷凝器等機械部件的承壓范圍，以及壓縮機回液、系統(tǒng)能效比等問題，根據(jù)試驗測試數(shù)據(jù)，本實施例的冷凝壓力偏差的誤差范圍為0.5bar，過熱度偏差的誤差范圍為TC，過熱度偏差變化率的誤差范圍為2k/s，冷凝壓力偏差變化率的誤差范圍為0.2bar/s，此時系統(tǒng)容易穩(wěn)定，且反應靈敏度適中。允許偏差值的誤差范圍及允許的偏差值變化率的誤差范圍是通過模糊控制器中相應的隸屬度函數(shù)來調整的，模糊控制算法本身會結合隸屬度函數(shù)來判斷dP、rP、dT、rT是否在允許的誤差范圍內。
[0047]本發(fā)明方法采用模糊控制器來控制電子膨脹閥和冷凝風機，模糊控制器的輸入?yún)⒘繛槠钪岛推钪档淖兓?，將冷凝壓力偏差值和冷凝壓力偏差變化率作為參?shù)傳送給控制冷凝風機的模糊控制器，滿足調節(jié)條件時，模糊控制器的輸出量為冷凝風機的轉速增量，通過轉速增量調節(jié)冷凝風機的當前轉速；同時，將過熱度偏差值和過熱度偏差變化率作為參數(shù)傳送給控制電子膨脹閥的模糊控制器，滿足調節(jié)條件時，模糊控制器的輸出量為電子膨脹閥的開度增量，通過開度增量調節(jié)電子膨脹閥的開度。這樣，當冷凝壓力偏差dP和冷凝壓力偏差變化率rP在允許誤差范圍內時，冷凝風機維持原來運行狀態(tài)，否則冷凝風機會迅速調整轉速，由于冷凝壓力的變化會引起過熱度變化，當dT和rT滿足調節(jié)條件時，電子膨脹閥開度也會進行調整，由此，即使冷凝風機調節(jié)時，冷凝壓力的變化引起過度熱的變化，由于電子膨脹閥可跟隨冷凝風機同步調整，可以避免相互影響的參數(shù)處于不斷循環(huán)調整的過程中，防止系統(tǒng)長期處于波動狀態(tài)中。
[0048]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。
【主權項】
1.一種制冷系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、采集冷凝器出口的當前冷凝壓力Pl; 步驟2、計算當前冷凝壓力Pl與冷凝壓力設定值PO之間的冷凝壓力偏差dP; 步驟3、計算冷凝壓力偏差變化率rP，rP = (dP_dP_0) /t，其中，dP為當前冷凝壓力Pl與冷凝壓力設定值PO之間的冷凝壓力偏差，dP_0為上一次采樣時的冷凝壓力與冷凝壓力設定值PO之間的冷凝壓力偏差，t為采樣時間間隔； 步驟4、將當前冷凝壓力偏差dP和冷凝壓力偏差變化率rP傳送給控制冷凝風機的模糊控制器，如果當前冷凝壓力偏差dP及冷凝壓力偏差變化率rP在允許的誤差范圍內，則冷凝風機維持原來的運行狀態(tài)，直到下一次的壓力采樣，如果當前冷凝壓力偏差dP及冷凝壓力偏差變化率rP不在允許的誤差范圍內，模糊控制器計算出冷凝風機的轉速增量f_P，并對冷凝風機的轉速進行調節(jié)，使冷凝風機的轉速s = sO+f_P，其中，sO為冷凝風機的當前轉速； 步驟5、更新dP_0，令dP_0 = dP ； 步驟6、采集蒸發(fā)器出口的當前蒸發(fā)壓力P2以及蒸發(fā)器的當前溫度Tl; 步驟7、根據(jù)當前蒸發(fā)壓力P2查表計算與當前蒸發(fā)壓力對應的蒸發(fā)溫度T2; 步驟8、計算吸氣過熱度ΔΤ = Τ1-Τ2; 步驟9、計算當前過熱度偏差dT= Δ T-TO，其中，TO為過熱度設定值； 步驟10、計算過熱度偏差變化率rT，rT=(dT_dT_0)/t，其中，dT為當前過熱度偏差，dT_O為上一次計算得到的過熱度偏差，t為采樣時間間隔； 步驟11、將當前過熱度偏差dT和過熱度偏差變化率rT傳送給控制電子膨脹閥的模糊控制器，如果當前過熱度偏差dT及過熱度偏差變化率rT在允許的誤差范圍內，則電子膨脹閥維持原來的運行狀態(tài)，直到下一次的壓力采樣，如果當前過熱度偏差dT及過熱度偏差變化率rT不在允許的誤差范圍內，模糊控制器計算出電子膨脹閥的開度增量11\并對電子膨脹閥的開度進行調節(jié)，使電子膨脹閥的開度k = kO+f_T，其中，k0為電子膨脹閥的當前開度； 步驟12、更新dT_0，令dT_0 = dT;返回步驟I重復運算。2.根據(jù)權利要求1所述的制冷系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述冷凝風機的轉速增量f_P為風機當前轉速的0.1?0.3倍。3.根據(jù)權利要求1所述的制冷系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述電子膨脹閥的開度增量f_T為I?6步。4.根據(jù)權利要求1所述的制冷系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述冷凝壓力偏差的誤差范圍為0.5bar。5.根據(jù)權利要求1所述的制冷系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述過熱度偏差的誤差范圍為l°c。6.根據(jù)權利要求1所述的制冷系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述過熱度偏差變化率的誤差范圍為2k/s。7.根據(jù)權利要求1所述的制冷系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述冷凝壓力偏差變化率的誤差范圍為0.2bar/s。
【文檔編號】F25B49/02GK105972896SQ201610345698
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】石健, 馮德樹
【申請人】深圳市英維克科技股份有限公司