用于控制多区蒸汽压缩系统的系统和方法以及永久计算机可读存储介质技术方案

技术编号:20122572 阅读:24 留言:0更新日期:2019-01-16 12:54
一种控制多区蒸汽压缩系统(MZ‑VCS)的系统。该系统包括控制器,其使用一组控制输入来控制MZ‑VCS的蒸汽压缩循环,该组控制输入通过优化包括一组控制参数的成本函数来确定。该优化受约束,并且其中,成本函数在预测时域上优化。系统还包括存储器,其存储由定义各热交换器的有效或无效模式的MZ‑VCS的构造参数化的优化函数,优化函数根据当前构造修改对于完全构造确定的成本函数的控制参数的值,该完全构造包括处于有效模式的所有热交换器。系统还包括处理器,其确定MZ‑VCS的当前构造,并且通过向优化函数提交当前构造来更新成本函数。

Systems and methods for controlling multi-zone steam compression systems and permanent computer readable storage media

A system for controlling multi-zone steam compression system (MZ VCS). The system includes a controller, which uses a set of control inputs to control the steam compression cycle of MZ VCS. The control inputs are determined by optimizing a set of cost functions including control parameters. The optimization is constrained, and the cost function is optimized in the prediction time domain. The system also includes storage, which is parameterized by the structure of MZ_VCS, which defines the effective or invalid modes of each heat exchanger. The optimization function modifies the values of the control parameters for the fully constructed cost function according to the current structure, which includes all heat exchangers in the effective mode. The system also includes a processor that determines the current structure of MZ_VCS and updates the cost function by submitting the current structure to the optimization function.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制多区蒸汽压缩系统的系统和方法以及永久计算机可读存储介质
本专利技术涉及蒸汽压缩系统,更具体地涉及用于控制多区蒸汽压缩系统的系统和方法。
技术介绍
为了执行制冷或制热运行,使得可以维持或改善室内空间中的居住者的舒适性,蒸汽压缩系统(VCS)使热能在低温环境与高温环境之间移动。例如,为了在制冷运行中降低室内温度或减轻热能渗入室内空间的效果,可以从室内空间向室外空间移动热量。相反,为了在制热运行中升高室内温度或减轻热能漏出室内空间的效果,可以从室外空间向室内空间移动热量。多区蒸汽压缩系统(MZ-VCS)包括至少单个压缩机和单个室外热交换器,该单个室外热交换器连接到设置在一个或更多个室内区域中的多个室内热交换器。制冷剂流被分在热交换器之间,并且用设置在室内热交换器与室外热交换器之间的流量计量阀调整。这些流量计量阀还可以充当为了完成蒸汽压缩循环而降低制冷剂温度和压力所需的主压降低装置。取决于连接到压缩机的四通阀的状态,高压制冷剂可以从压缩机流到室外单元(在这种情况下,室外单元热交换器是冷凝器,并且热交换器热交换器是蒸发器)或者制冷剂可以从压缩机流到热交换器,并且室内和室外热交换器的角色颠倒。近来功率电子器件和低成本微控制器的进步已经引向变速压缩机、电子控制阀以及变速风扇。必须协调这些致动器的控制,以实现区域温度调节,使能耗最小化,并且强加机器限制,诸如制冷剂的最大安全压力或系统部件的最大安全温度。需要将MZ-VCS的整体操作控制为使得强加各种约束。例如,为了设备安全,不应违反特定最大或最小温度和压力。一些控制器反应性地强加约束,即,一旦检测到危险情况,则采取校正动作。在该策略中,约束的违反可能在控制器发布校正动作的同时发生一段时间,因此,保守地选择发起校正动作的阈值,以考虑可能发生的违反。并且因为最高系统性能的操作机制经常靠近约束,所以具有被设计为远离约束操作的反应约束管理的控制器牺牲了最高性能的区域,参见例如EP2469201。特定于多区系统的一个重要要求是在保持热交换器继续提供服务的同时停用一个或更多个热交换器的能力。无效热交换器以关闭的关联膨胀阀为特征,这使得穿过热交换器热交换器的制冷剂流停止,从而防止与对应区域的热交换。另外,将气温调节至设定点的控制目标不适用于热交换器无效的区域中。有效和无效热交换器的特定组合被称为系统构造或仅被称为构造。在商业MZ-VCS中,常见的是具有连接到室外单元的50个热交换器,这创建250=1.1×1015个可能构造。在热交换器从有效状态变为无效状态时,MZ-VCS被称为已经重构,并且许可重构的系统被称为可重构的。因此,本领域中需要控制受约束的可重构MZ-VCS的每一个可能构造的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的一些实施方式的目的是提供用于控制多区蒸汽压缩系统(MZ-VCS)的操作的系统和方法。本专利技术的一些实施方式的另一个目的是提供这样的系统和方法,其用于使用系统动态学的模型确定并求解优化问题使得实施对MZ-VCS的操作的约束来预测地控制蒸汽压缩系统。一些实施方式的另一个目的是控制许可区域变得有效或无效的MZ-VCS的操作。进一步地,一些实施方式的目的是控制器可以被在线修改为适应特定机器构造,即,有效和无效的热交换器的特定组合。预测控制(例如,模型预测控制(MPC))基于成本函数的迭代有限时域优化,该成本函数描述受控系统的操作,并且具有响应当前情况预测MZ-VCS并采取适当控制动作的能力。进一步地,约束可以包括在该优化问题的公式化中。本专利技术的一些实施方式基于以下认识:MPC提供包括约束的保证实施的蒸汽压缩系统控制的吸引特性。因为可以保证约束实施,所以更积极约束的选择可以引起更高的性能,诸如更快的房间温度响应或更宽范围的室外空气情况上的安全操作。MPC求解优化问题,该优化问题编码与每一个区域的变化如何影响控制目标有关的信息。因为停用区域从根本上改变优化问题的结构,所以需要指定特定于每一个系统构造的不同优化问题,但手动指定每一个构造的优化问题对于大量可能构造不实际。进一步地,编码不同优化问题的多组不同控制器参数将全部需要在运行时可用,这需要比通常可用于嵌入式硬件的显著更多的、用于参数储存的存储。然而,认识到可以获得描述MZ-VCS的动态的结构化模型,其揭示MZ-VCS固有的特定耦合。具体地,一些实施方式基于以下理解:虽然由于室外单元部件引起的变化影响每一个热交换器且各热交换器影响室外单元,但特定热交换器在很大程度上不影响彼此。这种耦合引起展示特定结构的动态模型,即描述从控制输入到测量的MZ-VCS动态的方程组当以矩阵形式汇集时引起矩阵内的零值和非零值元素的特定模式。还认识到,通过利用该模式,可以由系统构造公式化并参数化优化问题,并且如果给定系统构造,则可以自动获得特定于给定构造的优化问题。进一步地,可以通过将模型结构进一步用于计算结构化控制参数来保证因使用任意特定优化问题产生的闭环稳定性。这样,开发可重构控制系统,其保持对于任意构造稳定的、MPC的约束实施优点,并且在没有对于每一个系统构造手动指定不同优化问题的负担的情况下也这样开发。因此,一个实施方式公开了一种用于控制多区蒸汽压缩系统(MZ-VCS)的系统,该MZ-VCS包括压缩机,该压缩机连接到用于控制一组区域中的环境的一组热交换器。该系统包括:控制器,该控制器使用一组控制输入来控制所述MZ-VCS的蒸汽压缩循环,所述一组控制输入通过优化包括一组控制参数的成本函数来确定,其中所述优化受约束,并且其中,所述成本函数在预测时域上优化;存储器,该存储器存储由定义各热交换器的有效模式或无效模式的所述MZ-VCS的构造参数化的优化函数,其中所述优化函数根据构造修改所述成本函数的所述控制参数的值,;以及处理器,该处理器确定所述MZ-VCS的当前构造,并且通过向所述优化函数提交所述当前构造来更新所述成本函数另一个实施方式公开了一种用于控制多区蒸汽压缩系统(MZ-VCS)的方法,该MZ-VCS包括压缩机,该压缩机连接到用于控制一组区域中的环境的一组热交换器。该方法包括以下步骤:确定定义所述MZ-VCS中的各热交换器的有效模式或无效模式的所述MZ-VCS的当前构造;通过向由所述MZ-VCS的构造参数化的优化函数提交所述当前构造来更新成本函数中的控制参数的至少一些值,其中,所述优化函数根据所述当前构造来修改所述成本函数的所述控制参数的值;以及使用一组控制输入来控制所述MZ-VCS的蒸汽压缩循环,所述一组控制输入通过优化受约束的所述成本函数来确定。所述方法的步骤使用处理器来执行。又一个实施方式公开了一种永久计算机可读存储介质,在该介质上实施能由处理器执行的程序,以执行以下方法。所述方法包括以下步骤:确定定义MZ-VCS中的各热交换器的有效模式或无效模式的所述MZ-VCS的当前构造;通过向由所述MZ-VCS的构造参数化的优化函数提交所述当前构造来更新成本函数中的控制参数的至少一些值,其中,所述优化函数根据所述当前构造来修改所述成本函数的所述控制参数的值;以及使用一组控制输入来控制所述MZ-VCS的蒸汽压缩循环,所述一组控制输入通过优化受约束的所述成本函数来确定。定义在描述本专利技术的实施方式时,以下定义适用于全文(包括上述)。“计算机”指本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种用于控制多区蒸汽压缩系统即MZ‑VCS的系统,该MZ‑VCS包括压缩机,该压缩机连接到用于控制一组区域中的环境的一组热交换器,该系统包括:控制器,该控制器使用一组控制输入来控制所述MZ‑VCS的蒸汽压缩循环,所述一组控制输入通过优化包括一组控制参数的成本函数来确定,其中所述优化受约束,并且其中,所述成本函数在预测时域上优化;存储器,该存储器存储由定义各热交换器的有效模式或无效模式的所述MZ‑VCS的构造参数化的优化函数,其中所述优化函数根据当前构造修改针对完全构造确定的所述成本函数的所述控制参数的值,该完全构造包括处于所述有效模式的所有热交换器;以及处理器,该处理器确定所述MZ‑VCS的所述当前构造,并且通过向所述优化函数提交所述当前构造来更新所述成本函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.06 US 15/174,3771.一种用于控制多区蒸汽压缩系统即MZ-VCS的系统,该MZ-VCS包括压缩机,该压缩机连接到用于控制一组区域中的环境的一组热交换器,该系统包括:控制器,该控制器使用一组控制输入来控制所述MZ-VCS的蒸汽压缩循环,所述一组控制输入通过优化包括一组控制参数的成本函数来确定,其中所述优化受约束,并且其中,所述成本函数在预测时域上优化;存储器,该存储器存储由定义各热交换器的有效模式或无效模式的所述MZ-VCS的构造参数化的优化函数,其中所述优化函数根据当前构造修改针对完全构造确定的所述成本函数的所述控制参数的值,该完全构造包括处于所述有效模式的所有热交换器;以及处理器,该处理器确定所述MZ-VCS的所述当前构造,并且通过向所述优化函数提交所述当前构造来更新所述成本函数。2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述构造是二进制向量,该二进制向量具有带第一值的元素,该第一值用于处于所述无效模式的所述热交换器,并且该二进制向量具有带第二值的元素,该第二值用于处于所述有效模式的所述热交换器,其中,构造向量中的元素的指数与对应热交换器的指数匹配。3.根据权利要求1所述的系统,其中,所述控制参数的结构与所述MZ-VCS的模型的结构对应,使得在控制参数与所述MZ-VCS中的热交换器之间存在对应关系,并且其中,所述优化函数在对应的热交换器处于所述有效模式时保存所述控制参数的值,并且在对应的热交换器处于所述无效模式时修改分块的值。4.根据权利要求1所述的系统,其中,所述控制参数包括至少一个分块对角矩阵,在所述矩阵的对角线上的各分块的指数与对应的热交换器的指数匹配,并且针对对应的热交换器来确定在所述矩阵的对角线上的各分块的值,其中,所述优化函数在对应的热交换器处于所述有效模式时保存所述分块的值,并且在对应的热交换器处于所述无效模式时修改所述分块的值。5.根据权利要求4所述的系统,其中,所述至少一个分块对角矩阵包括其元素补偿所述MZ-VCS的输出的性能补偿矩阵Q、其元素补偿所述MZ-VCS的控制输入的控制补偿矩阵R、以及其元素补偿所述MZ-VCS的终端状态的终端成本矩阵P中的一者或它们的组合。6.根据权利要求5所述的系统,其中,所述优化函数在对应的热交换器处于所述无效模式时用零替换所述性能补偿矩阵Q和所述终端成本矩阵P的分块的值,并且其中,所述优化函数在对应的热交换器处于所述无效模式时用比所述控制补偿矩阵的初始值大的值替换所述控制补偿矩阵R的分块的值。7.根据权利要求4所述的系统,其中,所述控制参数的值的修改保存所述分块对角矩阵的维数。8.根据权利要求1所述的系统,该系统还包括:与所述一组热交换器对应的一组容量控制器,用于将所述一组控制参数变换成所述热交换器中的阀的位置。9.根据权利要求1所述的系统,该系统还包括:至少一个输入界面,用于接受所述MZ-VCS中的各热交换器的模式的值,其中,所述处理器基于从所述输入界面接收的所述模式的值来确定所述当前构造。10.根据权利要求1所述的系统,该系统还包括:一组传感器,所述一组传感器用于测量由所述MZ-VCS控制的对应区域中的温度;和一组输入装置,所述一组输入装置用于设定对应区域中的期望温度,其中,所述处理器基于来自所述一组传感器的测量和所述期望温度的值来确定所述当前构造。11.一种用于控制多区蒸汽压缩系统即MZ-VCS的方法,该MZ-VCS包括压缩机,该压缩机连接到用于控制一组区域中的环境的一组热交换器,该方法包括以下步骤:确定定义所述MZ-VCS中的各热交换器的有效模式或无效模式的所述MZ-VCS的当前构造;通过向由所述MZ-VCS的构造参数化的优化函数提交所述当前构造来更新成本函数中的控制参数的...

【专利技术属性】
技术研发人员:D·J·伯恩斯周俊强C·丹尼尔森S·迪卡拉诺
申请(专利权)人:三菱电机株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1