一种热泵的变频控制装置与控制方法制造方法及图纸

本公开提出了一种热泵的变频控制装置与控制方法，包括：由蒸发器、压缩机、冷凝器、电子膨胀阀构成的回路，所述电子膨胀阀由驱动器在控制器的控制下驱动，所述压缩机由变频器在控制器的控制下变频控制；所述控制器接收所采集的蒸发器出口制冷剂温度和压力、室内温度，所述控制器基于实时采集的数据采用双变量自适应模糊控制策略实现压缩机变频器频率和电子膨胀阀开度对室内温度和蒸发器出口制冷剂过热度的分别控制。该控制装置利用电子膨胀阀控制蒸发器出口制冷剂的过热度，通过调节压缩机的运行频率来控制室内温度。

A Frequency Conversion Control Device and Control Method for Heat Pump

【技术实现步骤摘要】
一种热泵的变频控制装置与控制方法
本公开涉及变频热泵控制
，特别是涉及一种热泵的变频控制装置与控制方法。
技术介绍
近年来随着智能控制理论及变频技术的飞速发展，热泵装置的智能控制成为了暖通空调节能领域的研究热点。采用科学的变频控制策略不仅可以提高热泵的工作效率，而且在一定程度上避免了资源的过度浪费。目前的热泵控制无法随着环境温度、热负荷需求等工况的变化实时调节热泵系统的运行状态，运行效率较低。造成这种状况的主要原因有以下两个方面：1、热泵系统是一个大滞后强耦合的非线性系统，常规的控制策略往往采用定常控制参数来实现系统控制，很难保证系统在各种工况下的控制精度；2、控制系统每个控制量的变化很容易引起整个系统的振荡，影响系统的换热效率。本专利技术在保证热泵系统高效运行的前提下，利用模糊控制的方法提出了变参数的多变量控制策略，实现热泵系统的变频控制。
技术实现思路
本说明书实施方式的目的是提供一种热泵的变频控制装置，该控制装置利用电子膨胀阀控制蒸发器出口制冷剂的过热度，通过调节压缩机的运行频率来控制室内温度。使热泵系统随着环境温度、热负荷需求等工况的变化实时调节热泵系统的运行状态，确保系统的运行效率一直保持最优。本说明书实施方式提供一种热泵的变频控制装置，通过以下技术方案实现：包括：由蒸发器、压缩机、冷凝器、电子膨胀阀构成的回路，所述电子膨胀阀由驱动器在控制器的控制下驱动，所述压缩机由变频器在控制器的控制下变频控制；所述控制器接收所采集的蒸发器出口制冷剂温度和压力、室内温度，所述控制器基于实时采集的数据采用双变量自适应模糊控制策略实现压缩机变频器频率和电子膨胀阀开度对室内温度和蒸发器出口制冷剂过热度的分别控制。进一步的技术方案，所述控制器与数据输入模块通信，接收数据输入模块所采集的蒸发器出口制冷剂温度和压力、室内温度。进一步的技术方案，所述控制器包括第一控制器、第二控制器、第三控制器及第四控制器；将室内温度与室内温度设定值的差值分别输入至第一控制器及第二控制器；将蒸发器出口制冷剂过热度与制冷剂过热度设定值的差值分别输入至第三控制器及第四控制器；蒸发器出口过热度为蒸发器出口制冷剂温度与压力所对应的饱和蒸发温度的差值；四个控制器均采用自适应模糊PID控制方法获得参数自整定值，将第一控制器和第三控制器的计算结果相加作为压缩机变频器的输入，将第二控制器和第四控制器的计算结果相加作为电子膨胀阀驱动器的输入，实时调节压缩机频率和电子膨胀阀开度，形成闭环反馈控制，使室内温度和制冷剂过热度逼近设定值。本说明书实施方式提供一种热泵的变频控制方法，通过以下技术方案实现：包括：假设热泵系统的双输入双输出均为一阶加纯滞后的过程，对热泵系统建模；其中，双输入为：室内温度和蒸发器出口制冷剂过热度，双输出为：压缩机变频器频率和电子膨胀阀开度；利用最小二乘法辨识获得模型的参数；根据热泵系统模型的参数进一步确定控制器的初始参数；利用自适应模糊控制的方法，根据不同工况的系统变量值实时调整控制器的参数,得到控制器的输出值，从而得到相应的控制电参数控制变频器的输出频率和电子膨胀阀的开度.进一步的技术方案，所建立的模型描述的是电子膨胀阀的开度和压缩机变频器的频率对蒸发器出口制冷剂的过热度的影响，以及电子膨胀阀的开度和压缩机变频器的频率对冷凝器周围环境温度的影响。进一步的技术方案，利用最小二乘法辨识获得模型的参数，具体为：分别给压缩机变频器和电子膨胀阀设定一初始值，运行热泵系统；系统稳定后，首先给压缩机变频器一阶跃信号，每隔数据采样周期分别记录冷凝器周围环境温度和蒸发器出口制冷剂过热度一次，直至阶跃响应稳定；再给电子膨胀阀一阶跃信号，每隔数据采样周期分别记录冷凝器周围环境温度和蒸发器出口制冷剂过热度一次，直至阶跃响应稳定；将压缩机频率阶跃变化时获得的冷凝器周围环境温度和蒸发器出口制冷剂过热度分别代入线性回归方程组获得相应的系统参数；将电子膨胀阀开度阶跃变化时所获得的冷凝器周围环境温度实验数据、蒸发器出口制冷剂过热度实验数据分别代入线性回归方程组获得相应的系统参数。进一步的技术方案，所述控制器的数量为四个，均采用增量型PID算式描述，其中Kp、Ki、Kd为PID控制器的整定参数，利用Ziegler-Nichols方法对PID参数初始值进行整定。进一步的技术方案，利用自适应模糊控制的方法，根据不同工况的系统变量值实时调整控制器的参数，具体为：不断检测环境温度和制冷剂过热度，并与控制器初始设定值进行比较，在规定采样周期内计算出实测值与设定值的偏差和偏差变化率；通过模糊推理，获得相应的输出变量ΔKp、ΔKi和ΔKd，再将获得的整定参数代入公式Kp＝Kp'+ΔKp、Ki＝Ki'+ΔKi和Kd＝Kd'+ΔKd中得到控制器的输出值，从而得到相应的控制电参数控制变频器的输出频率和电子膨胀阀的开度，在此过程中控制器参数实现了随工况变化实时整定。进一步的技术方案，参数Kp、Ki、Kd的自整定原则：(1)当偏差大于第一设定值时，应取较大的Kp和较小的Kd，Ki值要小，通常取Ki＝0；(2)当偏差大于第二设定值小于第一设定值时，Kp应取小一些，Kd的取值应取小一些，而Ki的取值要适当；(3)当偏差小于第二设定值的时候，应增大Kp、Ki的值，应适当的选取Kd，选取的原则是：当偏差变化率较小时，Kd应取大一些；当偏差变化率较大时，Kd应取较小的值，通常Kp应为中等大小。进一步的技术方案，所述控制器设为二维结构，其输入分别为设定值与测量值的偏差e和偏差变化率ec；控制器1和控制器2的输入为语言变量e1和ec1，其中语言变量e1为室内温度的设定值与测量值的差值，语言变量ec1为室内温度的设定值与测量值的差值变化率；控制器3和控制器4的输入为语言变量e2和ec2，其中语言变量e2为蒸发器出口制冷剂的过热度设定值与测量值的偏差，语言变量ec2为蒸发器出口制冷剂的过热度设定值与测量值的偏差变化率。进一步的技术方案，模糊控制器的输入变量为连续变量，在模糊化的过程中首先需要将输入量的连续论域转化为有限整数的离散论域：根据语言变量的取值范围确定量化因子；模糊控制器的输入可以利用已确定的量化因子描述；进一步的技术方案，设置输入语言变量的语言值，将语言值设为“相当高”、“比较高”、“略高”、“正好”、“略低”、“比较低”、“相当低”7档，可以用模糊子集{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}表示。进一步的技术方案，建立能够反映室内温度和制冷剂过热度控制规则准则的模糊控制状态表，进而得到模糊关系；运用模糊关系进行模糊推理得到模糊输出量，将模糊输出量用最大隶属度法进行解模糊处理，获得控制器的精确输出量，其中，模糊控制器的实际输出量利用已确定的比例因子描述；将PID控制器参数初始值与参数修正量相加，可实时获得当前控制器的整定值。进一步的技术方案，控制器1的整定值Kp1＝Kp1'+ΔKp1、Ki1＝Ki1'+ΔKi1和Kd1＝Kd1'+ΔKd1；控制器2的整定值Kp2＝Kp2'+ΔKp2、Ki2＝Ki2'+ΔKi2和Kd2＝Kd2'+ΔKd2；控制器3的整定值Kp3＝Kp3'+ΔKp3、Ki3＝Ki3'+ΔKi3和Kd3＝Kd3'+ΔKd3；控制器4的整定值Kp4＝Kp4'+ΔKp4、Ki4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热泵的变频控制装置，其特征是，包括：由蒸发器、压缩机、冷凝器、电子膨胀阀构成的回路，所述电子膨胀阀由驱动器在控制器的控制下驱动，所述压缩机由变频器在控制器的控制下变频控制；所述控制器接收所采集的蒸发器出口制冷剂温度和压力、室内温度，所述控制器基于实时采集的数据采用双变量自适应模糊控制策略实现压缩机变频器频率和电子膨胀阀开度对室内温度和蒸发器出口制冷剂过热度的分别控制。

【技术特征摘要】
1.一种热泵的变频控制装置，其特征是，包括：由蒸发器、压缩机、冷凝器、电子膨胀阀构成的回路，所述电子膨胀阀由驱动器在控制器的控制下驱动，所述压缩机由变频器在控制器的控制下变频控制；所述控制器接收所采集的蒸发器出口制冷剂温度和压力、室内温度，所述控制器基于实时采集的数据采用双变量自适应模糊控制策略实现压缩机变频器频率和电子膨胀阀开度对室内温度和蒸发器出口制冷剂过热度的分别控制。2.如权利要求1所述的一种热泵的变频控制装置，其特征是，所述控制器与数据输入模块通信，接收数据输入模块所采集的蒸发器出口制冷剂温度和压力、室内温度。进一步的技术方案，所述控制器包括第一控制器、第二控制器、第三控制器及第四控制器；将室内温度与室内温度设定值的差值分别输入至第一控制器及第二控制器；将蒸发器出口制冷剂过热度与制冷剂过热度设定值的差值分别输入至第三控制器及第四控制器；蒸发器出口过热度为蒸发器出口制冷剂温度与压力所对应的饱和蒸发温度的差值；四个控制器均采用自适应模糊PID控制方法获得参数自整定值，将第一控制器和第三控制器的计算结果相加作为压缩机变频器的输入，将第二控制器和第四控制器的计算结果相加作为电子膨胀阀驱动器的输入，实时调节压缩机频率和电子膨胀阀开度，形成闭环反馈控制，使室内温度和制冷剂过热度逼近设定值。3.一种热泵的变频控制方法，其特征是，包括：假设热泵系统的双输入双输出均为一阶加纯滞后的过程，对热泵系统建模；其中，双输入为：室内温度和蒸发器出口制冷剂过热度，双输出为：压缩机变频器频率和电子膨胀阀开度；利用最小二乘法辨识获得模型的参数；根据热泵系统模型的参数进一步确定控制器的初始参数；利用自适应模糊控制的方法，根据不同工况的系统变量值实时调整控制器的参数,得到控制器的输出值，从而得到相应的控制电参数控制变频器的输出频率和电子膨胀阀的开度。4.如权利要求3所述的一种热泵的变频控制方法，其特征是，所建立的模型描述的是电子膨胀阀的开度和压缩机变频器的频率对蒸发器出口制冷剂的过热度的影响，以及电子膨胀阀的开度和压缩机变频器的频率对冷凝器周围环境温度的影响。进一步的技术方案，利用最小二乘法辨识获得模型的参数，具体为：分别给压缩机变频器和电子膨胀阀设定一初始值，运行热泵系统；系统稳定后，首先给压缩机变频器一阶跃信号，每隔数据采样周期分别记录冷凝器周围环境温度和蒸发器出口制冷剂过热度一次，直至阶跃响应稳定；再给电子膨胀阀一阶跃信号，每隔数据采样周期分别记录冷凝器周围环境温度和蒸发器出口制冷剂过热度一次，直至阶跃响应稳定；将压缩机频率阶跃变化时获得的冷凝器周围环境温度和蒸发器出口制冷剂过热度分别代入线性回归方程组获得相应的系统参数；将电子膨胀阀开度阶跃变化时所获得的冷凝器周围环境温度实验数据、蒸发器出口制冷剂过热度实验数据分别代入线性回归方程组获得相应的系统参数。5.如权利要求3所述的一种热泵的变频控制方法，其特征是，所述控制器的数量为四个，均采用增量型PID算式描述，其中Kp、Ki、Kd为PID控制器的整定参数，利用Ziegler-Nichols方法对PID参数初始值进行整定；利用自适应模糊控制的方法，根据不同工况的系统变量值实时调整控制器的参数,具体为：不断检测环境温度和制冷剂过热度，并与控制器初始设定值进行比较...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁绪东，姬晓娃，段培永，尹春杰，邱钟，
申请(专利权)人：山东建筑大学，山东菲波斯节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37