專利名稱：用于直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的能力控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直接數(shù)字控制方法，特別是涉及一種用于直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的能力控制方法。
背景技術(shù)：
直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)由一個直接膨脹式制冷機組與一個變風(fēng)量送風(fēng)系統(tǒng)兩個部分組成，制冷機組的蒸發(fā)器位于變風(fēng)量送風(fēng)系統(tǒng)的空氣處理箱中，直接做為對送風(fēng)進行熱濕處理的空調(diào)冷卻盤管；直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)包括壓力無關(guān)型變風(fēng)量末端、 變?nèi)萘繅嚎s機、電子膨脹閥和變頻風(fēng)機等。在直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中，送風(fēng)溫度和送風(fēng)靜壓的穩(wěn)定性對于消除不同空調(diào)區(qū)域及其對應(yīng)的變風(fēng)量末端的相互干擾起著關(guān)鍵作用， 穩(wěn)定的送風(fēng)溫度和送風(fēng)靜壓能夠?qū)崿F(xiàn)對空調(diào)區(qū)域溫度的滿意的分區(qū)獨立控制。然而，由于經(jīng)過直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)蒸發(fā)器(直接膨脹式冷卻盤管)的空氣流量和溫度的連續(xù)變化，為了保持送風(fēng)溫度的穩(wěn)定，送風(fēng)靜壓和各區(qū)域溫度的控制回路也需要根據(jù)直接膨脹制冷機組制冷量的不同而連續(xù)調(diào)節(jié)。制冷機組的輸出冷量和系統(tǒng)變化的冷負(fù)荷之間的匹配是保持送風(fēng)溫度的穩(wěn)定和實現(xiàn)區(qū)域溫度的分區(qū)獨立控制的先決條件。然而，在直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中維持送風(fēng)溫度的穩(wěn)定性和精度比傳統(tǒng)的采用高精度三通調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)冷凍水流量的大型變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)更加困難。通常的能力控制方法如分段控制及頻繁的開/關(guān)控制將導(dǎo)致送風(fēng)溫度的波動；另外，熱氣旁通控制法則明顯導(dǎo)致直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)運行在低能效狀態(tài)。隨著先進的變制冷劑流量技術(shù)的不斷發(fā)展，在直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻壓縮機和電子膨脹閥，以獲取高精度的能量匹配以及節(jié)約能源成為最主要的替代方案之一。然而，配備變頻壓縮機的直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)是一個非線性、多變量、時變及強耦合的控制目標(biāo)。 作為直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的固有特性，流經(jīng)直接膨脹盤管的空氣流量的急劇變化進一步加劇了系統(tǒng)的非線性。因此，傳統(tǒng)的用于控制變頻壓縮機轉(zhuǎn)速的、具有固定控制參數(shù)的比例-積分控制器很難適應(yīng)系統(tǒng)的大范圍變化的運行條件，送風(fēng)溫度的控制動作對大幅度干擾的反應(yīng)較慢，甚至在某些運行條件下還會發(fā)生劇烈波動，因此穩(wěn)定的送風(fēng)溫度控制難以實現(xiàn)。近期部分研究已經(jīng)提出采用模糊控制、自適應(yīng)控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制方法來解決連續(xù)變工況運轉(zhuǎn)的直接膨脹式制冷設(shè)備的能力控制難題，以提高設(shè)備能力控制的魯棒性。雖然這些方法已經(jīng)被證實可以改善具有大非線性控制特點的直接膨脹式制冷設(shè)備的控制性能，但是卻已經(jīng)顯現(xiàn)出其替代比例-積分控制器的局限性。一方面的原因是這些現(xiàn)代控制方法都相對復(fù)雜而難以實施。例如，一個成功的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法需要大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，而在實際應(yīng)用中，這些訓(xùn)練數(shù)據(jù)往往難以獲取。隨著計算技術(shù)和直接數(shù)字控制技術(shù)的馴熟發(fā)展，用于制冷空調(diào)設(shè)備的控制器的計算和通訊能力得到了很大的加強，大量的設(shè)備運行參數(shù)能夠同時實時地被檢測、監(jiān)控和處理。直接數(shù)字控制技術(shù)可為直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)提供新的控制方法，以實現(xiàn)良好的精細(xì)的能力控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的能力控制方法，該方法可解決具有大的非線性和連續(xù)變工況運轉(zhuǎn)的直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的能力控制難題，精確匹配直接膨脹式制冷機組的輸出冷量與系統(tǒng)風(fēng)側(cè)的冷負(fù)荷，解耦控制壓縮機轉(zhuǎn)速控制回路和電子膨脹閥開度控制回路，實現(xiàn)良好的區(qū)域溫度的分區(qū)獨立控制。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
本發(fā)明是一種用于直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的能力控制方法，它包括以下步驟
(1)利用壓力無關(guān)型變風(fēng)量末端具有內(nèi)置的空氣流量傳感器獲取當(dāng)前流經(jīng)該末端的真實空氣流量的數(shù)字信號，計算通過各個變風(fēng)量末端的空氣流量的總和，即，經(jīng)過直接膨脹式冷卻盤管的空氣流量 ”、；實時
測量進入直接膨脹式冷卻盤管的空氣干、濕球溫度，根據(jù)空氣狀態(tài)方程估算進風(fēng)的焓值^^ ；通過狀態(tài)方程計算離開直接膨脹式空調(diào)盤管的空氣的焓值；然后，根據(jù)如下公式計算直接膨脹式冷卻盤管的制冷量巧^3
權(quán)利要求
1. 一種用于直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的能力控制方法，其特征在于它包括以下步驟(1)利用壓力無關(guān)型變風(fēng)量末端具有內(nèi)置的空氣流量傳感器獲取當(dāng)前流經(jīng)該末端的真實空氣流量的數(shù)字信號，計算通過各個變風(fēng)量末端的空氣流量的總和，即，經(jīng)過直接膨脹式冷卻盤管的空氣流量& ；實時測量進入直接膨脹式冷卻盤管的空氣干、濕球溫度，根據(jù)空氣狀態(tài)方程估算進風(fēng)的焓值^^·；通過狀態(tài)方程計算離開直接膨脹式空調(diào)盤管的空氣的焓值；然后，根據(jù)如下公式計算直接膨脹式冷卻盤管的制冷量》^ (2)實時測量壓縮機吸入管的過熱制冷劑的溫度和壓力，計算壓縮機吸口的過熱制冷劑的焓值<,，且該焓值等于離開直接膨脹式冷卻盤管的制冷劑的焓值；實時測量的冷凝壓力計算離開儲液器的制冷劑的焓值A(chǔ)y且該焓值等于進入直接膨脹蒸發(fā)器的制冷劑焓值、；直接膨脹式制冷設(shè)備的單位輸出冷量Xi則根據(jù)如下公式進行計算(3)為了維持離開直接膨脹式冷卻盤管的空氣溫度在其設(shè)定值，根據(jù)直接膨脹冷卻盤管風(fēng)側(cè)和制冷劑側(cè)能量平衡的原則，直接膨脹式冷卻盤管的輸出冷量,ν等于風(fēng)側(cè)所需的冷量,ν ,則所需要的經(jīng)過直接膨脹式冷卻盤管的制冷劑流量4，即變頻壓縮機的制冷劑流量，根據(jù)如下公式計算Wij,Z =Z-If-ijT(4)根據(jù)在壓縮機吸入口所測量的溫度和壓力利用制冷劑的狀態(tài)方程計算進入壓縮機的過熱制冷劑的比容h；根據(jù)壓縮機的幾何參數(shù)進行計算容積式的壓縮機的行程容積Gm ；壓縮機的容積系數(shù)i可以根據(jù)廠家提供的參數(shù)獲取，所需要的壓縮機轉(zhuǎn)速i 可以根據(jù)如下公式計算(5)引入一個“死區(qū)”作為系統(tǒng)能力控制方法的一部分，用于調(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)壓縮機轉(zhuǎn)速控制和電子膨脹閥開度控制兩個回路之間的解耦；“死區(qū)”算法的執(zhí)行如下當(dāng) ABS{a:t>R(t>5t)
<SQxJ(t>a)吋,R = R{t — Λ)當(dāng) ABSR(t)-R(t-5t)]2,l xiR(t-<5t)吋,R = R(t)這里，Sg是“死區(qū)”,如將艱設(shè)定為5%,即在前后兩次采樣的時間間隔內(nèi)，如果所計算出的壓縮機的轉(zhuǎn)速變化不大于5%時，則不對壓縮機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，壓縮機轉(zhuǎn)速保持在上一次采樣時間點的轉(zhuǎn)速；β是實際壓縮機轉(zhuǎn)速，H 是計算出的當(dāng)前壓縮機轉(zhuǎn)速； R(卜Si)是上一個采樣時間點壓縮機的轉(zhuǎn)速，Jf是控制采樣時間；ass為計算絕對值的函數(shù)，即當(dāng)計算結(jié)果為負(fù)值時，取其絕對值；
全文摘要
本發(fā)明公開了用于直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的能力控制方法，該方法通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)中壓縮機轉(zhuǎn)速和電子膨脹閥開度，實現(xiàn)對系統(tǒng)輸出冷量的精細(xì)調(diào)節(jié)。該能力控制方法由壓縮機轉(zhuǎn)速的數(shù)值計算算法及“死區(qū)”組成。數(shù)值計算算法利用實時測量的系統(tǒng)運行參數(shù)，依據(jù)系統(tǒng)能力需與系統(tǒng)冷負(fù)荷相平衡的原則，直接數(shù)值運算出當(dāng)前所需的壓縮機轉(zhuǎn)速；設(shè)置的“死區(qū)”可有效地對壓縮機轉(zhuǎn)速控制回路和電子膨脹閥開度控制回路進行解耦。另一方面，“死區(qū)”的引入可抑制由測量噪聲和不確定性所引起的外部擾動。本發(fā)明能夠有效解決具有大的非線性和連續(xù)變工況運轉(zhuǎn)的直接膨脹式變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的能力控制難題。
文檔編號F24F11/00GK102384558SQ201110316448
公開日2012年3月21日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者鄭超瑜, 陳武 申請人:集美大學(xué)