專利名稱：一種多溫區(qū)制冷系統(tǒng)pd節(jié)能控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于白色家電制造技術(shù)與PD單片機(jī)控制技術(shù)整合領(lǐng)域，具體地說是涉及 一種多溫區(qū)制冷系統(tǒng)如冰箱或空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制方法。
背景技術(shù)：
隨著人類文明的發(fā)展，人們對生活需求不斷提高，同時(shí)對能源節(jié)約也提出了更高 的要求。目前國內(nèi)市場多溫區(qū)制冷控制系統(tǒng)大多是定頻控制系統(tǒng)，一般采用單純的溫度點(diǎn) 控制方法進(jìn)行溫度控制，即此溫區(qū)溫度升高到開機(jī)點(diǎn)溫度時(shí)壓縮機(jī)開機(jī)，降低到關(guān)機(jī)點(diǎn)溫 度時(shí)壓縮機(jī)關(guān)機(jī)，正是依靠壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)周而復(fù)始的開停機(jī)，實(shí)現(xiàn)該溫區(qū)溫度的基本穩(wěn) 定。申請人在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)采用此種傳統(tǒng)控制技術(shù)的制冷系統(tǒng)往往存在開停機(jī)頻繁、溫 度控制范圍波動(dòng)大、能耗高等問題。上述傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)控制技術(shù)一般采用開停機(jī)溫度滯回 比較的方法進(jìn)行溫度控制，即溫度高于開機(jī)點(diǎn)則開機(jī)，低于關(guān)機(jī)點(diǎn)則關(guān)機(jī)。在多溫區(qū)制冷系 統(tǒng)中由于各溫區(qū)具有不同的熱交換特性，各區(qū)的溫度變化特性不同，譬如若出現(xiàn)某個(gè)區(qū)剛 剛到關(guān)機(jī)點(diǎn)而另有個(gè)別溫區(qū)將達(dá)開機(jī)點(diǎn)但還未到開機(jī)點(diǎn)時(shí)，這時(shí)需要如何進(jìn)行控制呢？若 出現(xiàn)上述情況，一般在壓縮機(jī)停機(jī)前判斷是否有溫區(qū)將要達(dá)到開機(jī)點(diǎn)溫度？然后步進(jìn)閥 切換到此區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償拉溫，直到拉溫到此區(qū)的關(guān)機(jī)點(diǎn)為止，這樣補(bǔ)償拉溫時(shí)間一般較長，易 導(dǎo)致平均溫度過低，也不能根本解決開停機(jī)頻次高的問題；上述補(bǔ)償控制方法只是簡單依 靠溫度點(diǎn)控制，很難取得良好的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于解決現(xiàn)有技術(shù)中多溫區(qū)制冷系統(tǒng)控制方法所存在的上述技術(shù)問題，提 供一種多溫區(qū)制冷系統(tǒng)PD節(jié)能控制方法；其利用PID控制思想，實(shí)現(xiàn)基于比例微分的精準(zhǔn) 溫度控制，能夠提高多溫區(qū)制冷系統(tǒng)的溫控精度，有利于降低能耗。其技術(shù)解決方案是一種多溫區(qū)制冷系統(tǒng)PD節(jié)能控制方法，包括步驟a選用一種多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，多溫區(qū)制冷系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、冷凝器、對應(yīng)兩個(gè)以上 不同溫區(qū)的蒸發(fā)器、步進(jìn)閥以及運(yùn)行控制部分，由步進(jìn)閥在不同溫區(qū)的蒸發(fā)器之間進(jìn)行切 換調(diào)整制冷劑的流向；b在上述運(yùn)行控制部分設(shè)置PD單片機(jī)，利用PD單片機(jī)在每次壓縮機(jī)停機(jī)前，通 過各溫區(qū)溫升特性近似計(jì)算出各溫區(qū)保持的停機(jī)時(shí)間，若變溫區(qū)停機(jī)時(shí)間短于基準(zhǔn)停機(jī)時(shí) 間，則根據(jù)溫度降低特性計(jì)算出保持到基準(zhǔn)停機(jī)時(shí)間需補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間，并將步進(jìn)閥切換 到變溫區(qū)的蒸發(fā)器，該變溫區(qū)的蒸發(fā)器運(yùn)行滿需要補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間后關(guān)閉壓縮機(jī)。上述步驟b中，在壓縮機(jī)運(yùn)行初期制冷系統(tǒng)未達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，PD單片機(jī)暫不進(jìn) 行上述運(yùn)算，當(dāng)制冷系統(tǒng)基本達(dá)到平衡狀態(tài)后，PD單片機(jī)開始進(jìn)行上述運(yùn)算。上述步驟b中，PD單片機(jī)運(yùn)算方式為假設(shè)某個(gè)溫區(qū)制冷拉溫幾個(gè)周期穩(wěn)定后，從 壓縮機(jī)開始制冷時(shí)的開機(jī)點(diǎn)溫度一直拉溫到關(guān)機(jī)點(diǎn)溫度，在開機(jī)點(diǎn)溫度PD單片機(jī)中的AD轉(zhuǎn)換模塊采樣值為AD1,時(shí)刻單位為T1,關(guān)機(jī)點(diǎn)溫度的AD轉(zhuǎn)換模塊采樣值為AD2,時(shí)刻單位為 T2,—是計(jì)算出該溫區(qū)拉溫時(shí)的溫度降低速率VD，Vd= ΔΑ /ΔΤ= (AD1-AD2)/(T2-T1)，按照 同樣的方式分別計(jì)算出各溫區(qū)的溫度降低速率；二是同時(shí)計(jì)算出該溫區(qū)升溫時(shí)的溫度升高 速率Vu, Vu= ΔΑ /ΔΤ= (AD1-AD2V(T2-T1),按照同樣的方式分別計(jì)算出各溫區(qū)的溫度升 高速率；在壓縮機(jī)停機(jī)前分別計(jì)算出各溫區(qū)溫度升高到開機(jī)點(diǎn)所需的停機(jī)時(shí)間，在各溫區(qū) 所需停機(jī)時(shí)間中并選取一中間時(shí)長作為基準(zhǔn)時(shí)間，再按照溫度降低速率確定需補(bǔ)償?shù)睦瓬?時(shí)間。上述步驟b中，各溫區(qū)的溫度升高速率或溫度降低速率根據(jù)制冷系統(tǒng)的開停機(jī)時(shí) 間實(shí)時(shí)進(jìn)行更新，為下個(gè)周期計(jì)算補(bǔ)償時(shí)間提供依據(jù)。本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果本發(fā)明利用PID控制思想，實(shí)現(xiàn)基于比例微分的精準(zhǔn)溫度控制，能夠提高多溫區(qū) 制冷系統(tǒng)的溫控精度，具有智能化程度高、成本低、能耗低，以及對制冷系統(tǒng)的適應(yīng)性強(qiáng)，還 能夠延長制冷系統(tǒng)的使用壽命等諸多特點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行說明圖為本發(fā)明應(yīng)用于三溫區(qū)冰箱制冷系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式一種多溫區(qū)制冷系統(tǒng)PD節(jié)能控制方法，選用一種多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，多溫區(qū)制冷系 統(tǒng)包括壓縮機(jī)、冷凝器、對應(yīng)兩個(gè)以上不同溫區(qū)的蒸發(fā)器、步進(jìn)閥以及制冷系統(tǒng)運(yùn)行控制部 分，由步進(jìn)閥在不同溫區(qū)的蒸發(fā)器之間進(jìn)行切換調(diào)整制冷劑的流向；在上述運(yùn)行控制部分 設(shè)置PD單片機(jī)，利用PD單片機(jī)在每次壓縮機(jī)停機(jī)前，通過各溫區(qū)溫升特性近似計(jì)算出各溫 區(qū)保持的停機(jī)時(shí)間，若變溫區(qū)停機(jī)時(shí)間短于基準(zhǔn)停機(jī)時(shí)間，則根據(jù)溫度降低特性計(jì)算出保 持到基準(zhǔn)停機(jī)時(shí)間需補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間，并將步進(jìn)閥切換到變溫區(qū)的蒸發(fā)器，該變溫區(qū)的蒸 發(fā)器運(yùn)行滿需要補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間后關(guān)閉壓縮機(jī)。上述PD單片機(jī)運(yùn)算較為具體的方式為假 設(shè)某個(gè)溫區(qū)制冷拉溫幾個(gè)周期穩(wěn)定后，從壓縮機(jī)開始制冷時(shí)的開機(jī)點(diǎn)溫度一直拉溫到關(guān)機(jī) 點(diǎn)溫度，在開機(jī)點(diǎn)溫度PD單片機(jī)中的AD轉(zhuǎn)換模塊采樣值為AD1,時(shí)刻單位為T1,關(guān)機(jī)點(diǎn)溫度 的AD轉(zhuǎn)換模塊采樣值為AD2,時(shí)刻單位為T2, —是計(jì)算出該溫區(qū)拉溫時(shí)的溫度降低速率VD， Vd= ΔΑ /ΔΤ= (AD1-AD2V(T2-T1),按照同樣的方式分別計(jì)算出各溫區(qū)的溫度降低速率； 二是同時(shí)計(jì)算出該溫區(qū)升溫時(shí)的溫度升高速率Vu, Vu= ΔΑ /ΔΤ = (AD1-AD2)/(T2-T1)，按 照同樣的方式分別計(jì)算出各溫區(qū)的溫度升高速率；在壓縮機(jī)停機(jī)前分別計(jì)算出各溫區(qū)溫度 升高到開機(jī)點(diǎn)所需的停機(jī)時(shí)間，在各溫區(qū)所需停機(jī)時(shí)間中并選取一中間時(shí)長作為基準(zhǔn)停機(jī) 時(shí)間，再按照溫度降低速率確定需補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間。在壓縮機(jī)運(yùn)行初期制冷系統(tǒng)未達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，PD單片機(jī)暫不進(jìn)行上述運(yùn)算，當(dāng) 制冷系統(tǒng)基本達(dá)到平衡狀態(tài)后，PD單片機(jī)開始進(jìn)行上述運(yùn)算。上述各溫區(qū)的溫度升高速率或溫度降低速率根據(jù)制冷系統(tǒng)的開停機(jī)時(shí)間實(shí)時(shí)進(jìn) 行更新，為下個(gè)周期計(jì)算補(bǔ)償時(shí)間提供依據(jù)。結(jié)合附圖，下面以本發(fā)明提供或使用于一種三溫區(qū)冰箱制冷系統(tǒng)為例，對其作更進(jìn)一步的說明上述制冷系統(tǒng)包括對應(yīng)第一溫區(qū)的冷藏蒸發(fā)器1、對應(yīng)第二溫區(qū)的變溫蒸發(fā)器2、 對應(yīng)第三溫區(qū)的冷凍蒸發(fā)器3、壓縮機(jī)4、步進(jìn)閥5以及冷凝器6 ；由步進(jìn)閥在上述三個(gè)不同 溫區(qū)的蒸發(fā)器之間進(jìn)行切換調(diào)整制冷劑的流向。制冷系統(tǒng)運(yùn)行控制部分的PD單片機(jī)7可選用目前普遍采用的8位單片機(jī)(芯 片)，根據(jù)8位芯片的運(yùn)算處理能力和冰箱各溫區(qū)溫度變化情況，在保證運(yùn)算處理精度的前 提下將15秒作為計(jì)算溫度變化速率的最小時(shí)間單位，即t = 15秒，255t = 3825秒，AD轉(zhuǎn) 換模塊采用10位采樣方式，分辨率可達(dá)1/1024。假設(shè)某個(gè)溫區(qū)制冷拉溫幾個(gè)周期穩(wěn)定后， 從壓縮機(jī)開始制冷時(shí)的開機(jī)點(diǎn)溫度(AD值為AD1，時(shí)刻單位T1), 一直拉溫到關(guān)機(jī)點(diǎn)溫度(AD 值為AD2，時(shí)刻單位為T2),這樣可以計(jì)算出此溫區(qū)拉溫的溫度降低速率Vd= ΔΑ /ΔΤ = (AD1-AD2) / (T2-T1)，Vd代表此溫區(qū)拉溫時(shí)的溫度降低速率。按照上述方法分別計(jì)算出第一、 第二、第三溫區(qū)的溫度降低速率。同時(shí)計(jì)算出上述某個(gè)溫區(qū)升溫時(shí)的溫度升高速率Vu = ΔΑ /ΔΤ = (AD1-AD2)/(T2-T1)，Vu代表某溫區(qū)溫度升高速率，AD2代表關(guān)機(jī)點(diǎn)AD值，T2代 表關(guān)機(jī)點(diǎn)時(shí)刻，AD1代表開機(jī)點(diǎn)AD值，T1代表開機(jī)點(diǎn)時(shí)刻。按照上述方法分別計(jì)算出第一、 第二、第三溫區(qū)的溫度升高速率。在壓縮機(jī)停機(jī)前由各溫區(qū)的溫度升高可分別計(jì)算出各溫 區(qū)溫度升高到開機(jī)點(diǎn)所需的停機(jī)時(shí)間即第一溫區(qū)、第二溫區(qū)與第三溫區(qū)的停機(jī)時(shí)間分別為 、、t2、t3，若、<t2< t3，則取中間時(shí)長t2作為基準(zhǔn)停機(jī)時(shí)間，再按照溫度降低速率確定 需要補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間，并將步進(jìn)閥切換到需要補(bǔ)償拉溫溫區(qū)的蒸發(fā)器，該溫區(qū)的蒸發(fā)器運(yùn) 行滿需要補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間后關(guān)閉壓縮機(jī)。需要補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)長可根據(jù)時(shí)間相等列出公式 ti+v/v^t, = t2-tb(tb代表補(bǔ)償拉溫時(shí)間)，由此可計(jì)算得到需要補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間tb = Vu/ (V^Vu) * (t2-ti)。為保證時(shí)間計(jì)算的準(zhǔn)確性，在冰箱各溫區(qū)制冷拉溫5個(gè)開?；酒胶夂箝_ 始計(jì)算，然后連續(xù)的6個(gè)開停后軟件濾波后取平均值得到基本反映實(shí)際情況的Vd和Vu值。上述冰箱剛上電時(shí)壓縮機(jī)開始制冷，在壓縮機(jī)的前5個(gè)開停周期，由于制冷系統(tǒng) 未達(dá)到平衡狀態(tài)，制冷系統(tǒng)暫不補(bǔ)償。當(dāng)制冷系統(tǒng)基本達(dá)到平衡后，采樣軟件濾波計(jì)算各溫 區(qū)的\和Vd值，然后計(jì)算出某個(gè)溫區(qū)需要補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間，并在該時(shí)長內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償拉溫。Vu 和Vd值根據(jù)開停機(jī)時(shí)間實(shí)時(shí)進(jìn)行更新，為下個(gè)周期計(jì)算補(bǔ)償時(shí)間提供依據(jù)。如此周而復(fù)始 地達(dá)到冰箱制冷系統(tǒng)穩(wěn)定控溫的目的。本發(fā)明還適用于設(shè)置有兩個(gè)、四個(gè)或五個(gè)以上不同溫區(qū)的制冷控制系統(tǒng)。本發(fā)明也同樣適用于“一拖多”空調(diào)制冷系統(tǒng)。還需要說明的是，在本說明書的教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明所作出的任何 等同替代方式或明顯變型方式，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種多溫區(qū)制冷系統(tǒng)PD節(jié)能控制方法，特征在于其包括步驟a選用一種多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，多溫區(qū)制冷系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、冷凝器、對應(yīng)兩個(gè)以上不同溫區(qū)的蒸發(fā)器、步進(jìn)閥以及運(yùn)行控制部分，由步進(jìn)閥在不同溫區(qū)的蒸發(fā)器之間進(jìn)行切換調(diào)整制冷劑的流向；b在上述運(yùn)行控制部分設(shè)置PD單片機(jī)，利用PD單片機(jī)在每次壓縮機(jī)停機(jī)前，通過各溫區(qū)溫升特性近似計(jì)算出各溫區(qū)保持的停機(jī)時(shí)間，若變溫區(qū)停機(jī)時(shí)間短于基準(zhǔn)停機(jī)時(shí)間，則根據(jù)溫度降低特性計(jì)算出保持到基準(zhǔn)停機(jī)時(shí)間需補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間，并將步進(jìn)閥切換到變溫區(qū)的蒸發(fā)器，該變溫區(qū)的蒸發(fā)器運(yùn)行滿需要補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間后關(guān)閉壓縮機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)PD節(jié)能控制方法，其特征在于所述步驟b 中，在壓縮機(jī)運(yùn)行初期制冷系統(tǒng)未達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，PD單片機(jī)暫不進(jìn)行上述 運(yùn)算，當(dāng)制冷系 統(tǒng)基本達(dá)到平衡狀態(tài)后，PD單片機(jī)開始進(jìn)行上述運(yùn)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)PD節(jié)能控制方法，其特征在于所述步驟 b中，PD單片機(jī)運(yùn)算方式為假設(shè)某個(gè)溫區(qū)制冷拉溫幾個(gè)周期穩(wěn)定后，從壓縮機(jī)開始制冷 時(shí)的開機(jī)點(diǎn)溫度一直拉溫到關(guān)機(jī)點(diǎn)溫度，在開機(jī)點(diǎn)溫度PD單片機(jī)中的AD轉(zhuǎn)換模塊采樣值 為AD1,時(shí)刻單位為T1,關(guān)機(jī)點(diǎn)溫度的AD轉(zhuǎn)換模塊采樣值為AD2,時(shí)刻單位為T2, —是計(jì)算出 該溫區(qū)拉溫時(shí)的溫度降低速率VD，Vd= ΔΑ /ΔΤ= (AD1-AD2V(T2-T1),按照同樣的方式分 別計(jì)算出各溫區(qū)的溫度降低速率；二是同時(shí)計(jì)算出該溫區(qū)升溫時(shí)的溫度升高速率Vu, Vu = ΔΑ /ΔΤ = (AD1-AD2V(T2-T1),按照同樣的方式分別計(jì)算出各溫區(qū)的溫度升高速率；在壓 縮機(jī)停機(jī)前分別計(jì)算出各溫區(qū)溫度升高到開機(jī)點(diǎn)所需的停機(jī)時(shí)間，在各溫區(qū)所需停機(jī)時(shí)間 中并選取一中間時(shí)長作為基準(zhǔn)時(shí)間，再按照溫度降低速率確定需補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多溫區(qū)制冷系統(tǒng)PD節(jié)能控制方法，其特征在于上述步驟b 中，各溫區(qū)的溫度升高速率或溫度降低速率根據(jù)制冷系統(tǒng)的開停機(jī)時(shí)間實(shí)時(shí)進(jìn)行更新，為 下個(gè)周期計(jì)算補(bǔ)償時(shí)間提供依據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多溫區(qū)制冷系統(tǒng)PD節(jié)能控制方法，包括步驟選用一種多溫區(qū)制冷系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、冷凝器、對應(yīng)兩個(gè)以上不同溫區(qū)的蒸發(fā)器、步進(jìn)閥以及運(yùn)行控制部分，由步進(jìn)閥在不同溫區(qū)的蒸發(fā)器之間進(jìn)行切換調(diào)整制冷劑的流向；在運(yùn)行控制部分設(shè)置PD單片機(jī)，利用PD單片機(jī)在每次壓縮機(jī)停機(jī)前，計(jì)算出各溫區(qū)保持的停機(jī)時(shí)間，若變溫區(qū)停機(jī)時(shí)間短于基準(zhǔn)停機(jī)時(shí)間，則根據(jù)溫度降低特性計(jì)算出保持到基準(zhǔn)停機(jī)時(shí)間需補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間，并將步進(jìn)閥切換到變溫區(qū)運(yùn)行滿需要補(bǔ)償?shù)睦瓬貢r(shí)間后關(guān)閉壓縮機(jī)。本發(fā)明其利用PID控制思想，實(shí)現(xiàn)基于比例微分的精準(zhǔn)溫度控制，能夠提高多溫區(qū)制冷系統(tǒng)的溫控精度，有利于降低能耗。
文檔編號F25B5/00GK101865579SQ201010199869
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
發(fā)明者孫曉慶, 張震德, 徐玉峰, 王衛(wèi), 陶振雷 申請人:青島澳柯瑪股份有限公司