專利名稱：采用脈沖寬度調(diào)節(jié)工作循環(huán)的渦卷壓縮機(jī)的冷凍系統(tǒng)的自適應(yīng)控制的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本申請(qǐng)是序號(hào)為08/486,118號(hào)、1995.06.07立案的、題為“可調(diào)節(jié)容量的渦卷機(jī)械”的申請(qǐng)的后續(xù)部分。
本發(fā)明的背景和綜述本發(fā)明一般地涉及冷凍系統(tǒng)、壓縮機(jī)控制系統(tǒng)和致冷劑調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)。更具體點(diǎn)說(shuō)，涉及一個(gè)采用由負(fù)載傳感器導(dǎo)出的可變工作循環(huán)信號(hào)控制的調(diào)節(jié)脈沖寬度的壓縮機(jī)或蒸發(fā)器分檔調(diào)節(jié)器的冷凍系統(tǒng)。最好有自適應(yīng)的控制器產(chǎn)生可變工作循環(huán)信號(hào)。該壓縮機(jī)具有兩個(gè)被密封隔開(kāi)的機(jī)械元件，而這兩個(gè)機(jī)械元件可循環(huán)地相互相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生流體壓力。該壓縮機(jī)包括一個(gè)機(jī)構(gòu)可根據(jù)控制信號(hào)有選擇地?cái)嚅_(kāi)密封，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的容量。
冷凍系統(tǒng)可用作對(duì)冷凍柜和類似物的分配系統(tǒng)。較優(yōu)的布置允許壓縮機(jī)和冷凝器的子系統(tǒng)設(shè)置在冷凍柜內(nèi)或安裝在其上，從而可大大減少致冷劑導(dǎo)管的長(zhǎng)度和所需的致冷劑。
傳統(tǒng)上，超市冷凍柜用的冷凍系統(tǒng)采用由一排壓縮機(jī)供給的空冷或水冷的冷凝器。這些壓縮機(jī)被平行地連接(并聯(lián))，使它們?cè)诟麟A段可分別被開(kāi)通和關(guān)斷以資按負(fù)載的需求來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的冷卻容量。通常冷凝器位在外面的屋頂上，或在與設(shè)有冷凍柜的購(gòu)物區(qū)域鄰近的機(jī)器間內(nèi)。
在每一冷凍柜內(nèi)有一由來(lái)自冷凝器的管線供給的蒸發(fā)器，膨脹的致冷劑通過(guò)該管線循環(huán)使柜冷卻。傳統(tǒng)上，有一閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)通過(guò)蒸發(fā)器流動(dòng)的致冷劑以資維持所需的柜溫。用于這個(gè)目的的比例積分微商(PID)閉環(huán)控制系統(tǒng)是廣為人知的，由溫度傳感器及/或壓力傳感器提供所感知的狀態(tài)作為輸入。
在超市內(nèi)通常的做法是用分開(kāi)的系統(tǒng)來(lái)提供不同的單獨(dú)的冷卻溫度范圍低溫(用于冷凍食品、冰淇淋，正常為-25°F)；中溫(用于肉類、奶制品，正常為+20°F)；高溫(用于花卉制品，正常為+35到+40°F)。這些低、中、高溫系統(tǒng)在其各自的溫度范圍內(nèi)都是最優(yōu)的。通常每一系統(tǒng)各采用自己的一排壓縮機(jī)和自己的一套致冷劑導(dǎo)管與壓縮機(jī)和冷凝器來(lái)往。
上述傳統(tǒng)的配置在構(gòu)造和維護(hù)時(shí)都很花錢。大部分費(fèi)用與敷設(shè)長(zhǎng)的致冷劑導(dǎo)管有關(guān)。不僅敷設(shè)長(zhǎng)的導(dǎo)管就硬件和安裝費(fèi)用來(lái)說(shuō)是費(fèi)錢的，而且需要用來(lái)填充導(dǎo)管的致冷劑的數(shù)量也是一個(gè)有影響的因素。敷設(shè)的導(dǎo)管越長(zhǎng)，需要的致冷劑越多。增加在費(fèi)用上的還有環(huán)保因素。萬(wàn)一管配件泄漏，致冷劑便會(huì)逸入大氣中。而長(zhǎng)的導(dǎo)管一定會(huì)包括較多的管配件接頭，它們是潛在地有可能泄漏的。一旦泄漏發(fā)生，導(dǎo)管越長(zhǎng)，致冷劑的喪失也會(huì)越多。
當(dāng)今人們非常關(guān)注有利于環(huán)保的冷凍系統(tǒng)?？s短導(dǎo)管長(zhǎng)度看來(lái)是達(dá)到更有利于環(huán)保的系統(tǒng)的一條途徑。但要達(dá)到這一點(diǎn)，新的冷凝器/壓縮機(jī)的配置和新的控制系統(tǒng)都需設(shè)計(jì)。
為更有利于環(huán)保的系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)冷凝器/壓縮機(jī)的配置并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)，因?yàn)橄到y(tǒng)的效率是不應(yīng)犧牲的。一般地說(shuō)，由壓縮機(jī)供應(yīng)的、傳統(tǒng)的、裝在屋頂上的冷凝器系統(tǒng)就規(guī)模經(jīng)濟(jì)來(lái)看是有利的并且是十分有效的。這些系統(tǒng)應(yīng)作為基準(zhǔn)，未來(lái)的更有利于環(huán)保的系統(tǒng)應(yīng)以此來(lái)衡量。
為了評(píng)價(jià)重新設(shè)計(jì)一個(gè)有利環(huán)保而有效的系統(tǒng)為什么這樣難，可先考慮下面這些熱動(dòng)力學(xué)的問(wèn)題。典型的冷凍柜是在非常不可預(yù)見(jiàn)的環(huán)境下工作的。從設(shè)計(jì)立場(chǎng)來(lái)看，要被冷凍的熱負(fù)載很少是恒定的。在超市的環(huán)境內(nèi)溫、濕度在白天的不同時(shí)間和在一年中的不同季節(jié)可有很大的變化。物品負(fù)載(放在冷凍柜內(nèi)的物件)也能有不可預(yù)見(jiàn)的變化。取走物品的顧客和重新補(bǔ)充物品的店員很少是同步的。而在超市環(huán)境之外，戶外的溫、濕度也可在白天和黑夜之間及/或夏天和冬天之間有很大的變化。因此系統(tǒng)的容量必須按照最嚴(yán)厲的條件(其時(shí)冷凝器的環(huán)境為最熱)來(lái)設(shè)計(jì)。這樣系統(tǒng)在較不嚴(yán)厲的條件下如在冷夜或冬天就會(huì)有過(guò)剩的容量。
周期性的去霜也會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)引起熱波動(dòng)。與由于環(huán)境條件而引起的熱波動(dòng)不同，去霜周期所引起的熱波動(dòng)是由控制系統(tǒng)本身而不是由周圍環(huán)境造成的。
與此相似，管理多個(gè)冷凍柜的控制系統(tǒng)能夠引發(fā)很難預(yù)見(jiàn)的熱波動(dòng)。在一多柜系統(tǒng)內(nèi)如果一旦所有柜都突然開(kāi)動(dòng)來(lái)滿足它們各自的冷卻需要，那么冷卻容量必然快速跳升到最大。同樣，如果所有柜都突然關(guān)停，那么冷卻容量會(huì)相應(yīng)猛降。但由于各該冷凍柜都可獨(dú)立操作，因此冷卻容量的瞬時(shí)需求將在大范圍內(nèi)不可預(yù)見(jiàn)地變化。
這些都是使有利于環(huán)保的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)較為困難的問(wèn)題。除了這些困難外，還有使用者的工程學(xué)/人機(jī)學(xué)的問(wèn)題。今日的PID控制器可能難于適應(yīng)分布的冷凍系統(tǒng)。有經(jīng)驗(yàn)的控制工程師知道一個(gè)很好調(diào)諧的PID控制器在選擇PID算法內(nèi)使用的適當(dāng)?shù)目刂瞥?shù)時(shí)可能要一點(diǎn)技巧。在傳統(tǒng)構(gòu)造(未分布)的大冷凍系統(tǒng)內(nèi)值得雇用一個(gè)控制工程師來(lái)巡視現(xiàn)場(chǎng)(也許反復(fù)進(jìn)行)以便微調(diào)控制的恒定參數(shù)。
而在分布系統(tǒng)內(nèi)，構(gòu)成的部分各具有小得多的規(guī)模但部分的數(shù)目卻很多，照老辦法做便不切合實(shí)際。作為對(duì)比，一個(gè)傳統(tǒng)的系統(tǒng)對(duì)整個(gè)多柜的、整店范圍的系統(tǒng)可只采用一個(gè)控制器。而供同一店使用的分布系統(tǒng)要對(duì)店內(nèi)的每一冷凍柜或相鄰的一組冷凍柜設(shè)一控制器。分布系統(tǒng)需被設(shè)計(jì)得盡可能減少終端使用者的參預(yù)，因此最好將控制器設(shè)計(jì)成能自動(dòng)調(diào)節(jié)的。而現(xiàn)有的控制系統(tǒng)缺乏這種能力。
本發(fā)明提供的分布冷凍系統(tǒng)系將冷凝器設(shè)置在冷凍柜上，用一特制的、脈沖寬度調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)來(lái)為它服務(wù)，該壓縮機(jī)也可設(shè)在冷凍柜內(nèi)。如果需要，冷凝器和壓縮機(jī)可耦合在一起來(lái)為一組相鄰的冷凍柜服務(wù)，每一冷凍柜各有自己的蒸發(fā)器。
脈沖寬度調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)采用兩個(gè)機(jī)械元件如渦卷件，這兩元件可相互相向轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣便可產(chǎn)生泵壓致冷劑所需的流動(dòng)壓力。該壓縮機(jī)包括一個(gè)機(jī)構(gòu)可有選擇地?cái)嚅_(kāi)這兩機(jī)械元件之間的密封，從而改變壓縮機(jī)所產(chǎn)生的流體壓力，同時(shí)允許這兩機(jī)械元件基本上維持恒定的相互相對(duì)運(yùn)動(dòng)。造成和斷開(kāi)流體密封來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的脈沖寬度時(shí)可不需開(kāi)動(dòng)和停止驅(qū)動(dòng)這兩機(jī)械元件的電動(dòng)機(jī)。
脈沖寬度調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)是由一個(gè)控制系統(tǒng)根據(jù)測(cè)得的系統(tǒng)負(fù)載產(chǎn)生一個(gè)可變工作循環(huán)控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)的?？刂破鬟€可調(diào)節(jié)控制信號(hào)的頻率(或周期)來(lái)縮小在冷凍系統(tǒng)內(nèi)的壓力波動(dòng)。開(kāi)動(dòng)時(shí)間因此等于工作循環(huán)數(shù)乘上周期，其時(shí)周期為頻率的倒數(shù)。
本發(fā)明的冷凍系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)橄到y(tǒng)的瞬時(shí)容量很易用可變工作循環(huán)控制來(lái)調(diào)節(jié)，而偏大的壓縮機(jī)在開(kāi)動(dòng)去霜和去霜后能被用來(lái)使溫度更快地下降，不需造成短循環(huán)如同傳統(tǒng)的壓縮機(jī)系統(tǒng)那樣?？勺児ぷ餮h(huán)控制的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)能夠很快地響應(yīng)冷凝器溫度或冷凍柜溫度設(shè)定點(diǎn)的突然變化?？刂破鞲鶕?jù)擾動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)容量，不會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的振蕩，也不會(huì)有顯著的過(guò)度超越。而且，使瞬時(shí)容量匹配需求的能力允許系統(tǒng)在較高的蒸發(fā)器溫度下工作(傳統(tǒng)的系統(tǒng)在超容量時(shí)所遇到的溫度大幅降落的現(xiàn)象可以避免)。
在較高的蒸發(fā)器溫度下工作可減少所需的去霜能量，因?yàn)橄到y(tǒng)在較高的溫度下結(jié)霜較慢。而且，在各次去霜之間的時(shí)間能被延長(zhǎng)一個(gè)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間的百分比，該百分比可由實(shí)際的可變工作循環(huán)控制信號(hào)規(guī)定。例如，一個(gè)百分之六十的工作循環(huán)可將各次去霜間的時(shí)間從標(biāo)準(zhǔn)的三小時(shí)增加到五小時(shí)(3/.60＝5)。
系統(tǒng)的脈沖寬度調(diào)節(jié)的操作能改善潤(rùn)滑油的返回。致冷劑在高容量和低容量(例如100％和0％)之間的脈動(dòng)流動(dòng)能造成較多的擾動(dòng)，這種擾動(dòng)能破壞潤(rùn)滑油在熱交換器內(nèi)的邊界層。
可變工作循環(huán)控制系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)為其能用各種膨脹裝置操作的能力，這些膨脹裝置包括簡(jiǎn)單的孔眼、熱膨脹閥(TXV)和電子膨脹閥。從膨脹裝置控制器上導(dǎo)出的信號(hào)能被送到本發(fā)明的壓縮機(jī)控制器上。這個(gè)信號(hào)允許可變工作循環(huán)控制信號(hào)及/或其頻率能被調(diào)節(jié)到與膨脹裝置的瞬時(shí)工作狀態(tài)匹配。一個(gè)類似的方法可被用來(lái)操作空冷冷凝器系統(tǒng)中的速率可變風(fēng)扇。在這種情況下本發(fā)明的控制器可根據(jù)壓縮機(jī)的電流操作的工作循環(huán)提供一個(gè)信號(hào)來(lái)控制風(fēng)扇速率。
本發(fā)明還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能檢測(cè)在什么時(shí)候系統(tǒng)內(nèi)的所有致冷劑的裝載量發(fā)生低落的現(xiàn)象，這是一個(gè)與環(huán)境有關(guān)的重要事情。偏低的致冷劑裝載量能指示系統(tǒng)內(nèi)存在著泄漏。當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作循環(huán)時(shí)，觀察實(shí)際溫度與設(shè)定溫度之間誤差的變化便有可能檢測(cè)出這種低裝載量。因此可這樣設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)使它檢測(cè)出在什么時(shí)候工作循環(huán)的調(diào)節(jié)沒(méi)有收到所需的維持溫度的效果。造成這現(xiàn)象可能是由于致冷劑裝載量的漏失、堵塞的熱膨脹閥或其他功能錯(cuò)誤。
為了更完整地了解本發(fā)明的內(nèi)容、目的和優(yōu)點(diǎn)，請(qǐng)參閱下面的說(shuō)明和附圖。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的冷凍系統(tǒng)配置的系統(tǒng)方塊圖；圖2為按照本發(fā)明的冷凍系統(tǒng)的方塊圖；圖3為脈沖寬度調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的橫剖視圖，所示為裝載狀態(tài)；圖4為圖3中的壓縮機(jī)的橫剖視圖，所示為卸載狀態(tài)；圖5為按照本發(fā)明的冷凍或冷卻系統(tǒng)的另一實(shí)施例；圖6為控制器的方塊圖；圖7為一方塊圖示出控制器如何可被用來(lái)調(diào)節(jié)一個(gè)蒸發(fā)器的分檔調(diào)節(jié)器；圖8為圖6中的控制器的信號(hào)調(diào)節(jié)組件的方塊圖；圖9為圖6中的控制器的控制組件的方塊圖；圖10為畫出控制器的操作狀態(tài)的狀態(tài)圖；圖11為說(shuō)明目前較優(yōu)的PI控制算法的流程圖；圖12為示出控制器所產(chǎn)生的可變工作循環(huán)信號(hào)和在恒定頻率下的操作的波形圖；圖13為示出在可變頻率下操作的可變工作循環(huán)信號(hào)的波形圖；圖14為將采用本發(fā)明的系統(tǒng)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在溫度和壓力的動(dòng)力學(xué)上比較的一系列的圖解；圖15為說(shuō)明本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)諧組件的方塊圖16a為一流程圖示出自適應(yīng)調(diào)諧組件的目前較優(yōu)的操作，特別是在確定是否開(kāi)始調(diào)諧上；圖16b為一流程圖示出自適應(yīng)調(diào)諧組件用積分模式完成的目前較優(yōu)的過(guò)程；圖16c為一流程圖示出自適應(yīng)調(diào)諧組件用計(jì)算模式的操作；圖17為一狀態(tài)圖示出自適應(yīng)調(diào)諧組件的各個(gè)操作狀態(tài)；圖18為一方塊圖示出自適應(yīng)調(diào)諧環(huán)的模糊邏輯方塊；圖19為圖18中的模糊邏輯方塊的隸屬函數(shù)圖；圖20為圖18中的模糊邏輯方塊所使用的與圖19中的隸屬函數(shù)有關(guān)的真值表；圖21為圖18中的模糊邏輯方塊的輸出隸屬函數(shù)圖；圖22為一略圖示出為了完成本發(fā)明的與控制有關(guān)的和與檢定有關(guān)的功能的傳感器的示范位置。
較優(yōu)實(shí)施例的說(shuō)明圖1示出一個(gè)傳統(tǒng)的超市冷凍系統(tǒng)。如前所述，傳統(tǒng)的做法是將壓縮機(jī)30和冷凝器32設(shè)置在遠(yuǎn)離冷凍柜34的地方。在本圖中，壓縮機(jī)30被設(shè)在建筑物的屋頂36上成為平行的排列。并排的壓縮機(jī)供應(yīng)一個(gè)大的可空冷或水冷的冷凝器32。冷凝器將液體致冷劑供到一個(gè)容器38內(nèi)。該容器38又供應(yīng)到各該并聯(lián)的冷凍柜34內(nèi)如圖所示。在大多數(shù)裝置中采用一個(gè)液體管線螺線管閥來(lái)調(diào)節(jié)流向相關(guān)蒸發(fā)器42的流量。致冷劑通過(guò)一個(gè)合適的膨脹裝置如膨脹閥44供應(yīng)到蒸發(fā)器內(nèi)。膨脹閥44設(shè)有一個(gè)有限的孔眼用來(lái)使液體致冷劑霧化成液滴，然后被引到蒸發(fā)器42的進(jìn)口側(cè)。位在冷凍柜34內(nèi)的蒸發(fā)器42從該柜及其內(nèi)含物吸取熱量將致冷劑液滴汽化成為氣體。壓縮機(jī)30抽吸這個(gè)氣體并將它壓縮返回成液態(tài)。然后液體致冷劑在冷凝器32內(nèi)冷卻并返回到容器38內(nèi)，于是循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行。
為了使冷卻容量與負(fù)載匹配，可隨需要單獨(dú)或成組開(kāi)動(dòng)和關(guān)斷壓縮機(jī)30。在一典型的超市配置中可有數(shù)個(gè)如圖1所示的獨(dú)立系統(tǒng)來(lái)對(duì)付不同的操作溫度范圍。注意液體管線46和抽吸管線48都可能需要十分大的長(zhǎng)度(例如可達(dá)150英尺)來(lái)跨越從冷凍柜到屋頂?shù)木嚯x。
圖2所示的冷凍柜34是按本發(fā)明的原理設(shè)計(jì)的。冷凝器32和壓縮機(jī)30都設(shè)在冷凍柜34內(nèi)或裝在其上。蒸發(fā)器42和相關(guān)的膨脹閥44也都設(shè)在柜34內(nèi)。冷凝器32設(shè)有熱量排除機(jī)構(gòu)50用來(lái)將熱量轉(zhuǎn)移到周圍空間內(nèi)。熱量排除機(jī)構(gòu)可以是一個(gè)連接到合適管道上的水套用來(lái)將廢熱帶到位在建筑物屋頂上的水冷塔內(nèi)?；蛘?，熱量排除機(jī)構(gòu)可以是一個(gè)強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)或一個(gè)不用電的對(duì)流空冷系統(tǒng)。
本發(fā)明的冷凍系統(tǒng)采用一個(gè)壓縮機(jī)控制器52，它能將管線54上的脈沖寬度調(diào)節(jié)控制信號(hào)提供給壓縮機(jī)30上的螺線管閥56。壓縮機(jī)控制器使用下面將要說(shuō)明的算法調(diào)節(jié)控制信號(hào)的脈沖寬度。有一合適的負(fù)載傳感器如溫度傳感器58將輸入信號(hào)提供給控制器以便用來(lái)確定脈沖寬度。
圖3和4示出壓縮機(jī)30的細(xì)節(jié)，圖3示出的壓縮機(jī)是在負(fù)載狀態(tài)而圖4所示是在卸載狀態(tài)。當(dāng)壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)保持接電時(shí)，螺線管閥56可使壓縮機(jī)在這兩個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。這種設(shè)計(jì)的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)為壓縮機(jī)能夠很快地在負(fù)載和卸載兩個(gè)狀態(tài)之間調(diào)節(jié)脈沖寬度而可不需中斷輸向壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)的電力。這個(gè)脈沖寬度調(diào)節(jié)循環(huán)可使壓縮機(jī)較少磨損，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)不會(huì)突然改變其角動(dòng)量。
參閱圖3和4所示的示范壓縮機(jī)30，該壓縮機(jī)可采用氣密的渦卷壓縮機(jī)如同在受托人的美國(guó)專利5,102,316號(hào)中所說(shuō)明的那種型式。
示范壓縮機(jī)30包括一個(gè)外殼61和一個(gè)支承在上軸承殼體63上并通過(guò)曲柄銷65和驅(qū)動(dòng)軸襯60可驅(qū)動(dòng)地連接到曲軸62上的轉(zhuǎn)圈渦卷件64。第二個(gè)不轉(zhuǎn)圈的渦卷件67的定位為與轉(zhuǎn)圈渦卷件64嚙合并在軸向上可移動(dòng)地固定在上軸承殼體63上。有一分隔板69設(shè)在外殼61上端的附近用來(lái)在其上端形成一個(gè)排放室70。
操作時(shí)，隨著轉(zhuǎn)圈渦卷件64相對(duì)于渦卷件67而作的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，抽吸氣體從抽吸進(jìn)口71被引入外殼61內(nèi)，然后通過(guò)設(shè)在不轉(zhuǎn)圈渦卷件上的進(jìn)口72進(jìn)入到壓縮機(jī)30內(nèi)，設(shè)在渦卷件64和67上的互相嚙合的麻花卷形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)流體的凹窩，由于渦卷件64的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)凹窩的容積逐漸縮小并沿徑向向內(nèi)移動(dòng)，這樣就將通過(guò)進(jìn)口72進(jìn)來(lái)的氣體壓縮。于是壓縮氣體通過(guò)設(shè)在渦卷件67上的排放口73和通道74排放到排放室70內(nèi)。
在要使壓縮機(jī)30卸載時(shí)，螺線管閥56根據(jù)來(lái)自控制組件87的信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，這樣便中斷流體的連通，使室77內(nèi)的排放氣體的壓力增加。由這個(gè)排放壓力造成的偏壓力將克服密封的偏壓力，從而使渦卷件67沿軸向向上移動(dòng)而離開(kāi)轉(zhuǎn)圈的渦卷件64。這個(gè)軸向運(yùn)動(dòng)在兩個(gè)渦卷件64和67的各該麻花卷尖端和端板之間造成一條泄漏路徑，從而基本消除抽吸氣體的繼續(xù)被壓縮。
在一柔性管線91從通道90的外端延伸到一個(gè)通過(guò)外殼61伸出的配件92上，還有一條第二管線93將配件連接到螺線管閥56上。螺線管閥56設(shè)有流體管線82和84分別連接到抽吸管線83和排放管線85上，并都由控制組件87根據(jù)傳感器88所感知的狀態(tài)來(lái)控制，使不轉(zhuǎn)圈的渦卷件67在圖3和4所示的兩個(gè)位置之間移動(dòng)。
當(dāng)要恢復(fù)對(duì)抽吸氣體的壓縮時(shí)，螺線管閥56將被驅(qū)動(dòng)使渦卷件67移動(dòng)到與渦卷件64密封接合。
圖2的冷凍柜實(shí)施例可被組裝成為獨(dú)立的成套單元。雖然對(duì)許多用途需要這樣做，但本發(fā)明并不僅限于這樣做，而是致力于發(fā)展各種分布的冷凍系統(tǒng)，圖5所示為這種系統(tǒng)的一例。
在一供暖、通風(fēng)與供冷(HVAC)系統(tǒng)內(nèi)，可用單一的壓縮機(jī)和冷凝器來(lái)服務(wù)數(shù)個(gè)分布的冷凍柜或冷卻單元。在圖5中，冷凍柜或冷卻系統(tǒng)殼體用虛線示出，如34a、34b和34c。順便說(shuō)一下，壓縮機(jī)30和冷凝器32可被設(shè)置在其中一個(gè)冷凍柜內(nèi)或殼體內(nèi)如34a，或裝在其上。
每一冷凍柜或殼體各有其自己的蒸發(fā)器和相關(guān)的膨脹閥如42(a、b、c)和44(a、b、c)。另外，每一冷凍柜或殼體可各有其自己的溫度傳感器58(a、b、c)以便將輸入信息提供給壓縮機(jī)控制器52。最后，有一個(gè)壓力傳感器60監(jiān)控抽吸管線48的壓力并將這個(gè)信息提供給壓縮機(jī)控制器52。后者則將一個(gè)可變工作循環(huán)信號(hào)提供給螺線管閥56如前所述。
圖5中的多柜或多個(gè)冷卻單元的實(shí)施例示出單一的壓縮機(jī)能被壓縮機(jī)控制器52調(diào)節(jié)脈沖寬度以資供應(yīng)對(duì)冷卻的瞬時(shí)需求。溫度傳感器58(a、b、c)聯(lián)合提供系統(tǒng)上的負(fù)載狀態(tài)，如同壓力傳感器60的作用一樣。控制器調(diào)節(jié)控制信號(hào)的脈沖寬度借以使壓縮機(jī)在其高容量和低容量狀態(tài)(100％、0％)之間調(diào)節(jié)以資滿足對(duì)致冷劑的瞬時(shí)需求。
作為一個(gè)可替代的控制技術(shù)，在從蒸發(fā)器出來(lái)的一條或多條抽吸管線上可裝備一個(gè)電動(dòng)控制閥如蒸發(fā)器壓力調(diào)節(jié)閥45c，閥45c被耦聯(lián)到控制器52上如圖所示，使該閥可得到適合于其型式的控制信號(hào)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)閥可用于這個(gè)目的，在該情況下控制器可提供一個(gè)合適的信號(hào)來(lái)使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)定增量或減量從而調(diào)節(jié)閥的孔眼大小。或者，可用脈沖寬度調(diào)節(jié)的閥，在該情況下，它可用與提供給壓縮機(jī)30相同的可變工作循環(huán)信號(hào)來(lái)控制。
控制器52并不限于只是用來(lái)控制壓縮機(jī)?？勺児ぷ餮h(huán)控制信號(hào)還可用來(lái)控制其他型式的致冷劑流量和壓力控制裝置如致冷劑調(diào)節(jié)閥。圖7示出這種用途，其中控制器52的輸出將控制信號(hào)提供給蒸發(fā)器分檔調(diào)節(jié)器43。這個(gè)裝置是一個(gè)由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)45調(diào)節(jié)的流體調(diào)節(jié)器。蒸發(fā)器分檔調(diào)節(jié)器(ESR)閥43調(diào)節(jié)抽吸壓力，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的容量。
目前較優(yōu)的壓縮機(jī)控制器的方塊圖在圖6中示出。在這個(gè)和接續(xù)的圖中示出的各種信號(hào)和數(shù)據(jù)值的說(shuō)明現(xiàn)匯總在下面的表1中。
表1
在圖6中，在控制器的心部為控制塊組件102。這個(gè)組件負(fù)責(zé)在導(dǎo)線104上提供可變工作循環(huán)控制信號(hào)。組件102還在導(dǎo)線106上提供壓縮機(jī)開(kāi)/關(guān)ON/OFF信號(hào)及在導(dǎo)線108上提供工作狀態(tài)指令信號(hào)。壓縮機(jī)ON/OFF信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路閉合器以資將工作電流供給壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)。工作狀態(tài)信號(hào)指出所述機(jī)械目前在什么工作狀態(tài)。
控制塊組件接受來(lái)自數(shù)個(gè)來(lái)源的輸入，包括從上述溫度和壓力傳感器來(lái)的溫度和壓力讀數(shù)。這些溫度讀數(shù)通過(guò)信號(hào)調(diào)節(jié)組件110被輸入，其詳情在偽代碼的附錄中被示出?？刂茐K組件還從去霜控制組件112接受去霜狀況信號(hào)。去霜控制組件112含有邏輯電路可決定何時(shí)完成去霜。本實(shí)施例允許去霜的控制或是由外部邏輯信號(hào)(通過(guò)導(dǎo)線114提供)承擔(dān)或是由去霜控制組件本身所產(chǎn)生的內(nèi)部邏輯信號(hào)承擔(dān)，采用哪一種方法可由使用者通過(guò)使用者輸入116來(lái)選擇。內(nèi)部去霜控制采用使用者通過(guò)使用者輸入118提供的參數(shù)。
較優(yōu)的壓縮機(jī)控制器的一種形式是能自動(dòng)調(diào)節(jié)的。控制器包括一個(gè)可選用的自適應(yīng)調(diào)諧組件120，該組件能根據(jù)系統(tǒng)的工作條件自動(dòng)調(diào)節(jié)控制算法參數(shù)(比例常數(shù)K)。自適應(yīng)調(diào)諧組件感知負(fù)載百分率(在導(dǎo)線104上)和工作狀態(tài)(在導(dǎo)線108上)以及在信號(hào)調(diào)節(jié)后測(cè)得的溫度(在導(dǎo)線122上)。組件120將自適應(yīng)調(diào)諧參數(shù)提供給控制塊102如圖所示。本實(shí)施例能在導(dǎo)線124上提供比例常數(shù)K和在導(dǎo)線126上提供SSL參數(shù)，該參數(shù)指示穩(wěn)定狀態(tài)負(fù)載百分率。當(dāng)系統(tǒng)不能像預(yù)期那樣響應(yīng)自適應(yīng)調(diào)諧參數(shù)的變化時(shí)在導(dǎo)線126上的報(bào)警信號(hào)可警告控制塊組件。因此當(dāng)可能有系統(tǒng)誤作用或喪失致冷劑裝載量的現(xiàn)象時(shí)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如果需要，這個(gè)報(bào)警信號(hào)能觸發(fā)更復(fù)雜的常規(guī)檢定程序。壓縮機(jī)控制器還能提供多個(gè)使用者界面點(diǎn)，通過(guò)這些界面點(diǎn)可輸入使用者提供的設(shè)定。去霜型式(內(nèi)部/外部)輸入116和內(nèi)部去霜參數(shù)輸入118已在前論述。另外還有使用者輸入128可允許使用者在自適應(yīng)調(diào)諧組件120上規(guī)定溫度設(shè)定點(diǎn)。同樣的信息也可通過(guò)使用者輸入130供到控制塊組件102上。使用者還能通過(guò)各種途徑與控制塊組件直接聯(lián)系。使用者輸入132允許使用者在去霜模式中撥動(dòng)開(kāi)關(guān)使壓縮機(jī)開(kāi)動(dòng)或停止。使用者輸入134允許使用者規(guī)定初始控制器參數(shù)，包括初始比例常數(shù)K。這個(gè)比例常數(shù)K可在以后被自適應(yīng)調(diào)諧組件120修改。使用者輸入136允許使用者規(guī)定壓力導(dǎo)數(shù)(dP)使它被系統(tǒng)用來(lái)作為設(shè)定點(diǎn)。
除了這些使用者輸入外，還設(shè)有一些使用者輸入以便與信號(hào)調(diào)節(jié)組件110聯(lián)系。使用者輸入138可為信號(hào)調(diào)節(jié)組件選擇傳感器的工作模式，這點(diǎn)將在下面較詳細(xì)地說(shuō)明。使用者輸入140允許使用者規(guī)定信號(hào)調(diào)節(jié)組件所用取樣時(shí)間。使用者輸入142允許使用者規(guī)定只是用溫度傳感器(T)還是溫度和壓力傳感器都用(T/P)來(lái)操作控制器。
現(xiàn)在參閱圖8，其中詳細(xì)示出信號(hào)調(diào)節(jié)組件。輸入(溫度及/或壓力傳感器)144通過(guò)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)處理后然后供給控制型式選擇器148。來(lái)自溫度及/或壓力傳感器的溫度讀數(shù)被依次讀取并連續(xù)通過(guò)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器供給?？刂菩褪竭x擇器將這些數(shù)據(jù)編碼或存儲(chǔ)使壓力和溫度值恰當(dāng)?shù)乇慌凶x。
然后在150對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字過(guò)濾以便去除不合邏輯的波動(dòng)和噪聲。接下來(lái)數(shù)據(jù)在組件152被校核以資保證所有讀數(shù)都在預(yù)期的傳感器范圍限度內(nèi)。這只要將用數(shù)碼表示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的溫度或壓力值并對(duì)照預(yù)先存儲(chǔ)的傳感器范圍校核這些值便可做到。如果讀數(shù)不在傳感器的范圍內(nèi)便會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)在輸出154上輸出。
其次，在156完成數(shù)據(jù)的處理工作以便使溫度及/或壓力數(shù)據(jù)按傳感器模式使用者輸入所選擇的形式供給。本實(shí)施例可有選擇地將數(shù)據(jù)平均或確定數(shù)據(jù)的最小或最大值(Min/Max/Avg)。Min/Max/Avg模式可被用來(lái)計(jì)算壓力微分的擺動(dòng)或調(diào)節(jié)的溫度值。平均模式可被用來(lái)提供調(diào)節(jié)的溫度值。它們分別作為輸出158和160被示出。
圖9較詳細(xì)地示出控制塊組件。調(diào)節(jié)的溫度或壓力信號(hào)被送到計(jì)算組件162內(nèi)，該組件計(jì)算在實(shí)際溫度或壓力與設(shè)定點(diǎn)溫度或壓力之間的誤差。組件162還計(jì)算這些值的變化率。
控制塊組件被設(shè)計(jì)成在周期的基礎(chǔ)上(每隔Tc秒一次，正常為每秒一次)及時(shí)修正系統(tǒng)的工作狀態(tài)。找尋工作狀態(tài)組件164完成這個(gè)及時(shí)修正功能。圖10的狀態(tài)圖告訴我們這是怎么完成的。基本上，工作狀態(tài)是從一個(gè)狀態(tài)進(jìn)展到另一狀態(tài)的，取決于是否有傳感器報(bào)警(SA)存在、是否有去霜狀況信號(hào)(DF)存在和計(jì)算出的誤差值有多少。找尋工作狀態(tài)組件164將工作狀態(tài)參數(shù)和降溫時(shí)間參數(shù)供給決定邏輯組件166。
參閱圖10，找尋工作狀態(tài)組件164如下從一狀態(tài)進(jìn)展到另一狀態(tài)。從初始狀態(tài)168開(kāi)始，組件在初始化以后進(jìn)展到正常工作狀態(tài)170，并停留在該狀態(tài)一直到遇上某些條件。圖10用箭頭示出需要什么條件從正常工作狀態(tài)循環(huán)到去霜狀態(tài)172；到降溫狀態(tài)174；到傳感器報(bào)警降溫狀態(tài)176；到傳感器報(bào)警工作狀態(tài)178以及到傳感器報(bào)警去霜狀態(tài)180。
決定邏輯組件166(圖9)確定可變工作循環(huán)信號(hào)的工作循環(huán)。這在導(dǎo)線182上輸出，指出負(fù)載的百分率。決定邏輯組件還在導(dǎo)線184上產(chǎn)生使壓縮機(jī)開(kāi)/關(guān)的信號(hào)。實(shí)際的決定邏輯將在下面結(jié)合圖11說(shuō)明。決定邏輯組件是比例積分(PI)控制的一種形式，它是根據(jù)自適應(yīng)計(jì)算的周期Tcyc來(lái)的。這個(gè)周期是由計(jì)算組件186根據(jù)組件188所產(chǎn)生的計(jì)算誤差值計(jì)算出來(lái)的。返回參閱圖6，在導(dǎo)線122上的調(diào)節(jié)的壓力微分信號(hào)(Cond dp)連同通過(guò)使用者輸入136提供的壓力微分設(shè)定點(diǎn)值(圖6)被供往計(jì)算誤差組件188(圖9)。在實(shí)際的和設(shè)定點(diǎn)的壓力微分之間的差異由組件188計(jì)算出來(lái)并被送往計(jì)算組件186。自適應(yīng)周期Tcyc為壓力微分誤差的函數(shù)，而由尋找工作狀態(tài)組件164確定的工作狀態(tài)可按下式計(jì)算Tcyc(新)＝Tcyc(舊)+Kc*誤差………………………(1)其中Kc比例常數(shù)誤差(實(shí)際的-設(shè)定點(diǎn)的)抽吸壓力擺動(dòng)決定邏輯組件166所使用的目前較優(yōu)的PI控制算法在圖11中示出。程序在工步200由讀出使用者提供的參數(shù)K、Ti、Tc和St開(kāi)始。這些使用者提供值的說(shuō)明見(jiàn)圖6。常數(shù)Kp被計(jì)算為等于初始提供值K；而常數(shù)Ki被計(jì)算為初始提供常數(shù)K和比率Tc/Ti的乘積。
其次，在工步202作出決定在設(shè)定點(diǎn)溫度和調(diào)節(jié)的溫度(圖9，在導(dǎo)線190上)之間的誤差的絕對(duì)值是否大于5％F。如果是，在工步204將常數(shù)Kp設(shè)定為等于零。如果否，程序簡(jiǎn)單地前進(jìn)到工步206，在那里按照?qǐng)D11的工步206的等式計(jì)算新的負(fù)載百分率值。如果負(fù)載百分率大于100(工步208)，那么在工步210將負(fù)載百分率設(shè)定為等于100％。如果負(fù)載百分率不大于100％而是小于0％(工步212)，那么在工步214將負(fù)載百分率設(shè)定為0％。如果負(fù)載百分率在0％和100％的限度之間，那么在工步216將負(fù)載百分率設(shè)定為等于新的負(fù)載百分率。
控制器所產(chǎn)生的可變工作循環(huán)控制信號(hào)可采取數(shù)種形式。圖12和13給出兩個(gè)例子。圖12所示的可變工作循環(huán)信號(hào)的工作循環(huán)是可變的，但頻率保持恒定。在圖12中注意由標(biāo)記220指出的周期是相等的。作為比較，圖13示出可變工作循環(huán)信號(hào)中頻率也在變的情況。在圖13中注意由標(biāo)記220指出的間距并不相等，而是，波形出現(xiàn)頻率恒定的區(qū)域、頻率增加的區(qū)域和頻率減少的區(qū)域。圖13所示的可變頻率是周期Tcyc進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)的結(jié)果。
圖14圖解地示出本發(fā)明的控制系統(tǒng)在保持較緊密的溫度控制和較高的抽吸壓力連同提高系統(tǒng)效率方面的優(yōu)點(diǎn)。注意本發(fā)明的溫度曲線222如何比傳統(tǒng)控制器的相應(yīng)溫度曲線224具有相當(dāng)小的波動(dòng)。與此類似，注意本發(fā)明的壓力曲線226具有一個(gè)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)控制器的壓力曲線228的底線。而且由本發(fā)明(曲線226)所展示的高峰到高峰的波動(dòng)也比傳統(tǒng)控制器的波動(dòng)(曲線228)要小得多。
本發(fā)明的控制器的工作速率比負(fù)載的熱時(shí)間常數(shù)至少為四倍那樣快(典型的情況為至少約為八倍那樣快)。在目前的較優(yōu)實(shí)施例中，可變工作循環(huán)信號(hào)的周期比負(fù)載的時(shí)間常數(shù)約為八分之一那樣短。拿非限定性的例子來(lái)說(shuō)，可變工作循環(huán)信號(hào)的周期可能約為10到15秒，而被冷卻的系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)可能約為1到3分鐘。被冷卻的系統(tǒng)的熱時(shí)間常數(shù)一般為系統(tǒng)的物理的或熱動(dòng)力學(xué)的性能所限定。雖然有各種模型能被用來(lái)說(shuō)明一個(gè)加熱或冷卻系統(tǒng)的物理的或熱動(dòng)力學(xué)的響應(yīng)，但下面的分析將可指出其原理。
建立被冷卻系統(tǒng)的熱時(shí)間常數(shù)的模型在一冷凍系統(tǒng)或作為第一級(jí)系統(tǒng)的熱泵內(nèi)人們能夠模擬越過(guò)蒸發(fā)器蛇管的溫度變化情況，其中溫度的變化可用下列方程式來(lái)模擬ΔT＝ΔTss[1-exp(-t/r)]+ΔTo exp(-T/r)其中ΔT＝越過(guò)蛇管的空氣的溫度變化ΔTss＝越過(guò)蛇管的穩(wěn)定狀態(tài)空氣的溫度變化ΔTo＝在時(shí)間為零時(shí)越過(guò)蛇管的空氣的溫度變化t＝時(shí)間r＝蛇管的時(shí)間常數(shù)要得到該單元的瞬時(shí)容量可將上式乘上空氣質(zhì)量的流率(m)和在恒壓下的比熱(Cp)，然后對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分。
一般地說(shuō)，這是從蒸發(fā)器內(nèi)取走的致冷劑控制著要達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的工作條件所需的時(shí)間，從而控制著越過(guò)冷凝器蛇管的穩(wěn)定狀態(tài)空氣的溫度變化。如果需要，該系統(tǒng)可用兩個(gè)時(shí)間常數(shù)來(lái)模擬，其中一個(gè)根據(jù)蛇管的質(zhì)量，而另一個(gè)根據(jù)將過(guò)多的致冷劑從蒸發(fā)器移到系統(tǒng)其余部分內(nèi)所需的時(shí)間。另外，還可能需要考慮到，在某些系統(tǒng)內(nèi)由于在蒸發(fā)器和冷凝器蛇管之間的實(shí)際距離大因而有時(shí)間滯后，進(jìn)一步能延遲時(shí)間。
蒸發(fā)器蛇管的熱響應(yīng)可用下列方程式模擬θ＝1/2[(1-et/r1)+(1-et/r2)]其中θ＝越過(guò)蛇管的溫度變化/越過(guò)蛇管的穩(wěn)定狀態(tài)的溫度變化t＝時(shí)間r1＝根據(jù)蛇管質(zhì)量的時(shí)間常數(shù)r2＝根據(jù)從蒸發(fā)器移走過(guò)多致冷劑所需時(shí)間的時(shí)間常數(shù)實(shí)際上，本發(fā)明的控制器的循環(huán)速率顯然比傳統(tǒng)的控制器快。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的控制器的開(kāi)和關(guān)的循環(huán)是與實(shí)際和設(shè)定點(diǎn)的溫度(或壓力)比較直接聯(lián)系的。換句話說(shuō)，傳統(tǒng)的控制器的循環(huán)是在需要冷卻時(shí)開(kāi)動(dòng)，而當(dāng)實(shí)際和設(shè)定點(diǎn)的溫度之間的誤差低于預(yù)定的限度時(shí)即關(guān)停。這樣傳統(tǒng)控制器的開(kāi)和關(guān)的循環(huán)就非常高度地依賴于要被冷卻系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。
與此相反，本發(fā)明的控制器的開(kāi)和關(guān)的循環(huán)是按計(jì)算值所規(guī)定的速率進(jìn)行的，并不與實(shí)際和設(shè)定點(diǎn)的溫度或壓力之間的瞬時(shí)關(guān)系直接聯(lián)系。而是，周期是由控制器所提供的循環(huán)速率和可變工作循環(huán)信號(hào)的工作循環(huán)兩者規(guī)定的。值得注意的是，控制器在每一循環(huán)中從開(kāi)變?yōu)殛P(guān)的點(diǎn)不一定是冷卻需求得到滿足的那一點(diǎn)，而是由需要滿足需求的工作循環(huán)所規(guī)定的那一點(diǎn)。
自適應(yīng)調(diào)諧上述Geneva控制器能被設(shè)計(jì)用來(lái)完成經(jīng)典的控制算法如傳統(tǒng)的比例積分導(dǎo)數(shù)(PID)控制算法。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，使用者通常需要通過(guò)合適的編程來(lái)設(shè)定控制參數(shù)。而本發(fā)明采用的控制器則可像這里說(shuō)明的自適應(yīng)式那樣，使用者可不需為確定適當(dāng)?shù)目刂茀?shù)而操心。
這樣，自適應(yīng)控制器的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是它有完成自適應(yīng)調(diào)諧的能力。一般地說(shuō)，調(diào)諧包括選擇合適的控制參數(shù)使閉環(huán)系統(tǒng)能在工作條件的廣闊范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，能迅速響應(yīng)來(lái)減少擾動(dòng)在控制環(huán)路上的影響，并且不會(huì)通過(guò)連續(xù)的循環(huán)引起機(jī)械構(gòu)件的過(guò)分磨損。通常有多個(gè)互相排斥的判據(jù)，一般必須在它們之間作出折衷方案。在圖18(還有圖6)中有兩個(gè)基本的控制環(huán)冷凍控制環(huán)和自適應(yīng)調(diào)諧環(huán)。冷凍控制環(huán)是由控制塊組件102管理的；而自適應(yīng)環(huán)是由自適應(yīng)調(diào)諧組件120管理的。自適應(yīng)調(diào)諧組件的細(xì)節(jié)在圖15、16a-16c和17中示出。目前較優(yōu)的自適應(yīng)調(diào)諧組件采用模糊邏輯控制算法，該算法將結(jié)合圖18到20予以說(shuō)明。
參閱圖15，自適應(yīng)調(diào)諧組件基本完成三個(gè)功能。首先，它決定是否要完成自適應(yīng)調(diào)諧。這由組件240來(lái)處理。第二，它收集所需的參數(shù)以便完成自適應(yīng)調(diào)諧，這由組件242處理。第三，它計(jì)算被控制環(huán)使用的自適應(yīng)增益，這由組件244處理。
組件240根據(jù)兩個(gè)因素來(lái)決定是否要開(kāi)始調(diào)諧系統(tǒng)的電流工作狀態(tài)和控制設(shè)定點(diǎn)。圖16a的流程圖示出包括在這個(gè)決定內(nèi)的工步。組件242將組件244完成計(jì)算所需關(guān)鍵參數(shù)予以積分?；旧?，組件242輸入負(fù)載百分率、溫度和壓力值及設(shè)定點(diǎn)溫度。它輸出下列數(shù)據(jù)S-ER(設(shè)定點(diǎn)值在0.5度或1psig內(nèi)的調(diào)節(jié)溫度和壓力的數(shù)據(jù)點(diǎn)總數(shù))，S-Close(在給定的取樣區(qū)間如30分中負(fù)載百分率趨于0％的數(shù)據(jù)點(diǎn)總數(shù))，S-Open(在取樣區(qū)間內(nèi)負(fù)載百分率趨于100％的數(shù)據(jù)點(diǎn)總數(shù))和SSLP(在取樣區(qū)間內(nèi)負(fù)載百分率的移動(dòng)平均或滾動(dòng)平均)。組件242響應(yīng)組件240所設(shè)定的調(diào)諧標(biāo)記。當(dāng)調(diào)諧標(biāo)記發(fā)出信號(hào)時(shí)組件242就完成這些關(guān)鍵參數(shù)的積分，圖16b示出其中包括的工步。
最后，計(jì)算塊采用組件242提供的數(shù)據(jù)，利用圖16c所示的過(guò)程計(jì)算自適應(yīng)增益。
自適應(yīng)調(diào)諧組件120將通過(guò)各種工作狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)，這取決于定量器的狀態(tài)。圖17為一狀態(tài)圖示出目前較優(yōu)的實(shí)施例是如何發(fā)揮其功能的。注意從初始模式到積分模式或非調(diào)諧模式的順序轉(zhuǎn)移取決于有無(wú)設(shè)定調(diào)諧標(biāo)記。一旦進(jìn)入積分模式，系統(tǒng)就完成積分一直到定時(shí)器走完(正常為30分鐘)，于是進(jìn)入計(jì)算模式。一旦計(jì)算完畢，就重新設(shè)定定時(shí)器，系統(tǒng)返回到初始模式。
自適應(yīng)方案的方塊圖在圖18中示出。有兩個(gè)基本環(huán)，其一為PID控制環(huán)260，每dt秒運(yùn)行一次，其二為自適應(yīng)環(huán)262，每ta秒運(yùn)行一次。
當(dāng)控制系統(tǒng)開(kāi)始時(shí)，PID控制環(huán)260采用一個(gè)增益(K)的缺席值來(lái)計(jì)算控制輸出。自適應(yīng)環(huán)262每隔ta秒266(最好小于0.2*dt秒)校核一次誤差e(t)264。在組件268如果誤差的絕對(duì)值e(t)小于所需的偏差(os)，計(jì)數(shù)器的Er new便被增加1。偏差(os)為可接受的穩(wěn)定狀態(tài)的誤差(就溫度控制言可為+/1°F)。這個(gè)校核過(guò)程繼續(xù)tsum秒270(最好為dt秒的200到500倍)。在tsum秒270以后，將Er_new值轉(zhuǎn)變?yōu)榘俜致?Er_new％272)。參數(shù)Er_new％272指示在tsum時(shí)間內(nèi)在被取樣的e(t)中誤差在可接受的偏差(os)內(nèi)的所占百分率。換句話說(shuō)，這是對(duì)過(guò)去的tsum秒內(nèi)控制變數(shù)被控制得好壞的一種衡量。100％的值意為嚴(yán)密的控制，而0％意為不良的控制。每當(dāng)Er_new％為100％時(shí)，增益可基本上保持不變，因?yàn)樗甘据^嚴(yán)的控制。但當(dāng)Er_new在0和100％之間時(shí)，便可用自適應(yīng)模糊邏輯算法組件274來(lái)計(jì)算新的增益(K_new 276)，然后由控制算法組件278使用該增益來(lái)為下一個(gè)tsum秒進(jìn)行計(jì)算。
在較優(yōu)的實(shí)施例中，模糊邏輯算法組件274有一個(gè)輸出和兩個(gè)輸入。該輸出為使用輸入Er_new％和一個(gè)變數(shù)Dir計(jì)算出來(lái)的新的增益，Dir的定義如下Dir＝Sign[(Er_new％-Er_old％)*(K_new-K_old)]…(2)其中Sign為括號(hào)內(nèi)項(xiàng)目的符號(hào)(+ve、-ve或零)；Er_new％為在過(guò)去的tsum秒內(nèi)在偏差內(nèi)的e(t)％；Er_old％為在(tsum-1)循環(huán)內(nèi)Er_new％的值；K_new為在tsum時(shí)間內(nèi)使用的增益；K_old為在(tsum-1)時(shí)間內(nèi)的增益。
例如，假定控制器在0秒開(kāi)始，缺席值k＝10，ta＝1秒，tsum＝1000秒，os＝1。假定從一個(gè)可能為1000數(shù)據(jù)中出來(lái)的600e(t)數(shù)據(jù)在偏差范圍內(nèi)。因此，在1000秒以后，Er_new％＝60(即600/1000*100)，K_new＝10。在初次使用自適應(yīng)模糊邏輯算法時(shí)可將Er_old％和K_old設(shè)定為零。將這些數(shù)值代入方程式(2)得出變數(shù)Dir的符號(hào)為正。因此，自適應(yīng)模糊邏輯算法組件274在第一循環(huán)的輸入分別為Er_new％＝60和Dir為正值(Dir＝+ve)。
下一工步是要使用隸屬函數(shù)將這些輸入模糊化使它們成為模糊輸入。
模糊化隸屬函數(shù)是一個(gè)在論述的事物(x軸)和等級(jí)空間(y軸)之間的圖象。論述的事物為輸入或輸出的各種可能值的范圍。對(duì)于Er_new％最好為0到100。等級(jí)空間值通常為0到1并被稱為模糊輸入、真值或隸屬程度。圖19所示圖象300含有輸入Er_new％的隸屬函數(shù)，Er_new％被劃分成為三個(gè)語(yǔ)言變數(shù)即大Large(304)、中Medium(306)和小Small(308)。對(duì)于Er_new％＝60，模糊輸入(或隸屬函數(shù)的程度)為大0.25和中0.75。輸入變數(shù)Dir已被很好定義為(+、-或0)，因此在這應(yīng)用上不需隸屬函數(shù)。下一工步為編制真值表或規(guī)則評(píng)估。
規(guī)則評(píng)估規(guī)則評(píng)估從模糊化工步取得模糊輸入并利用以知識(shí)為基礎(chǔ)的規(guī)則計(jì)算模糊輸出。圖20示出成為真值表的規(guī)則。對(duì)于第一行和第一列，規(guī)則為“如果Er_new％為大并且Dir為負(fù)，那么新的增益不變(NC)(即如果在過(guò)去的tsum秒內(nèi)在(os)范圍內(nèi)的e(t)數(shù)據(jù)的百分率為大并且方向(Dir)為負(fù)/零，那么現(xiàn)有K值不變(NC)。
在本例中，由于Er_new％具有模糊輸入大(0.25)和中(0.75)及正的Dir，適用的規(guī)則將是如果Er_new％為大(0.25)而Dir為正，那么新的增益不變(NC＝1)如果Er_new％為中(0.75)而Dir為正，那么新的增益為正的小改變(psc＝1.2)解除模糊化最后為解除模糊化過(guò)程，使用圖21的圖解將來(lái)自規(guī)則評(píng)估工步的模糊輸出轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K輸出。圖解310采用下列標(biāo)記NBC為負(fù)的大改變；NSC為負(fù)的小改變；NC為不變；PSC為正的小改變；PBC為正的大改變。在較優(yōu)實(shí)施例中采用重心或矩心法來(lái)解除模糊化。用來(lái)轉(zhuǎn)變成增益的輸出的隸屬函數(shù)在圖21中示出。
矩心(模糊邏輯輸出)可如下計(jì)算 其中μ(x)為所論述事物值x的模糊輸出值在本例中，輸出(K_new)為 一旦三個(gè)工步，即模糊化、規(guī)則評(píng)估和解除模糊化都已完成，輸出也被計(jì)算出來(lái)，就可為Er_new％的新的設(shè)定再一次重復(fù)上述過(guò)程。
在上例中，在第一個(gè)1000秒以后，自適應(yīng)算法計(jì)算出新的增益為K_new＝11.50。這個(gè)新的增益被PID環(huán)用于下一個(gè)1000秒(即實(shí)時(shí)地從t＝1000到2000秒)。在t＝1001秒時(shí)將計(jì)數(shù)器Er_new設(shè)定為零以便完成下一個(gè)1000秒的計(jì)數(shù)。在另一個(gè)1000秒終止時(shí)(即在t＝2000秒時(shí)重新計(jì)算Er_new％。
假定這時(shí)Er_new％為25。這意味著將K從10改變到11.5，控制反而變壞。因此最好在另一方向上改變?cè)鲆妫礈p少增益而不是增加增益。這樣，在t＝2000秒時(shí)，Er_new％＝25，Er_old％＝60(Er_new％以前的值)，K_new＝11.5和K_old＝10(以前的K值)。應(yīng)用方程式(2)，得到負(fù)的Dir值。使用25的Er_new％和負(fù)的Dir，重新進(jìn)行模糊邏輯計(jì)算，算出下一個(gè)1000秒的新的獲得。新的獲得值為K_new＝7.76并被PID環(huán)用于從t＝2000到3000秒。
假定第三次循環(huán)即從t＝2000到3000秒，Er_new％得出為95％(這代表較嚴(yán)密的控制)。進(jìn)行相同的模糊邏輯運(yùn)算給出相同的K_new值，這時(shí)獲得保持不變一直要到Er_new％重新惡化。
示范的應(yīng)用脈沖寬度調(diào)節(jié)(PWM)壓縮機(jī)和電子分檔調(diào)節(jié)器(ESR)閥都可用來(lái)控制蒸發(fā)器的溫度/壓力或蒸發(fā)器冷卻流體(空氣或水)的溫度。前者通過(guò)調(diào)節(jié)致冷劑的流量來(lái)控制，而后者則限制抽吸側(cè)來(lái)控制流量。參閱圖18，其中示出在冷凍系統(tǒng)279中工作的這種驅(qū)動(dòng)器的控制系統(tǒng)的方塊圖。在圖18中每隔dt秒對(duì)一個(gè)或較好是對(duì)四個(gè)蒸發(fā)器冷卻流體的溫度或?qū)σ粋€(gè)蒸發(fā)器的抽吸壓力(一般地在282示出)取一次樣。dt＝10秒的取樣管線對(duì)這兩個(gè)用途都很合適。在被模擬到數(shù)字組件284處理后，在組件286根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或使用者的意愿，從四個(gè)溫度中采取平均或最小或最大，將取樣的信號(hào)減少到一個(gè)。通常，在一個(gè)單一驅(qū)動(dòng)器(PWM/ESR)的系統(tǒng)中，整個(gè)蒸發(fā)器蛇管都是同時(shí)進(jìn)行去霜的，這時(shí)采取控制信號(hào)的平均值較佳。而在多個(gè)蒸發(fā)器一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)中，蒸發(fā)器各蛇管的去霜并不同時(shí)進(jìn)行，這時(shí)采用最小值是較佳的模式。在平均/最小/最大后得到的值被稱為調(diào)節(jié)的信號(hào)。在比較組件288將這個(gè)值與所需的設(shè)定點(diǎn)比較，計(jì)算出誤差e(t)。
在環(huán)路中采用的控制算法為比例積分(pI)控制技術(shù)(PID)。PI算法計(jì)算出ESR的閥門位置(O-100％)或在PWM壓縮機(jī)的情況下計(jì)算出負(fù)載百分率(0-100％)。對(duì)這兩種情況的驅(qū)動(dòng)器，典型的整個(gè)重新設(shè)定時(shí)間都是60秒。增益被自適應(yīng)環(huán)合適地調(diào)諧。在較優(yōu)實(shí)施例中，每當(dāng)遇到下述情況都應(yīng)停止進(jìn)行自適應(yīng)算法系統(tǒng)在去霜；正在通過(guò)降溫階段；有一個(gè)大的設(shè)定點(diǎn)變動(dòng)；檢測(cè)出傳感器失效或任何一個(gè)其他系統(tǒng)失效。
因此，自適應(yīng)算法通常是當(dāng)系統(tǒng)在正常模式下工作時(shí)用的。較好使用的時(shí)間ta約為1秒而tsum約為1800秒(30分)。
與PWM壓縮機(jī)/ESR閥有關(guān)的診斷方法參閱圖22，一個(gè)排放冷卻流體的溫度傳感器312(Ta)、一個(gè)蒸發(fā)器蛇管進(jìn)口溫度傳感器314(Ti)和一個(gè)蒸發(fā)器蛇管出口溫度傳感器316(To)能為采用PWM/ESR的蒸發(fā)器控制提供能診斷的特點(diǎn)。進(jìn)口溫度傳感器314可設(shè)在蒸發(fā)器蛇管內(nèi)的任何地方。但較好的位置是在從蒸發(fā)器蛇管分配器320起算的蒸發(fā)器的總長(zhǎng)度的約三分之一處。
采用這三個(gè)溫度傳感器能夠得到對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，這些認(rèn)識(shí)能被用來(lái)診斷。例如當(dāng)將ESR/PWM用于一個(gè)單一的蒸發(fā)器和膨脹閥時(shí)可每隔tsum秒在自適應(yīng)環(huán)路上跟蹤下列變數(shù)。這些變數(shù)可在自適應(yīng)環(huán)路上Er_new正好被積分后進(jìn)行積分。
N-Clase閥門位置/PWM負(fù)載為0％時(shí)的次數(shù)。
N-Open閥門位置/PWM負(fù)載為100％時(shí)的次數(shù)。
MAVPtsum秒內(nèi)閥門位置/PWM負(fù)載的移動(dòng)平均。
SSLP穩(wěn)定狀態(tài)的閥門位置/PWM負(fù)載。如果在tsum時(shí)間內(nèi)Er_new％大于50％，將SSLP設(shè)定為等于MAVP。
dTTa和Ti之間差異(Ta-Ti)的移動(dòng)平均。
SH在所說(shuō)時(shí)間內(nèi)To和Ti之間差異(To-Ti)的移動(dòng)平均。這大致為蒸發(fā)器的過(guò)熱。
N-FL在所說(shuō)時(shí)間即tsum秒內(nèi)To小于Ti的次數(shù)。這數(shù)指示膨脹閥有多少次淹沒(méi)蒸發(fā)器。
另外，在去霜后降溫的時(shí)間也被獲知。根據(jù)這些變數(shù)，可作下列診斷溫度傳感器失效、膨脹閥惡化、ESR閥/PWM壓縮機(jī)惡化、ESR/PWM過(guò)大、ESR/PWM過(guò)小和沒(méi)有空氣流動(dòng)。
溫度傳感器失效可校核溫度讀數(shù)是否在預(yù)期范圍內(nèi)來(lái)檢測(cè)溫度傳感器的失效。如果用Ta作為控制變數(shù)來(lái)控制PWM/ESR，那么當(dāng)Ta失效時(shí)，可如下進(jìn)行控制。上述驅(qū)動(dòng)器可根據(jù)Ti或根據(jù)利用dT估計(jì)出來(lái)的Ta值(即將dT加到Ti值上)來(lái)控制。在已知的降溫時(shí)間(tpd)內(nèi)，閥門/PWH可被設(shè)定為完全開(kāi)放/負(fù)載。如果Ti也已同時(shí)失效或無(wú)法取得，那么在降溫時(shí)間內(nèi)，驅(qū)動(dòng)器可100％打開(kāi)，然后在降溫時(shí)間之后被設(shè)定為穩(wěn)定狀態(tài)負(fù)載百分率(SSLP)。在這種情況下須向機(jī)長(zhǎng)報(bào)警。
膨脹閥惡化如果膨脹閥粘住或失調(diào)或過(guò)小/過(guò)大，那么可用下列跟蹤變數(shù)的組合來(lái)診斷這類問(wèn)題。N_FL＞50％和Er_new％＞10％時(shí)指示膨脹閥粘住在開(kāi)啟狀態(tài)或失調(diào)或者甚至過(guò)大以致淹沒(méi)蒸發(fā)器蛇管。在這種情況下須報(bào)警。另外，SH＞20和N_FL＝0時(shí)指示膨脹閥失調(diào)或閥門過(guò)小或閥門粘住在關(guān)閉狀態(tài)。
ESR閥/PWM壓縮機(jī)惡化惡化的ESR表現(xiàn)在遺漏工步或被粘住，惡化的PWM壓縮機(jī)表現(xiàn)在其螺線管閥被粘住在閉合或開(kāi)啟狀態(tài)。在去霜是將ESR/PWM設(shè)定為0％來(lái)完成的配置中，這些問(wèn)題可如下被檢測(cè)出來(lái)。
如果在去霜前Er_new％＞50％，而在去霜時(shí)Ti＜32°F及SH＞5°F，那么該閥被確定為遺漏工步。因此，該閥被關(guān)閉按另一個(gè)100％運(yùn)行，如果Ti和SH保持相同，那么這就高度表明該閥已被粘住。
如果Er_new％＝0，N_Close為100％，而Ti＜32°F，SH＞5°F，那么PWM/ESR被確定為粘住在開(kāi)啟狀態(tài)。如果Er_new％＝0，N_Open為100％，而Ti＞32°F，SH＞5°F，那么PWM/ESR被確定為粘住在關(guān)閉狀態(tài)。
ESR/PWM過(guò)大如果N_Close＞90％而30％＜Er_new％＜100％，那么應(yīng)為閥門/PWM壓縮機(jī)過(guò)大報(bào)警。
ESR/PWM過(guò)小如果N_Open＞90％而Er_new％＝0，SH＞5，那么應(yīng)為閥門/PWM壓縮機(jī)過(guò)小報(bào)警。
沒(méi)有空氣流動(dòng)如果N_Open＝100％，Er_new％＝0，SH＜5°F，而Ti＜25°F及N_FL＞50％，那么或是空氣被堵塞，或是風(fēng)扇沒(méi)有很好工作。
另外，這些診斷策略也可用于電子膨脹閥控制器。
上述這些實(shí)施例都是為了說(shuō)明的目的，并不要用來(lái)限制本發(fā)明。對(duì)本行業(yè)的行家來(lái)說(shuō)，在不離開(kāi)所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，是很容易對(duì)說(shuō)明書內(nèi)論述的本發(fā)明的實(shí)施例作出各種改變和修改的。
附錄完成信號(hào)調(diào)節(jié)的偽代碼每隔Ts秒重復(fù)下列項(xiàng)目一次讀出使用者輸入取樣時(shí)間(Ts)控制型式(P或T)傳感器模式(Avg/Min/Max)完成模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換(ADC)在所有(四個(gè))溫度傳感器的通道上輸出統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)數(shù)字過(guò)濾統(tǒng)計(jì)Ynew＝0.75*Yold+0.25*統(tǒng)計(jì)(Y為增益)輸出過(guò)濾統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)將過(guò)濾統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)換成°F試驗(yàn)是否至少有一個(gè)傳感器在正常工作范圍內(nèi)例如在-40和+90°F之間如果沒(méi)有一個(gè)在該范圍內(nèi)-設(shè)定傳感器報(bào)警為真否則根據(jù)傳感器模式完成Avg/Min/Max操作如果控制型式不是T/P控制型式那么終止信號(hào)調(diào)節(jié)常規(guī)程序(一直到下一個(gè)Ts周期)否則(控制型式為T/P)進(jìn)行下列程序在壓力傳感器通道上完成ADC輸出統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)數(shù)字過(guò)濾統(tǒng)計(jì)Ynew＝0.75*Yold+0.25*統(tǒng)計(jì)輸出過(guò)濾統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)將過(guò)濾統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)換成Psig試驗(yàn)壓力傳感器是否在正常操作范圍內(nèi)例如在0和+200之間如果不在范圍內(nèi)，設(shè)dP＝dP設(shè)定點(diǎn)否則計(jì)算dP＝Pmax-Pmin設(shè)定對(duì)調(diào)節(jié)T/dP的傳感器報(bào)警終止信號(hào)調(diào)節(jié)常規(guī)程序(一直到下一個(gè)Ts周期)
權(quán)利要求
1.一種冷凍系統(tǒng)的致冷劑壓力作用構(gòu)件用的自適應(yīng)調(diào)諧控制器，具有一個(gè)耦聯(lián)到所說(shuō)壓力作用構(gòu)件上的控制處理器用來(lái)根據(jù)誤差信號(hào)對(duì)所說(shuō)構(gòu)件提供閉環(huán)控制；所說(shuō)控制處理器包括存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)第一處理指令據(jù)以完成控制算法，該算法包括至少一個(gè)可編程調(diào)節(jié)的增益系數(shù)(gain factor)；所說(shuō)控制處理器包括存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)第二處理指令據(jù)以周期性地產(chǎn)生新增益系數(shù)來(lái)適應(yīng)地改變所說(shuō)可編程調(diào)節(jié)的增益系數(shù)；所說(shuō)第二處理指令使所說(shuō)控制處理器能夠(a)監(jiān)控所說(shuō)誤差信號(hào)的波動(dòng)并產(chǎn)生一個(gè)數(shù)值可指示所說(shuō)誤差信號(hào)在一預(yù)定時(shí)間內(nèi)的波動(dòng)百分率；(b)應(yīng)用一個(gè)隸屬函數(shù)(membership function)使所說(shuō)數(shù)值模糊化，產(chǎn)生一組可指示隸屬程度的模糊(fuzzy)輸入值；(c)在這些模糊輸入值上應(yīng)用一組預(yù)定的規(guī)則產(chǎn)生一組模糊輸出值，這組預(yù)定規(guī)則反映增益系數(shù)與要被改變的所說(shuō)隸屬函數(shù)的一個(gè)給定部分的關(guān)聯(lián)程度；(d)用一個(gè)組合運(yùn)算使所說(shuō)模糊輸出值解除模糊化，產(chǎn)生所說(shuō)新的增益系數(shù)。
2.權(quán)利要求1的控制器，其特征為，所說(shuō)第一處理指令使所說(shuō)控制處理器作出比例閉環(huán)控制，其時(shí)所說(shuō)增益系數(shù)為比例常數(shù)。
3.權(quán)利要求2的控制器，其特征為，所說(shuō)第一處理指令還使所說(shuō)控制處理器作出積分(integral)閉環(huán)控制。
4.權(quán)利要求1的控制器，其特征為，所說(shuō)第一處理指令使所說(shuō)控制處理器作出積分閉環(huán)控制，其時(shí)所說(shuō)增益系數(shù)為積分常數(shù)。
5.權(quán)利要求1的控制器，其特征為，所說(shuō)隸屬函數(shù)定義多個(gè)代表誤差值的不同范圍的語(yǔ)言變數(shù)(linguistic veriables)。
6.權(quán)利要求5的控制器，其特征為，所說(shuō)語(yǔ)言變數(shù)包括至少三個(gè)代表預(yù)定義的大、中和小的誤差值范圍的語(yǔ)言變數(shù)。
7.權(quán)利要求1的控制器，其特征為，所說(shuō)隸屬函數(shù)定義至少三個(gè)隸屬函數(shù)值的重疊范圍，因此使至少某些指示波動(dòng)百分率的數(shù)值坐落在多于一個(gè)的隸屬函數(shù)值上。
8.權(quán)利要求1的控制器，其特征為，所說(shuō)第二處理指令還使所說(shuō)控制處理器監(jiān)控所說(shuō)誤差信號(hào)的波動(dòng)方向，并且所說(shuō)預(yù)定的一組規(guī)則包括正誤差信號(hào)波動(dòng)的第一亞組和負(fù)誤差信號(hào)波動(dòng)的第二亞組。
9.權(quán)利要求1的控制器，其特征為，所說(shuō)第二處理指令使所說(shuō)控制器將所說(shuō)模糊輸出值解除模糊化，辦法是計(jì)算所說(shuō)模糊輸出值的矩心(centroid)，由此導(dǎo)出一個(gè)乘數(shù)，將該乘數(shù)使用到可編程調(diào)節(jié)的增益系數(shù)上，產(chǎn)生所說(shuō)新的增益系數(shù)。
10.權(quán)利要求1的控制器，其特征為，所說(shuō)壓力作用構(gòu)件為壓縮機(jī)。
11.權(quán)利要求1的控制器，其特征為，所說(shuō)壓力作用構(gòu)件為一閥。
12.權(quán)利要求1的控制器，其特征為，所說(shuō)壓力作用構(gòu)件為分檔調(diào)節(jié)器閥。
13.制冷壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，包括一個(gè)壓縮機(jī)在接電時(shí)可有選擇地至少兩個(gè)狀態(tài)下工作，包括與第一容量對(duì)應(yīng)的第一狀態(tài)，和與比所述第一容量低的第二容量對(duì)應(yīng)的第二狀態(tài)；一負(fù)載傳感器，用來(lái)感知一種表示冷卻需求的性能；一耦聯(lián)到所述負(fù)載傳感器上的控制器，用于產(chǎn)生一可變工作循環(huán)控制信號(hào)，而該工作循環(huán)是冷卻需求的函數(shù)，所述控制器包括一組件，用于對(duì)所述可變工作循環(huán)控制信號(hào)建立一固定或可變循環(huán)時(shí)間；所述控制器被耦連到所述壓縮機(jī)上，用來(lái)使所述壓縮機(jī)根據(jù)所述可變工作循環(huán)控制信號(hào)有選擇地在所述第一和第二狀態(tài)之間更換，從而當(dāng)所述壓縮機(jī)接電時(shí)調(diào)節(jié)所述壓縮機(jī)的容量以滿足冷卻的需要。
14.如權(quán)利要求13所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述循環(huán)時(shí)間作為壓縮的致冷劑的壓力波動(dòng)的函數(shù)。
15.如權(quán)利要求13所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述壓縮機(jī)適于將壓縮致冷劑提供到蒸發(fā)器，以從空氣中除去熱量，所述循環(huán)時(shí)間作為蒸發(fā)器出口空氣溫度的函數(shù)而變化。
16.如權(quán)利要求13所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述循環(huán)時(shí)間作為工作循環(huán)的函數(shù)被預(yù)先確定。
17.一種冷凍系統(tǒng)，包括一冷凍柜；一蒸發(fā)器設(shè)置在所述冷凍柜內(nèi)；與所述蒸發(fā)器耦聯(lián)并在流體上連通的冷凝器和壓縮機(jī)；所述冷凝器設(shè)在所述冷凍柜上，并具有設(shè)施能將熱量轉(zhuǎn)移到周圍環(huán)境內(nèi)；所述壓縮機(jī)為一脈沖寬度調(diào)節(jié)的可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)；設(shè)在所述冷凍柜中的負(fù)載傳感器；一個(gè)能響應(yīng)所述負(fù)載傳感器并耦聯(lián)到所述壓縮機(jī)上的控制器，用來(lái)將可變工作循環(huán)信號(hào)提供給所述壓縮機(jī)，從而使所述壓縮機(jī)在工作時(shí)在第一容量和第二容量狀態(tài)之間被調(diào)節(jié)，這樣便可調(diào)節(jié)冷凍系統(tǒng)的工作容量使它承受熱負(fù)載；一在流體上連通地與蒸發(fā)器耦聯(lián)的致冷劑調(diào)節(jié)閥，該閥在電路上被所述可變工作循環(huán)控制信號(hào)控制，使它進(jìn)一步調(diào)節(jié)所述冷凍系統(tǒng)的容量。
18.如權(quán)利要求17所述的冷凍系統(tǒng)，其特征在于所述閥包括一步進(jìn)電機(jī)。
19.如權(quán)利要求17所述的冷凍系統(tǒng)，其特征在于所述閥包括一脈沖螺線管。
20.如權(quán)利要求17所述的冷凍系統(tǒng)，其特征在于所述閥能作為一抽吸側(cè)壓力調(diào)節(jié)器。
21.如權(quán)利要求17所述的冷凍系統(tǒng)，其特征在于所述閥能作為一液體側(cè)膨脹閥工作。
22.一種冷凍系統(tǒng)，包括一冷凍柜；一蒸發(fā)器設(shè)置在所述冷凍柜內(nèi)；與所述蒸發(fā)器耦聯(lián)并在流體上連通的冷凝器和壓縮機(jī)；所述冷凝器設(shè)在所述冷凍柜上，并具有設(shè)施能將熱量轉(zhuǎn)移到周圍環(huán)境內(nèi)；所述壓縮機(jī)為一脈沖寬度調(diào)節(jié)的可變?nèi)萘繅嚎s機(jī)；設(shè)在所述冷凍柜中的負(fù)載傳感器；一個(gè)能響應(yīng)所述負(fù)載傳感器并耦聯(lián)到所述壓縮機(jī)上的控制器，用來(lái)將可變工作循環(huán)信號(hào)提供給所述壓縮機(jī)，從而使所述壓縮機(jī)在工作時(shí)在第一容量和第二容量狀態(tài)之間被調(diào)節(jié)，這樣便可調(diào)節(jié)冷凍系統(tǒng)的工作容量使它承受熱負(fù)載；一用于周期地對(duì)所述冷凍系統(tǒng)去霜的組件。
23.如權(quán)利要求22所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述去霜之間的頻率適于作為所述工作循環(huán)的函數(shù)。
24.如權(quán)利要求22所述的控制系統(tǒng)，其特征在于在去霜期間，通過(guò)增加所述工作循環(huán)到最大值，使去霜時(shí)間縮短。
25.如權(quán)利要求22所述的控制系統(tǒng)，其特征在于去霜的開(kāi)始是表示無(wú)霜狀態(tài)的工作循環(huán)和表示強(qiáng)霜狀態(tài)的工作循環(huán)之間的差的函數(shù)。
26.如權(quán)利要求13所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)適于冷卻一負(fù)載，并且所述工作循環(huán)是根據(jù)一表示被冷卻負(fù)載溫度的參數(shù)。
27.如權(quán)利要求13所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)適于冷卻一負(fù)載，并且所述工作循環(huán)是根據(jù)冷卻負(fù)載的介質(zhì)溫度。
28.如權(quán)利要求27所述的控制系統(tǒng)，其特征在于介質(zhì)是在要冷卻空間中的空氣。
29.如權(quán)利要求13所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)適于冷卻一負(fù)載，所述工作循環(huán)是根據(jù)設(shè)定溫度和要冷卻介質(zhì)溫度之間的差。
30.如權(quán)利要求29所述的控制系統(tǒng)，其特征在于介質(zhì)是在要冷卻空間中的空氣。
31.一種冷凍系統(tǒng)的致冷劑壓力作用構(gòu)件的控制方法，所述步驟包括根據(jù)誤差信號(hào)對(duì)壓力作用構(gòu)件提供閉環(huán)控制；存儲(chǔ)第一處理指令以完成控制算法，該算法包括至少一個(gè)可編程調(diào)節(jié)的增益系數(shù)；存儲(chǔ)第二處理指令以周期性地產(chǎn)生新增益系數(shù)來(lái)適應(yīng)地改變所述可編程調(diào)節(jié)的增益系數(shù)；其特征在于，所述存儲(chǔ)第二處理指令的步驟包括監(jiān)控所述誤差信號(hào)的波動(dòng)；產(chǎn)生一數(shù)值可指示所述誤差信號(hào)在一預(yù)定時(shí)間內(nèi)的波動(dòng)百分比；應(yīng)用一隸屬函數(shù)使所述數(shù)值模糊化；產(chǎn)生一組可指示所述數(shù)值隸屬程度的模糊輸入值；在所述模糊輸入值上應(yīng)用一組預(yù)定的規(guī)則，所述這組預(yù)定規(guī)則反映增益系數(shù)與要被改變的所述隸屬函數(shù)的一個(gè)給定部分的關(guān)聯(lián)程度；產(chǎn)生一組模糊輸出值；用一組合運(yùn)算使所述模糊輸出值解除模糊化，產(chǎn)生新的增益系數(shù)。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于所述儲(chǔ)存第一處理指令的步驟包括作出比例閉環(huán)控制，其時(shí)所述增益系數(shù)為比例常數(shù)。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于所述儲(chǔ)存第一處理指令的步驟包括作出積分閉環(huán)控制。
34.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于所述儲(chǔ)存第一處理指令的步驟包括作出積分閉環(huán)控制，其時(shí)所述增益系數(shù)為積分常數(shù)。
35.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于應(yīng)用一隸屬函數(shù)使所述數(shù)值模糊化的步驟包括定義多個(gè)代表誤差值的不同范圍的語(yǔ)言變數(shù)。
36.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于還包括監(jiān)控所述誤差信號(hào)的波動(dòng)方向的步驟，其中，所述預(yù)定的一組規(guī)則包括包括正誤差信號(hào)波動(dòng)的第一亞組，和負(fù)誤差信號(hào)波動(dòng)的第二亞組。
37.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于還包括計(jì)算模糊輸出值矩心的步驟，由此導(dǎo)出一個(gè)乘數(shù)，將該乘數(shù)應(yīng)用到可編程調(diào)節(jié)的增益系數(shù)上，產(chǎn)生所述新的增益系數(shù)。
全文摘要
利用一臺(tái)特殊的脈沖寬度調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)(30)耦聯(lián)到冷凝器(32)和蒸發(fā)器(42)上來(lái)控制一個(gè)冷凍系統(tǒng)。系統(tǒng)可以是分布式的，其中冷凝器(32)和壓縮機(jī)(30)可耦合在一起對(duì)付一組相鄰的冷凍柜，而每一冷凍柜有其自己的蒸發(fā)器(42)。控制器(52)被耦聯(lián)到負(fù)載傳感器(58)上用來(lái)產(chǎn)生可變工作循環(huán)控制信號(hào)，而工作循環(huán)為冷卻需求的函數(shù)。另外，可利用模糊邏輯技術(shù)來(lái)使該系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)諧控制。
文檔編號(hào)F01C1/02GK1607478SQ20041008595
公開(kāi)日2005年4月20日 申請(qǐng)日期1998年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月29日
發(fā)明者亨·M·潘, 阿布塔·辛格, 讓-魯克·M·卡亞, 馬克·拜司 申請(qǐng)人:科普蘭公司