專利名稱：控制溫度/濕度或溫度的方法及控制溫度/濕度或溫度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制溫度/濕度或溫度的方法及用于控制溫度/濕度或溫度的裝置，其在溫度/濕度控制系統(tǒng)中利用加熱執(zhí)行器、冷卻執(zhí)行器或加濕執(zhí)行器，或在溫度控制系統(tǒng)中利用加熱執(zhí)行器作為主執(zhí)行器及冷卻執(zhí)行器作為副執(zhí)行器，可實現(xiàn)能量的節(jié)省。
再者，如果在利用冷卻器和加熱器的溫度控制系統(tǒng)中冷卻器的輸出精確度不夠高，但在例如具有溫度控制的浴池中又需要這樣精確的溫度控制，這就需進行預(yù)冷/再加熱控制，通過所述的預(yù)冷/再加熱控制，冷卻器進行過度冷卻，接著通過加熱器進行加熱來設(shè)置優(yōu)化的溫度。
在上述的溫度/濕度控制系統(tǒng)中，進行輸出抵消可使當冷卻器用來冷卻時所產(chǎn)生的濕度減小由加濕器來補償，及使當冷卻器用來除濕時所產(chǎn)生的溫度減小由加熱器來補償。然而，若進行了不適當?shù)妮敵龅窒?，就會浪費能量。尤其是在溫度/濕度控制系統(tǒng)中，三種執(zhí)行器，也就是冷卻器、加熱器和加濕器有時同時工作，以便進行輸出抵消。這就增加了能量消耗。
再者，在預(yù)冷/再加熱型溫度控制系統(tǒng)中，首先由冷卻器進行預(yù)冷并接著由加熱器進行加熱來進行輸出抵消，因此，若不恰當?shù)倪M行這種輸出抵消，就會增加能量消耗。
在本發(fā)明的溫度/濕度控制方法中，將輸出到溫度控制器的加熱執(zhí)行器和冷卻執(zhí)行器的操作變量輸出中輸出到冷卻執(zhí)行器的操作變量輸出，與輸出到濕度控制器的加濕執(zhí)行器和輸出到冷卻執(zhí)行器的操作變量輸出中輸出到冷卻執(zhí)行器的操作變量輸出相比較，較大的操作變量輸出到冷卻執(zhí)行器。這種設(shè)置保證了在溫度/濕度控制系統(tǒng)中在三個執(zhí)行器中最多有兩個執(zhí)行器工作。
在本發(fā)明溫度控制方法中，來自用于控制加熱的控制器的操作變量輸出作為控制變量輸入輸入到用于控制冷卻的控制器，并將操作變量輸出的理想值作為設(shè)定值輸出到用于控制冷卻的控制器。
本發(fā)明的溫度/濕度控制裝置包括用于實現(xiàn)溫度控制的加熱功能的加熱執(zhí)行器(Act1)；用于實現(xiàn)溫度控制的冷卻功能和濕度控制的除濕功能的冷卻執(zhí)行器(Act2)；用于實現(xiàn)濕度控制的加濕功能的加濕執(zhí)行器(Act3)；用于控制溫度的溫度控制器(PID_Temp)；用于控制濕度的濕度控制器(PID_Hum)；溫度控制輸出分支單元(D_MV_Temp)，若操作變量輸出的值對應(yīng)于加熱模式，則所述溫度控制輸出分支單元(D_MV_Temp)用于將由溫度控制器輸出的操作變量輸出(MVT)到加熱執(zhí)行器，若操作變量輸出的值相應(yīng)于冷卻模式，則所述溫度控制輸出分支單元(D_MV_Temp)用于將來自溫度控制器的操作變量輸出輸出到冷卻執(zhí)行器；濕度控制輸出分支單元(D_MV_Hum)，若操作變量輸出的值對應(yīng)于加濕模式，則所述濕度控制輸出分支單元(D_MV_Hum)用于將來自濕度控制器的操作變量輸出(MVH)輸出到加濕執(zhí)行器，若操作變量輸出的值對應(yīng)于除濕模式，則所述濕度控制輸出分支單元(D_MV_Hum)用于將來自濕度控制器的操作變量輸出輸出到冷卻執(zhí)行器；及冷卻輸出最大值操作單元(C_MAX)，其設(shè)置在溫度控制輸出分支單元和冷卻執(zhí)行器之間及濕度控制輸出分支單元和冷卻執(zhí)行器之間，用于比較由溫度控制輸出分支單元和濕度控制輸出分支單元輸出的操作變量，并給出到冷卻執(zhí)行器的較大的操作變量輸出。
本發(fā)明的溫度/濕度控制裝置包括用于實現(xiàn)溫度控制的加熱功能的加熱執(zhí)行器(Act1)；用于實現(xiàn)溫度控制的冷卻功能和濕度控制的除濕功能的冷卻執(zhí)行器(Act2)；用于實現(xiàn)濕度控制的加濕功能的加濕執(zhí)行器(Act3)；用于控制加熱和發(fā)送給加熱執(zhí)行器操作變量輸出(MV1)的加熱溫度控制器(PID_Temp1)；用于控制冷卻和發(fā)送給冷卻執(zhí)行器操作變量輸出(MV2)的冷卻溫度控制器(PID_Temp2)；用于控制加濕和發(fā)送給加濕執(zhí)行器操作變量輸出(MV3)的加濕濕度控制器(PID_Hum3)；用于控制除濕和發(fā)送給冷卻執(zhí)行器操作變量輸出(MV4)的除濕濕度控制器(PID_Hum4)；用于在加熱模式操作加熱溫度控制器、在冷卻模式操作冷卻溫度控制器的溫度控制器轉(zhuǎn)換單元(CH_Temp)；用于在加濕模式操作加濕濕度控制器、在除濕模式操作除濕濕度控制器的濕度控制器轉(zhuǎn)換單元(CH_Hum)；及冷卻輸出最大值操作單元C_MAX，其設(shè)置在冷卻溫度控制器和冷卻執(zhí)行器之間和除濕濕度控制器和冷卻執(zhí)行器之間，用于比較由冷卻溫度控制器和除濕濕度控制器輸出的操作變量(MV2，MV4)，并給出較大的輸出到冷卻執(zhí)行器的操作變量。
本發(fā)明的溫度控制裝置包括用于實現(xiàn)溫度控制的加熱功能的加熱執(zhí)行器(Act1)；用于實現(xiàn)溫度控制的冷卻功能的冷卻執(zhí)行器(Act2)；用于控制加熱和發(fā)送給加熱執(zhí)行器操作變量輸出(MVH0)的加熱溫度控制器(PID_H)；及冷卻溫度控制器(PID_C)，其用來接收由加熱溫度控制器輸出的操作變量作為控制變量輸入，通過操作變量輸出的理想值作為設(shè)定值進行操作，及將操作變量輸出(MVC0)作為操作的結(jié)果輸出到冷卻執(zhí)行器。
本發(fā)明的溫度/濕度控制裝置包括用于實現(xiàn)溫度控制的加熱功能的加熱執(zhí)行器(Act1)；用于實現(xiàn)溫度控制的冷卻功能和濕度控制的除濕功能的冷卻執(zhí)行器(Act2)；用于實現(xiàn)濕度控制的加濕功能的加濕執(zhí)行器(Act3)；用于控制溫度的溫度控制器(PID_Temp)；用于控制濕度的濕度控制器(PID_Hum)；溫度控制輸出分支單元(D_MV_Temp)，若操作變量輸出的值對應(yīng)于加熱模式，則所述溫度控制輸出分支單元(D_MV_Temp)用于將來自溫度控制器的操作變量輸出(MVT)輸出到加熱執(zhí)行器，若操作變量輸出的值相應(yīng)于冷卻模式，則所述溫度控制輸出分支單元(D_MV_Temp)用于將來自溫度控制器的操作變量輸出輸出到冷卻執(zhí)行器；濕度控制輸出分支單元(D_MV_Hum)，若操作變量輸出的值相應(yīng)于加濕模式，則所述濕度控制輸出分支單元(D_MV_Hum)用于將來自濕度控制器的操作變量輸出(MVH)輸出到加濕執(zhí)行器，若操作變量輸出的值相應(yīng)于除濕模式，則所述濕度控制輸出分支單元(D_MV_Hum)用于將來自濕度控制器的操作變量輸出輸出到冷卻執(zhí)行器；冷卻溫度控制器(PID_C)，其用來從溫度控制輸出單元接收操作變量輸出作為控制變量輸入，利用操作變量輸出的理想值作為設(shè)定值進行操作，及將操作變量輸出(MVC0)作為操作的結(jié)果輸出到冷卻執(zhí)行器；及冷卻輸出最大值操作單元(C_MAX2)，其設(shè)置在冷卻執(zhí)行器和溫度控制輸出分支單元、濕度控制輸出分支單元、及冷卻溫度控制器之間，用于比較由溫度控制輸出分支單元、溫度控制輸出分支單元及冷卻溫度控制器輸出的操作變量，并給出較大的輸出到冷卻執(zhí)行器的操作變量。


圖10為解釋圖9所示的溫度/濕度控制裝置的操作流程圖；
當通過抑制加熱/冷卻功能的輸出抵消和加濕/除濕功能的輸出抵消來實現(xiàn)節(jié)能時，本實施例可應(yīng)用于浴池(如溫度/濕度控制的浴池)或室內(nèi)(如凈室或溫室中)空氣的溫度/濕度控制系統(tǒng)中。
下面將解釋本實施例的溫度/濕度控制裝置的工作過程。圖2為圖1所示溫度/濕度控制裝置的工作流程圖；開始，溫度控制器PID_Temp執(zhí)行PID操作，以便計算操作變量輸出MVT(圖2中的步驟101)。所述溫度控制器PID_Temp通?？捎杉訜帷鋮s控制邏輯構(gòu)成。加熱—冷卻控制為一種可選擇地使用加熱功能和冷卻功能的控制技術(shù)。
簡而言之，所述加熱—冷卻控制是一種控制方法，通過這種方法，若由溫度控制器PID_Temp輸出的操作變量輸出MVT大于50％，則根據(jù)操作變量輸出MVT進行操作加熱執(zhí)行器Act1，及若所述操作變量輸出MVT為小于或等于50％，則根據(jù)操作變量輸出MVT進行操作冷卻執(zhí)行器Act2。
同樣，在所述加熱—冷卻控制中，在加熱模式控制期間，若由溫度控制器PID_Temp輸出的操作變量輸出MVT變化為小于或等于50％，則模式立刻轉(zhuǎn)變?yōu)槔鋮s模式。在冷卻模式控制期間，若操作變量輸出MVT變化為大于50％，則模式立刻轉(zhuǎn)變?yōu)榧訜崮Ｊ健?br> 因此，當使操作變量輸出標準化到0至100％時，若在緊接著的前一控制周期操作變量輸出MVT-1大于50％，溫度控制器PID_Temp確定設(shè)定加熱模式。溫度控制器PID_emp在當前控制周期利用加熱PID參數(shù)計算操作變量輸出MVT，如下式所示MVT＝Kg1{1+1/(Ti1 s)+Td1 s}(SPT-PVT) (1)其中Kg1、Ti1、Td1分別為溫度控制器PID_Temp的加熱側(cè)比例增益、加熱側(cè)積分時間和加熱側(cè)微分時間，SPT為溫度設(shè)定值，用來設(shè)定溫度控制器PID_Temp所控制的目標(沒有示出)，及PVT為控制所述目標的變量(溫度測量值)。加熱側(cè)比例增益Kg1、加熱側(cè)積分時間Ti1、加熱側(cè)微分時間Td1和溫度設(shè)定值SPT可由操作者預(yù)設(shè)定，及受控變量PVT可通過溫度傳感器(沒有示出)來測量。
再者，若在緊接著的前一控制周期操作變量輸出MVT-1小于或等于50％，溫度控制器PID_Temp確定設(shè)定冷卻模式。溫度控制器PID_temp在當前控制周期利用冷卻PID參數(shù)計算操作變量輸出MVT，如下式所示MVT＝Kg2{1+1/(Ti2 s)+Td2 s}(SPT-PVT)(2)其中Kg2、Ti2、Td2分別為溫度控制器PID_Temp的冷卻側(cè)比例增益、冷卻側(cè)積分時間和冷卻側(cè)微分時間。所述冷卻側(cè)比例增益Kg2、冷卻側(cè)積分時間Ti2和冷卻側(cè)微分時間Td2可由操作者預(yù)設(shè)定，步驟101的過程就以這種方式完成了。
溫度控制輸出分支單元D_MV_Temp分支由溫度控制器PID_Temp輸出的操作變量輸出MVT，并將它們輸出到執(zhí)行器Act1和Act2(步驟102)。
在步驟102中，若操作變量輸出MVT大于50％，則溫度控制輸出分支單元D_MV_Temp確定設(shè)定加熱模式，并向加熱執(zhí)行器Act1輸出操作變量示值MV1，如下式
MV1＝2(MVT-50) (3)再者，若操作變量輸出MVT小于或等于50％，則溫度控制輸出分支單元D_MV_Temp確定設(shè)定冷卻模式，并向冷卻輸出最大值操作單元C_MAX輸出操作變量示值MV2，如下式MV2＝2(MVT-50) (4)以這種方式，就完成了步驟102。
圖3所示為在操作變量輸出MVT與操作變量示值MV1和MV2之間的關(guān)系曲線圖。如圖3所示，溫度控制輸出分支單元D_MV_Temp通過將其轉(zhuǎn)換為受控變量示值為0到100％的MV1或MV2值，輸出操作變量輸出MVT。
接著，濕度控制器PID_Hum執(zhí)行PID操作，以便計算操作變量輸出MVH(步驟103)。所述濕度控制器PID_Hum通常由加熱-冷卻控制邏輯構(gòu)成。在所述的加熱—冷卻控制中，若來自濕度控制器PID_Hum的受控變量輸出MVH大于50％，則根據(jù)操作變量輸出MVH進行操作加濕執(zhí)行器Act3。若受控變量輸出MVH小于或等于50％，則根據(jù)操作變量輸出MVH來操作冷卻執(zhí)行器Act2。
再者，在所述的加熱—冷卻控制中，若操作變量輸出MVT在加濕模式的控制期間小于或等于50％，則模式立即轉(zhuǎn)換為除濕模式。若操作變量輸出MVT在除濕模式的控制期間大于50％，則模式立即轉(zhuǎn)換為加濕模式。
因此，當使操作變量輸出標準化為0至100％時，若在緊接著的前一控制周期操作變量輸出MVH-1大于50％，則濕度控制器PID_Hum確定設(shè)定加濕模式。濕度控制器PID_Hum在當前控制周期利用加濕PID參數(shù)計算操作變量輸出MVT，如下式所示MVH＝Kg3{1+1/(Ti3s)+Td3s}(SPH-PVH)(5)其中Kg3、Ti3、Td3分別為濕度控制器PID_Hum的加濕端比例增益、加濕端積分時間和加濕端微分時間，SPH為濕度設(shè)定值，用來設(shè)定由濕度控制器PID_Hum所控制的目標(沒有示出)，及PVH為控制所述目標的變量(濕度測量值)。加濕端比例增益Kg1、加濕端積分時間Ti1、加濕端微分時間Td1和濕度設(shè)定值SPH可由操作者預(yù)設(shè)定，及受控變量PVH可通過濕度傳感器(沒有示出)來測量。
再者，若在緊接著的前一控制周期操作變量輸出MVH-1小于或等于50％，濕度控制器PID_Hum確定設(shè)定除濕模式，及在當前控制周期利用除濕PID參數(shù)計算操作變量輸出MVH，如下式所示MVH＝Kg4{1+1/(Ti4s)+Td4s}(SPH-PVH)(6)其中Kg4、Ti4、Td4分別為濕度控制器PID_Hum的除濕端比例增益、除濕端積分時間和除濕端微分時間。所述除濕端比例增益Kg4、除濕端積分時間Ti4和除濕端微分時間Td4可由操作者預(yù)設(shè)定，步驟103的過程就以這種方式完成了。
濕度控制輸出分支單元D_MV_Hum分支來自濕度控制器PID_Hum的操作變量輸出MVH，并將它們輸出到執(zhí)行器Act2和Act3(步驟104)。
在步驟104中，若操作變量輸出MVH大于50％，則濕度控制輸出分支單元D_MV_Hum確定設(shè)定加濕模式，并向加濕執(zhí)行器Ac3輸出操作變量示值MV3，如下式所示MV3＝2(MVH-50) (7)再者，若操作變量輸出MVH小于或等于50％，則濕度控制輸出分支單元D_MV_Hum確定設(shè)定除濕模式，并向冷卻輸出最大值操作單元C_MAX輸出操作變量示值MV4，如下式所示MV4＝2(MVT-50) (8)以這種方式，就完成了步驟104。
圖4所示為在操作變量輸出MVH與操作變量示值MV3和MV4之間的關(guān)系曲線圖。如圖4所示，濕度控制輸出分支單元D_MV_Hum通過將操作變量輸出MVH轉(zhuǎn)換為操作為0到100％的操作變量示值MV1或MV2進行輸出。
接著，冷卻輸出最大值操作單元C_MAX計算由溫度控制輸出分支單元D_MV_Temp輸出的操作變量示值MV2和由濕度控制輸出分支單元D_MV_Hum輸出的操作變量示值MV4的最大值MV2x，并將最大值MV2x輸出到冷卻執(zhí)行器Act2(步驟105)。
也就是說，若操作變量示值MV2大于操作變量示值MV4，則冷卻輸出最大值操作單元C_MAX將操作變量示值MV2作為最大值MV2x輸出到冷卻執(zhí)行器Act2。若操作變量示值MV2小于或等于操作變量示值MV4，則冷卻輸出最大值操作單元C_MAX將操作變量示值MV4作為最大值MV2x輸出到冷卻執(zhí)行器Act2。
上述的步驟101到105組成了一個控制周期過程，并在每一控制周期重復(fù)所述步驟101到105中的過程。
如上所述，在溫度控制器PID_Temp和溫度控制分支單元D_MV_Temp的互鎖操作中，根據(jù)通用加熱—冷卻控制邏輯，計算并輸出到加熱執(zhí)行器Act1的操作變量示值MV1和到冷卻執(zhí)行器Act2的操作變量示值MV2。由于使用加熱—冷卻控制邏輯，所述操作變量示值MV1和MV2一般不會同時大于0％。
如上所述，在濕度控制器PID_Hum和濕度控制分支單元D_MV_Hum的互鎖操作中，根據(jù)通用加熱—冷卻控制邏輯，計算并輸出到加濕執(zhí)行器Act3的操作變量示值MV3和到冷卻執(zhí)行器Act2的操作變量示值MV4。由于使用加熱—冷卻控制邏輯，所述操作變量示值MV3和MV4一般不會同時大于0％。
由于加熱執(zhí)行器Act1專門用于溫度控制，在溫度控制端(溫度控制器PID_Temp和溫度控制輸出分支單元D_MV_Temp)所計算的操作變量示值MV1被直接輸出到加熱執(zhí)行器Act1。
由于加熱執(zhí)行器Act3專門用于濕度控制，在濕度控制端(濕度控制器PID_Hum和濕度控制輸出分支單元D_MV_Hum)所計算的操作變量示值MV3被直接輸出到加濕執(zhí)行器Act3。
冷卻執(zhí)行器Act2既用于溫度控制也用于濕度控制。因此，冷卻輸出最大值操作單元C_MAX計算在溫度控制側(cè)所計算的操作變量示值MV2和在濕度控制側(cè)所計算的操作變量示值MV4的最大值MV2x。所述最大值MV2x被輸出到冷卻執(zhí)行器Act2。
若在溫度控制側(cè)所計算的操作變量示值MV2小于在濕度控制側(cè)所計算的操作變量示值MV4，則到冷卻執(zhí)行器Act2的輸出過度，也就是說，就溫度控制側(cè)來說，冷卻過度。因此，溫度測量值PVT比隨時間設(shè)定值SPT要小。將溫度控制器PID_Temp從冷卻模式轉(zhuǎn)換到加熱模式，并輸出大50％的操作變量輸出MVT。結(jié)果，大于0％的操作變量示值MV1被輸出到加熱執(zhí)行器Act1。
另一方面，若在濕度控制側(cè)所計算的操作變量示值MV4小于在溫度控制側(cè)所計算的操作變量示值MV2，則到冷卻執(zhí)行器Act2的輸出過度，也就是說，就濕度控制側(cè)觀點來說，除濕過度。因此，濕度測量值PVH比隨時間設(shè)定值SPH要小。將濕度控制器PID_Hum從除濕模式轉(zhuǎn)換到加濕模式，并輸出大50％的操作變量輸出MVH。結(jié)果，大于0％的操作變量示值MV3被輸出到加濕執(zhí)行器Act3。
在上述布置的溫度/濕度控制系統(tǒng)中，有可能最大保證了三個執(zhí)行器中最多僅有兩個執(zhí)行器工作。這就可靠地限制了涉及溫度控制的加熱/冷卻功能的輸出抵消和涉及濕度控制的加濕/除濕輸出抵消的其中之一產(chǎn)生。結(jié)果，從整體上對溫度/濕度控制系統(tǒng)，有可能實現(xiàn)接近最小輸出的控制，從而實現(xiàn)了節(jié)能。[第二實施例]圖5所示為本發(fā)明第二實施例的溫度/濕度控制裝置的布置框圖。與圖1相同的標號表示相同的部件。圖5所示的溫度/濕度控制裝置包括用于控制加熱的加熱溫度控制器PID_Temp1、用于控制冷卻的冷卻溫度控制器PID_Temp2、用于控制加濕的加濕濕度控制器PID_Hum3、用于控制除濕的除濕濕度控制器PID_Hum4、用于轉(zhuǎn)換控制器PID_Temp1和PID_Temp2的溫度控制轉(zhuǎn)換單元CH_Temp、用于轉(zhuǎn)換控制器PID_Hum3和PID_Hum4的濕度控制轉(zhuǎn)換單元CH_Hum、冷卻輸出最大值操作單元C_MAX、加熱執(zhí)行器Act1、冷卻執(zhí)行器Act2和加濕執(zhí)行器Act3。
本實施例的一個目的是空調(diào)控制系統(tǒng)。例如，控制器PID_Tem1為空調(diào)加熱控制器，控制器PID_Tem2為空調(diào)冷卻控制器，控制器PID_Hum3為空調(diào)加濕控制器，控制器PID_Hum4為空調(diào)除濕控制器。
當產(chǎn)生加熱請求時，溫度控制轉(zhuǎn)換單元CH_Temp操作加熱溫度控制器PID_Temp1。所述加熱溫度控制器PID_Temp1以與第一實施例所解釋的方程(1)相同的方式來計算用于加熱為0到100％的操作變量輸出MV1。
當產(chǎn)生冷卻請求時，溫度控制轉(zhuǎn)換單元CH_Temp操作冷卻溫度控制器PID_Temp2。所述冷卻溫度控制器PID_Temp2以與第一實施例所解釋的方程(2)相同的方式來計算用于冷卻為0到100％的操作變量輸出MV2。
當產(chǎn)生加濕請求時，濕度控制轉(zhuǎn)換單元CH_Hum操作加濕濕度控制器PID_Hum3。所述加濕濕度控制器PID_Hum3以與第一實施例所解釋的方程(5)相同的方式來計算用于加濕為0到100％的操作變量輸出MV3。
當產(chǎn)生除濕請求時，濕度控制轉(zhuǎn)換單元CH_Hum操作除濕濕度控制器PID_Hum4。所述除濕濕度控制器PID_Hum4以與第一實施例所解釋的方程(6)相同的方式來計算用于除濕為0到100％的操作變量輸出MV4。
冷卻輸出最大值操作單元C_MAX與第一實施例完全相同。以這種方式，在空調(diào)控制系統(tǒng)中就得到了與第一實施例相同的效果。[第三實施例]圖6所示為本發(fā)明第三實施例的溫度控制裝置的布置框圖。圖6所示的所述溫度控制裝置包括用于控制加熱的加熱溫度控制器PID_H，所述加熱溫度控制器PID_H接收由加熱溫度控制器PID_H輸出的操作變量作為受控變量輸入，并利用操作變量輸出作為設(shè)定值的理想值執(zhí)行操作；冷卻溫度控制器PID_C；諸如加熱器的加熱執(zhí)行器Act1；及諸如冷卻器的冷卻執(zhí)行器Act2。
當通過抑制加熱/冷卻的輸出抵消實現(xiàn)節(jié)能時，本實施例可應(yīng)用到用于使用冷卻器和加熱器的預(yù)冷/再加熱型溫度控制浴池的溫度控制系統(tǒng)中。
下面將解釋本實施例的溫度控制裝置的操作過程。圖7為圖6所示的溫度控制裝置的解釋工作流程圖。
開始，加熱溫度控制器PID_H執(zhí)行PID操作來計算操作變量輸出MVH0(圖7步驟201)，如下所示MVH0＝KgH{1+1/(TiH s)+TdH s}(SPT-PVT)(9)其中KgH、TiH、TdH分別為加熱溫度控制器PID_H的比例增益、積分時間和微分時間。SPT為溫度設(shè)定值，用來設(shè)定控制器PID_H所控制的目標(沒有示出)，及PVT為控制所述目標的控制的變量(溫度測量值)。比例增益KgH、積分時間TiH、微分時間TdH和溫度設(shè)定值SPT可由操作者預(yù)設(shè)定，及受控變量PVT可通過溫度傳感器(沒有示出)來測量。
加熱溫度控制器PID_H將所計算的操作變量輸出MVH0輸出到加熱執(zhí)行器Act1和冷卻溫度控制器PID_C。
所述冷卻控制器PID_C執(zhí)行PID操作來計算操作變量輸出MVC0(步驟202)，如下所示MVC0＝KgC{1+1/(TiC s)+TdC s}(SP1-PV1) (10)其中KgC、TiC、TdC分別為冷卻溫度控制器PID_C的比例增益、積分時間和微分時間。SP1為所述控制器PID_C的設(shè)定值，及PV1為所述控制器PID_C的控制的變量。比例增益KgC、積分時間TiC、微分時間TdC可預(yù)設(shè)定。
作為設(shè)定值SP1預(yù)先給定的值為操作變量輸出MVH0的理想值(當操作變量輸出MVH0標準化為0到100％時，如10％)，通過所述的理想值可實現(xiàn)能量節(jié)省和溫度控制。
再者，冷卻溫度控制器PID_C利用由加熱溫度控制器PID_H輸出的操作變量MVH0作為受控變量PV1來進行方程(10)的計算。
冷卻溫度控制器PID_C將操作變量輸出MV0輸出到冷卻執(zhí)行器Act2。
上述步驟201和202組成了一個控制周期過程，并且在每一控制周期中重復(fù)步驟201和202中所述過程。
溫度控制系統(tǒng)使用加熱執(zhí)行器Act1作為溫度控制執(zhí)行器。若將要控制的溫度范圍的較低溫度側(cè)不能很好自然冷卻，則有必要通過冷卻執(zhí)行器Act2提供流體(如空氣)來冷卻。若來自所述冷卻執(zhí)行器Act2的輸出有足夠的精確度并可能有如此精確的溫度控制，則其適合應(yīng)用于通用的加熱—冷卻控制。然而，若來自冷卻執(zhí)行器Act2的輸出精確度不夠，利用冷卻執(zhí)行器Act2預(yù)冷后，利用加熱執(zhí)行器Act1再加熱。在這種情況下，再加熱的加熱器輸出為溫度控制的操作變量。
圖8所示為用于溫度控制浴池的溫度控制的本實施例的溫度控制裝置的例子圖。在所述的溫度控制浴池內(nèi)，加熱執(zhí)行器Act1進行加熱，及冷卻執(zhí)行器Act2循環(huán)冷卻的空氣。
加熱溫度控制器PID_H根據(jù)PID邏輯計算用于加熱的操作變量輸出MVH0。
為了實現(xiàn)通過降低加熱執(zhí)行器Act1的輸出來獲得冷卻效果，當由加熱溫度控制器PID_H輸出的操作變量MVH0至少為10％時，必須進行再加熱控制。利用所述用于加熱的操作變量輸出MVH0作為控制變量來控制用來預(yù)冷卻的冷卻執(zhí)行器Act2。
也就是說，冷卻溫度控制器PID_C使用加熱溫度控制器PID_H加熱操作變量輸出MVH0的理想值作為設(shè)定值SP1；使用實際的加熱操作變量輸出MVH0作為控制變量PV1，并根據(jù)PID邏輯計算操作變量輸出MVC0。
若用于加熱的操作變量輸出MVH0高于理想值(設(shè)定值)SP1，則利用冷卻執(zhí)行器Act2進行預(yù)冷過度。在這種情況下，冷卻溫度控制器PID_C的功能為降低操作變量輸出MVC0。這樣就減小了預(yù)冷卻效果，并且有必要再加熱的加熱操作變量輸出MVH0還還降低了控制變量PVT的升高。因此，操作變量輸出MVH0接近等于理想值SP1。
另一方面，若用于加熱的操作變量輸出MVH0低于理想值SP1，則利用冷卻執(zhí)行器Act2進行預(yù)冷不充分。在這種情況下，冷卻溫度控制器PID_C的功能為升高操作變量輸出MVC0。這就增加了預(yù)冷卻的效果，并且必要用于再加熱的加熱受控變量輸出MVH0還升高了控制變量PVT的減小。因此，操作變量輸出MVH0接近等于理想值SP1。
若操作者將溫度設(shè)定值SPT從低值轉(zhuǎn)換到高值，產(chǎn)生加熱請求，因此，加熱溫度控制器PID_H升高操作變量輸出MVH0。由于用于加熱的操作變量輸出MVH0比理想值SP1高，冷卻溫度控制器PID_C確定了預(yù)定冷卻過度，其功能是降低其操作變量輸出MVC0。因此，冷卻執(zhí)行器Act2工作，以便不干擾加熱。
另一方面，若操作者將溫度設(shè)定值SPT從高值轉(zhuǎn)換到低值，產(chǎn)生冷卻請求，因此，加熱溫度控制器PID_H降低操作變量輸出MVH0。由于用于加熱的操作變量輸出MVH0比理想值SP1低，冷卻溫度控制器PID_C確定了預(yù)定冷卻不充分，其功能是升高所述操作變量輸出MVC0。因此，冷卻執(zhí)行器Act2工作，以便加速冷卻。
在使用加熱執(zhí)行器Act1作為主執(zhí)行器和冷卻執(zhí)行器Act2作為副執(zhí)行器的溫度控制系統(tǒng)中，上述設(shè)置可能在保持預(yù)冷卻/再加熱的同時避免加熱/冷卻功能的輸出抵消(過度預(yù)冷卻或不充分預(yù)冷卻)。結(jié)果，對溫度控制系統(tǒng)而言，總體上有可能實現(xiàn)接近輸出最小化的控制，從而實現(xiàn)了節(jié)能。此外，由于可在加熱請求或冷卻請求產(chǎn)生時適當操作冷卻執(zhí)行器Act2，可獲得較高的可控性。[第四實施例]圖9所示為本發(fā)明第四實施例的溫度/濕度控制裝置的布置框圖。圖9所示的溫度/濕度控制裝置包括溫度控制器PID_Temp；濕度控制器PID_Hum；冷卻溫度控制器PID_C；溫度控制輸出分支單元D_MV_Temp；濕度控制輸出分支單元D_MV_Hum；冷卻輸出最大值操作單元C_MAX2，其用來比較由溫度控制輸出分支單元D_MV_Hum、濕度控制輸出分支單元D_MV_Hum及冷卻溫度控制器PID_C輸出的操作變量，并將最大操作變量輸出發(fā)送給冷卻執(zhí)行器Act2、加熱執(zhí)行器Act1、冷卻執(zhí)行器Act2及濕度執(zhí)行器Act3。
本實施例合并了上述的第一和第三實施例。也就是說，當通過抑制加熱/冷卻功能的輸出抵消和加濕/除濕功能的輸出抵消來實現(xiàn)節(jié)能時，本實施例可適用于溫度/濕度控制系統(tǒng)，諸如利用加熱執(zhí)行器Act1、冷卻執(zhí)行器Act2及加濕執(zhí)行器Act3作為執(zhí)行器的溫度/濕度控制的浴池。
下面將解釋本實施例的溫度/濕度控制裝置的操作。圖10為圖9所示的溫度/濕度控制裝置的操作流程圖。
開始，溫度控制器PID_Temp執(zhí)行PID操作，以便計算操作變量輸出MVT(圖10的步驟301)。該操作與第一實施例中的溫度控制器PID_Temp的操作完全相同。
溫度控制輸出分支單元D_MV_Temp分支由溫度控制器PID_Temp輸出的操作變量輸出MVT，并將其輸出到執(zhí)行器Act1和Act2(步驟302)。該操作與第一實施例中的溫度控制輸出分支單元D_MV_Temp的操作完全相同。
接著，濕度控制器PID_Hum執(zhí)行PID操作，以便計算操作變量輸出MVH(圖10的步驟303)。該操作與第一實施例中的濕度控制器PID_Hum的操作完全相司。
濕度控制輸出分支單元D_MV_Hum分支由濕度控制器PID_Hum輸出的操作變量MVH，并將其輸出到執(zhí)行器Act2和Act3(步驟304)。該操作與第一實施例中的濕度控制輸出分支單元D_MV_Hum的操作完全相同。
下一步，冷卻溫度控制器PID_C執(zhí)行PID操作，以便計算操作變量輸出MVC0(步驟305)。該操作與第三實施例中的冷卻溫度控制器PID_C的操作基本相同。然而，預(yù)先給定的值如方程(10)的設(shè)定值SP1為操作變量示值MV1的理想值，這樣就可實現(xiàn)節(jié)能和溫度控制。再者，溫度控制器PID_C利用由溫度控制輸出分支單元D_MV_Temp輸出的操作變量示值MV1作為控制變量PV1進行方程(10)的計算。
然后，冷卻輸出最大值操作單元C_MAX2計算出由溫度控制輸出分支單元D_MV_Temp輸出的操作變量示值MV2、由濕度控制輸出分支單元D_MV_Hum輸出的操作變量示值MV4及由冷卻溫度控制器PID_C輸出的操作變量輸出MVC0中的最大值MV2x，并將所述最大值MV2x輸出到冷卻執(zhí)行器Act2(步驟306)。
也就是說，若操作變量示值MV2大于操作變量示值MV4，則冷卻輸出最大值操作單元C_MAX2設(shè)定操作變量示值MV2作為最大值MV2x。若操作變量示值MV2等于或小于操作變量示值MV4，則冷卻輸出最大值操作單元C_MAX2設(shè)定操作變量示值MV4作為最大值MV2x。
而且，若操作變量示值MV0大于最大值MV2x，冷卻輸出最大值操作單元C_MAX2將操作變量示值MV0作為最終最大值MV2x輸出到冷卻執(zhí)行器Act2。若操作變量示值MV0等于或小于最大值MV2x，冷卻輸出最大值操作單元C_MAX2直接將最大值MV2x輸出到冷卻執(zhí)行器Act2。
上述步驟301至306組成了一個控制周期的過程，及對每一個控制周期重復(fù)步驟301至306的過程。
在如上所述的本實施例中，冷卻溫度控制器PID_C利用操作變量示值MV1的理想值(如，10％)作為設(shè)定值SP1，利用實際的操作變量示值MV1作為控制變量PV1，并根據(jù)PID邏輯計算操作變量輸出MVC0。
冷卻輸出最大值操作單元C_MAX2，在溫度控制端所計算的冷卻器操作變量示值MV2、在濕度控制端所計算的冷卻器操作變量示值MV4、及通過冷卻溫度控制器PID_C所計算的冷卻器操作變量示值MVC0，計算最大值MV2x。該最大值MV2x被輸出到冷卻執(zhí)行器Act2。
在利用加熱執(zhí)行器Act1、冷卻執(zhí)行器Act2和加濕執(zhí)行器Act3作為執(zhí)行器的溫度/濕度控制系統(tǒng)中，尤其是在溫度控制中使用加熱執(zhí)行器Act1作為主執(zhí)行器和冷卻執(zhí)行器Act2作為副執(zhí)行器的控制系統(tǒng)中，上述設(shè)置可減小加熱/冷卻功能的輸出抵消和加濕/除濕功能的輸出抵消。結(jié)果，在總體上，對溫度/濕度控制系統(tǒng)而言，可能實現(xiàn)控制接近最小輸出，從而實現(xiàn)節(jié)能。還有，通過結(jié)合冷卻溫度控制器和冷卻輸出最大值操作單元還可進一步提高節(jié)能效果。如在第三實施例中，在加熱請求或冷卻請求產(chǎn)生時，可適當操作冷卻執(zhí)行器，從而可獲得很高的控制性。
如上所述，本發(fā)明適用于利用加熱執(zhí)行器、冷卻執(zhí)行器、和加濕執(zhí)行器的溫度/濕度控制系統(tǒng)中，或適用于利用加熱執(zhí)行器作為主執(zhí)行器和冷卻執(zhí)行器作為副執(zhí)行器的溫度控制系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.一種溫度/濕度控制方法，其特征在于，將輸出到溫度控制器的加熱執(zhí)行器和冷卻執(zhí)行器的操作變量輸出中輸出到冷卻執(zhí)行器的操作變量輸出，與輸出到濕度控制器的加濕執(zhí)行器和輸出到冷卻執(zhí)行器的操作變量輸出中輸出到冷卻執(zhí)行器的操作變量輸出相比較，并將較大的操作變量輸出給到冷卻執(zhí)行器。
2.一種溫度控制方法，其特征在于，將來自用于控制加熱的控制器的操作變量輸出作為控制變量輸入給到用于控制冷卻的控制器，并將操作變量輸出的理想值作為設(shè)定值給到用于控制冷卻的控制器。
3.一種溫度/濕度控制裝置，其特征在于，包括用于實現(xiàn)溫度控制的加熱功能的加熱執(zhí)行器；用于實現(xiàn)溫度控制的冷卻功能和濕度控制的除濕功能的冷卻執(zhí)行器；用于實現(xiàn)濕度控制的加濕功能的加濕執(zhí)行器；用于控制溫度的溫度控制器；用于控制濕度的濕度控制器；溫度控制輸出分支單元，若操作變量輸出的值相應(yīng)于加熱模式，則所述溫度控制輸出分支單元用于將來自所述溫度控制器的操作變量輸出輸出到所述加熱執(zhí)行器，若操作變量輸出的值相應(yīng)于冷卻模式，則所述溫度控制輸出分支單元用于將來自所述溫度控制器的操作變量輸出輸出到所述冷卻執(zhí)行器；濕度控制輸出分支單元，若操作變量輸出的值相應(yīng)于加濕模式，則所述濕度控制輸出分支單元用于將來自所述濕度控制器的操作變量輸出輸出到所述加濕執(zhí)行器，若操作變量輸出的值相應(yīng)于除濕模式，則所述濕度控制輸出分支單元用于將來自所述濕度控制器的操作變量輸出輸出到所述冷卻執(zhí)行器；冷卻輸出最大值操作單元，其設(shè)置在所述溫度控制輸出分支單元和所述冷卻執(zhí)行器之間及所述濕度控制輸出分支單元和所述冷卻執(zhí)行器之間，用于比較來自所述溫度控制輸出分支單元和濕度控制輸出分支單元的操作變量輸出，并將較大的操作變量輸出給到所述冷卻執(zhí)行器。
4.一種溫度/濕度控制裝置，其特征在于，包括用于實現(xiàn)溫度控制的加熱功能的加熱執(zhí)行器；用于實現(xiàn)溫度控制的冷卻功能和濕度控制的除濕功能的冷卻執(zhí)行器；用于實現(xiàn)濕度控制的加濕功能的加濕執(zhí)行器；用于控制加熱和將操作變量輸出給到所述加熱執(zhí)行器的加熱溫度控制器；用于控制冷卻和將操作變量輸出給到所述冷卻執(zhí)行器的冷卻溫度控制器；用于控制加濕和將操作變量輸出給到所述加濕執(zhí)行器的加濕濕度控制器；用于控制除濕和將操作變量輸出給到冷卻執(zhí)行器的除濕濕度控制器；用于在加熱模式操作所述加熱溫度控制器、在冷卻模式操作所述冷卻溫度控制器的溫度控制器轉(zhuǎn)換單元；用于在加濕模式操作所述加濕濕度控制器、在除濕模式操作所述除濕濕度控制器的濕度控制器轉(zhuǎn)換單元；和冷卻輸出最大值操作單元，其設(shè)置在所述冷卻溫度控制器和所述冷卻執(zhí)行器之間及所述除濕濕度控制器和所述冷卻執(zhí)行器之間，用于比較來自所述冷卻溫度控制器和除濕濕度控制器的操作變量輸出，并將較大的操作變量輸出給到所述冷卻執(zhí)行器。
5.一種溫度控制裝置，其特征在于，包括用于實現(xiàn)溫度控制的加熱功能的加熱執(zhí)行器；用于實現(xiàn)溫度控制的冷卻功能的冷卻執(zhí)行器；用于控制加熱和將操作變量輸出給到所述加熱執(zhí)行器的加熱溫度控制器；和冷卻溫度控制器，其用來接收來自所述加熱溫度控制器的操作變量輸出作為輸入控制變量，通過將操作變量輸出的理想值用作設(shè)定值執(zhí)行操作，及將操作變量輸出作為操作的結(jié)果輸出到所述冷卻執(zhí)行器。
6.一種溫度/濕度控制裝置，其特征在于，包括用于實現(xiàn)溫度控制的加熱功能的加熱執(zhí)行器；用于實現(xiàn)溫度控制的冷卻功能和濕度控制的除濕功能的冷卻執(zhí)行器；用于實現(xiàn)濕度控制的加濕功能的加濕執(zhí)行器；用于控制溫度的溫度控制器；用于控制濕度的濕度控制器；溫度控制輸出分支單元，若操作變量輸出的值相應(yīng)于加熱模式，則所述溫度控制輸出分支單元用于將來自所述溫度控制器的操作變量輸出輸出到所述加熱執(zhí)行器，若操作變量輸出的值相應(yīng)于冷卻模式，則所述溫度控制輸出分支單元用于將來自所述溫度控制器的操作變量輸出輸出到所述冷卻執(zhí)行器；濕度控制輸出分支單元，若操作變量輸出的值相應(yīng)于加濕模式，則所述濕度控制輸出分支單元用于將來自所述濕度控制器的操作變量輸出輸出到所述加濕執(zhí)行器，若操作變量輸出的值相應(yīng)于除濕模式，則所述濕度控制輸出分支單元用于將來自所述濕度控制器的操作變量輸出輸出到所述冷卻執(zhí)行器；冷卻溫度控制器，其用來接收來自所述溫度控制輸出單元的操作變量輸出作為控制變量輸入，通過將操作變量輸出的理想值用作設(shè)定值執(zhí)行操作，及將操作變量輸出作為操作的結(jié)果輸出到所述冷卻執(zhí)行器；和冷卻輸出最大值操作單元，其設(shè)置在所述冷卻執(zhí)行器和所述溫度控制輸出分支單元之間及濕度控制輸出分支單元和冷卻溫度控制器之間，用于比較來自所述溫度控制輸出分支單元、溫度控制輸出分支單元及冷卻溫度控制器的操作變量輸出，并將較大的操作變量輸出給到所述冷卻執(zhí)行器。
全文摘要
當溫度控制器PID_Temp的操作變量輸出MVT處于加熱模式時，溫度控制輸出分支單元D_MV_Temp將操作變量輸出到加熱執(zhí)行器Act1，而當輸出MVT處于冷卻模式時，將其輸出到冷卻執(zhí)行器Act2。當濕度控制器PID_Hum的操作變量輸出MVH處于加濕模式時，濕度控制輸出分支單元D_MV_Hum將操作變量輸出到加濕執(zhí)行器Act3，及輸出MVH處于除濕模式時，所述濕度控制輸出分支單元D_MV_Hum將所述操作變量輸出到執(zhí)行器Act2。冷卻輸出最大值操作單元C_MAX將由分支單元D_MV_Temp和D_MV_Hum輸出的較大的操作變量輸出到執(zhí)行器Act2。
文檔編號G05D27/00GK1449480SQ01805270
公開日2003年10月15日 申請日期2001年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月4日
發(fā)明者田中雅人 申請人:株式會社山武