本發(fā)明屬于電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域，具體涉及一種空調(diào)、冰箱壓縮機(jī)的變頻控制方法，特別是一種采用了SMART算法的、基于機(jī)械式溫控開關(guān)信號的壓縮機(jī)變頻控制方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著人們對于生活品質(zhì)的追求越來越高，加上低碳節(jié)能的生活理念逐步成為社會的共識，家電的變頻化也漸漸成為趨勢。對于冰箱而言，變頻冰箱相對于普通的定速冰箱而言有著很多的優(yōu)勢，比如綜合能耗更低，溫控更精準(zhǔn)，冷凍能力更強(qiáng)等。

目前變頻空調(diào)、變頻冰箱的市場占有率還很小，大部分還都是定速空調(diào)、冰箱，特別是由機(jī)械式溫控開關(guān)或稱之為機(jī)械溫控器來控制壓縮機(jī)運(yùn)行與停止的定速空調(diào)、冰箱。以下以冰箱為例進(jìn)行相應(yīng)的文字描述。要想把這類冰箱轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l冰箱，通常的做法是按照變頻冰箱的構(gòu)造重新設(shè)計(jì)，很多的零部件包括箱體的結(jié)構(gòu)都要做變更，不僅設(shè)計(jì)周期長，產(chǎn)線的改造費(fèi)用也非常昂貴。這也造成了很對的企業(yè)未能將他們的產(chǎn)品變頻化。

目前也有極個(gè)別的企業(yè)提出了基于機(jī)械式溫控開關(guān)信號的變頻算法，但基本不能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，即使做成產(chǎn)品，也遠(yuǎn)達(dá)不到變頻冰箱的要求和性能。主要有以下幾類：

1、控制算法過于簡單，只是根據(jù)機(jī)械溫控器開關(guān)信號的時(shí)間長短，按照預(yù)先設(shè)定好的固定的控制流程，以幾個(gè)固定的頻率點(diǎn)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，控溫精度低；固定的運(yùn)行模式無法滿足不同的運(yùn)行環(huán)境和負(fù)載情況，導(dǎo)致響應(yīng)速度低，溫度調(diào)節(jié)時(shí)間長，節(jié)能效果不明顯；

2、引入了迭代的算法，采用逐步逼近的原理，根據(jù)前一周期的壓縮機(jī)的開機(jī)率以及當(dāng)前的開關(guān)機(jī)的時(shí)間來逐步調(diào)整壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，每次根據(jù)需要稍稍增加或降低壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率。這種算法最大的問題是沒有考慮到機(jī)械式溫控器自身以及安裝上不可避免的差別，對于不同的冰箱箱體，即使是同一批次生產(chǎn)的產(chǎn)品，其溫控器的輸出信號也可能存在較大的差異，因此單從開機(jī)率的角度來設(shè)計(jì)，是無法覆蓋不同冰箱之間的差異的；另外，這種算法把冰箱放在一個(gè)靜態(tài)的環(huán)境中去考慮，希望采用逐步逼近的方法，最終找到一個(gè)理想的運(yùn)行頻率，可是一旦運(yùn)行的環(huán)境或是負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，再要找到另一個(gè)理想的運(yùn)行頻率可能好花很長的時(shí)間，響應(yīng)速度非常慢。

3、另外，所有這些被提出的設(shè)計(jì)概念中，都沒有考慮到壓縮機(jī)或冰箱整機(jī)的COP曲線，導(dǎo)致很多情況下計(jì)算出的工作頻率點(diǎn)并不是在當(dāng)前狀態(tài)下能耗最優(yōu)的工作點(diǎn)，節(jié)能效果不理想。

因此，急需設(shè)計(jì)一種基于機(jī)械式溫控信號的冰箱壓縮機(jī)變頻控制方法，可以幫助空調(diào)、冰箱生產(chǎn)企業(yè)在最短時(shí)間內(nèi)，做最少的改動(dòng)就能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械式定速冰箱的變頻化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對目前解決方案的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種以自學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的穩(wěn)定平衡控制算法，在壓縮機(jī)負(fù)載增大能夠快速響應(yīng)制冷，壓縮機(jī)負(fù)載減小則對應(yīng)采取節(jié)能措施。本發(fā)明可用于各種機(jī)械式空調(diào)、冰箱產(chǎn)品的變頻化改造，相對于現(xiàn)有技術(shù)有很大提升。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

基于SMART算法的變頻控制方法，主要包含以下步驟：

步驟一，初次運(yùn)行判斷步驟：

如果壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間超過了設(shè)定的開機(jī)周期Ton1_1，則將壓縮機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速提高△Si1，本運(yùn)行周期內(nèi)之后的各階段運(yùn)行時(shí)間每超過Ton1_2，則同樣將壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速提高△Si1，直至調(diào)高到壓縮機(jī)的最高轉(zhuǎn)速；Ton1_1為開機(jī)周期，△Si為轉(zhuǎn)速增加值，Ton1_2為參照時(shí)間；

非首次運(yùn)行時(shí)，判定系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，并根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)的變化而動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；

步驟二，系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的判斷步驟：

將當(dāng)前的壓縮機(jī)開停機(jī)周期和之前的M次壓縮機(jī)開停機(jī)周期的平均值進(jìn)行比較，如果差值不超過p％，則判定為系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；其中M為正整數(shù)，p為任意數(shù)值；

如果系統(tǒng)原本處于穩(wěn)態(tài)，而當(dāng)前的壓縮機(jī)開停機(jī)周期和之前的N次壓縮機(jī)開停機(jī)周期的平均值差值超過q％，則判定為退穩(wěn)狀態(tài)；其中N為正整數(shù)，q為任意數(shù)值；

步驟三，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)步驟：

系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)速與基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的關(guān)系，下調(diào)壓縮機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，如果導(dǎo)致退穩(wěn)，則向上調(diào)節(jié)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速；

當(dāng)系統(tǒng)再次進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，再按照同樣的方式調(diào)整壓縮機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，直至壓縮機(jī)運(yùn)行在一個(gè)既能夠維持系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)，COP又能夠達(dá)到預(yù)期值的轉(zhuǎn)速之下。

進(jìn)一步地，在上述步驟一之前還包括環(huán)境溫度檢測步驟。

進(jìn)一步地，上述步驟一中還包括溫控器異常檢測步驟：當(dāng)系統(tǒng)檢測到溫控器異常的情況，則壓縮機(jī)采用固定的開停機(jī)時(shí)間，以固定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

進(jìn)一步地，上述退穩(wěn)狀態(tài)分為如下四種情況：

1、長運(yùn)退穩(wěn)，是指當(dāng)前壓縮機(jī)運(yùn)行的時(shí)間過長，達(dá)到了上述的退穩(wěn)狀態(tài)條件，說明系統(tǒng)冷量需求變大，需要提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，此時(shí)將壓縮機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速提高△Si2，本運(yùn)行周期內(nèi)之后的各階段運(yùn)行時(shí)間每超過Ton2_2，則再次將壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速提高△Si2，直至調(diào)高到壓縮機(jī)的最高轉(zhuǎn)速；

2、短運(yùn)退穩(wěn)，是指當(dāng)前壓縮機(jī)運(yùn)行的時(shí)間過短，達(dá)到了上述的退穩(wěn)狀態(tài)條件，說明系統(tǒng)冷量需求變小，需要降低下一個(gè)運(yùn)行周期的壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，此時(shí)將下一個(gè)運(yùn)行周期第一階段的壓縮機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速降低△Sd2；如果受限于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，則基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速同樣下調(diào)，直至壓縮機(jī)所允許的最低運(yùn)行轉(zhuǎn)速；△Sd為轉(zhuǎn)速減小值；

3、長停退穩(wěn)，是指當(dāng)前壓縮機(jī)停機(jī)的時(shí)間過長，達(dá)到了上述的退穩(wěn)狀態(tài)條件，說明系統(tǒng)冷量需求變小，需要降低下一個(gè)運(yùn)行周期的壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，此時(shí)將下一個(gè)運(yùn)行周期第一階段的壓縮機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速降低△Sd2，本停機(jī)周期內(nèi)之后的各階段停機(jī)時(shí)間每超過Toff2_2，則再次將下一個(gè)運(yùn)行周期第一階段的壓縮機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速降低△Si2；如果受限于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，則基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速同樣下調(diào)，直至壓縮機(jī)所允許的最低運(yùn)行轉(zhuǎn)速；

4、短停退穩(wěn)，是指當(dāng)前壓縮機(jī)停機(jī)的時(shí)間過短，達(dá)到了上述的退穩(wěn)狀態(tài)條件，說明系統(tǒng)冷量需求變大，需要提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，此時(shí)將壓縮機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速提高△Si2。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以使冰箱企業(yè)在最短的時(shí)間內(nèi)，以最低的費(fèi)用實(shí)現(xiàn)采用機(jī)械式溫控器的普通定速冰箱的變頻化。

本技術(shù)方案采用的SMART算法，可以使控制系統(tǒng)對冰箱運(yùn)行環(huán)境及負(fù)載的變化反應(yīng)速度明顯加快，相對于只是基于溫控器開停機(jī)時(shí)間的控制方式，其控制精程度及控制效率都大大提升。

本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)時(shí)檢測環(huán)境溫度，并應(yīng)用于SMART算法之中，能夠及時(shí)補(bǔ)償因環(huán)境溫度的變化而造成的系統(tǒng)冷量需求的變化，從而降低能耗。

本發(fā)明的技術(shù)方案引入了壓縮機(jī)及冰箱的COP曲線參數(shù)，在同樣的運(yùn)行工況下，冰箱將更加節(jié)能。

本發(fā)明的技術(shù)方案引入了針對溫控器異常的安全運(yùn)行模式，避免因溫控器故障而可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明變頻控制方法的首次運(yùn)行流程圖；

附圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)判定流程圖；

附圖3是本發(fā)明的退穩(wěn)狀態(tài)判定流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案、工作原理進(jìn)行詳細(xì)闡述。

系統(tǒng)上電后，持續(xù)檢測環(huán)境溫度，根據(jù)環(huán)境溫度的高低，設(shè)定壓縮機(jī)首次運(yùn)行的轉(zhuǎn)速，設(shè)定的原則是：環(huán)境溫度高，則設(shè)定的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速高；環(huán)境溫度低，則設(shè)定的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速低。這樣做的好處是兼顧了節(jié)能效果和制冷速度，避免了因固定轉(zhuǎn)速導(dǎo)致的制冷量與系統(tǒng)需求的不匹配。

參見附圖1，首次運(yùn)行時(shí)，如果壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間超過了設(shè)定的開機(jī)周期Ton1_1，則將壓縮機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速提高△Si 1，本運(yùn)行周期內(nèi)之后的各階段運(yùn)行時(shí)間每超過Ton1_2，則同樣將壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速提高△Si 1，直至調(diào)高到壓縮機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。其中，Ton1_1為開機(jī)周期，△Si為轉(zhuǎn)速增加值，Ton1_2為參照時(shí)間。

對于壓縮機(jī)非首次運(yùn)行時(shí)，則實(shí)施SMART算法。SMART算法的核心是以自學(xué)習(xí)的方式判定系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，并根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)的變化而動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。

參見附圖2，上述的系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的判斷方法是：將當(dāng)前的壓縮機(jī)開停機(jī)周期和之前的M次壓縮機(jī)開停機(jī)周期的平均值進(jìn)行比較，如果差值不超過p％，則判定為系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；如果系統(tǒng)原本處于穩(wěn)態(tài)，而當(dāng)前的壓縮機(jī)開停機(jī)周期和之前的N次壓縮機(jī)開停機(jī)周期的平均值差值超過q％，則判定為退出穩(wěn)定狀態(tài)。其中的其中M、N為正整數(shù)，p、q為任意數(shù)值；參數(shù)M、N、p和q是可變的，隨著壓縮機(jī)及冰箱系統(tǒng)的不同而不同，該參數(shù)在系統(tǒng)調(diào)試的時(shí)候確定。如圖2中，參數(shù)M、N、p和q隨著壓縮機(jī)及冰箱系統(tǒng)的不同而不同，在系統(tǒng)調(diào)試過程中確認(rèn)這些參數(shù)。

系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，還需根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)速與基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的關(guān)系，適當(dāng)下調(diào)壓縮機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，如果導(dǎo)致退穩(wěn)，則需要向上調(diào)節(jié)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。之后再逐步進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，再按照同樣的方式調(diào)整壓縮機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，直至壓縮機(jī)運(yùn)行在一個(gè)既能夠維持系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)，COP又較高的轉(zhuǎn)速之下。

參見附圖3，上述的系統(tǒng)退穩(wěn)分為四種情況：

1、長運(yùn)退穩(wěn)，是指當(dāng)前壓縮機(jī)運(yùn)行的時(shí)間過長，達(dá)到了上面所述的退穩(wěn)條件，說明系統(tǒng)冷量需求變大，需要提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，此時(shí)將壓縮機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速提高△Si2，本運(yùn)行周期內(nèi)之后的各階段運(yùn)行時(shí)間每超過Ton2_2，則再次將壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速提高△Si2，直至調(diào)高到壓縮機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。

2、短運(yùn)退穩(wěn)，是指當(dāng)前壓縮機(jī)運(yùn)行的時(shí)間過短，達(dá)到了上面所述的退穩(wěn)條件，說明系統(tǒng)冷量需求變小，需要降低下一個(gè)運(yùn)行周期的壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，此時(shí)將下一個(gè)運(yùn)行周期第一階段的壓縮機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速降低△Sd2。如果受限于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，則基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速同樣下調(diào)，直至壓縮機(jī)所允許的最低運(yùn)行轉(zhuǎn)速。△Sd為轉(zhuǎn)速減小值。

3、長停退穩(wěn)，是指當(dāng)前壓縮機(jī)停機(jī)的時(shí)間過長，達(dá)到了上面所述的退穩(wěn)條件，說明系統(tǒng)冷量需求變小，需要降低下一個(gè)運(yùn)行周期的壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，此時(shí)將下一個(gè)運(yùn)行周期第一階段的壓縮機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速降低△Sd2，本停機(jī)周期內(nèi)之后的各階段停機(jī)時(shí)間每超過Toff2_2，則再次將下一個(gè)運(yùn)行周期第一階段的壓縮機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速降低△Si2。如果受限于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，則基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速同樣下調(diào)，直至壓縮機(jī)所允許的最低運(yùn)行轉(zhuǎn)速。

4、短停退穩(wěn)，是指當(dāng)前壓縮機(jī)停機(jī)的時(shí)間過短，達(dá)到了上面所述的退穩(wěn)條件，說明系統(tǒng)冷量需求變大，需要提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，此時(shí)將壓縮機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速提高△Si2。

本發(fā)明的基于SMART算法的變頻控制方法的工作原理描述如下：

用戶在使用冰箱過程中，加入負(fù)載或者減小負(fù)載，24小時(shí)中白日和夜晚，冰箱對于制冷的需求都是不一樣的。負(fù)載增大需要快速響應(yīng)制冷，負(fù)載減小需要對應(yīng)采取節(jié)能措施，環(huán)境溫度的變化同樣要求冰箱能夠響應(yīng)這種變化，從而達(dá)到制冷迅速而又節(jié)能的目的。針對這種需求，本發(fā)明設(shè)計(jì)了基于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與控制的SMART算法。

SMART算法中引入了壓縮機(jī)和冰箱的COP曲線參數(shù)，這里的COP是指壓縮機(jī)或壓縮機(jī)的性能系數(shù)，是制冷量與輸入功率的比值。COP越高，對于相同的制冷量，需要的輸入功率就越小，也就越節(jié)能。由于壓縮機(jī)與冰箱的COP曲線并不是一條直線，而是通常在壓縮機(jī)中低運(yùn)行頻率段相對較高。對于壓縮機(jī)或冰箱而言，通常壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率越低，其輸入功率就越低，但輸入功率越低并不意味著越節(jié)能，而是在相同的制冷量或制熱量的前提下，輸入功率越低才越節(jié)能。

本發(fā)明的SMART算法中，根據(jù)COP曲線設(shè)置一個(gè)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的最低基準(zhǔn)值，這個(gè)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速就對應(yīng)COP曲線中最高點(diǎn)，通常位于中低轉(zhuǎn)速區(qū)域。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，如果因?yàn)樨?fù)載及環(huán)境的變化而需要調(diào)低運(yùn)行轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速向下調(diào)節(jié)的下限就是這個(gè)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。之后隨著系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)該基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，使其在一定范圍內(nèi)變化，但都位于COP高點(diǎn)區(qū)域范圍內(nèi)。基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的方法是：壓縮機(jī)以基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，開機(jī)時(shí)間明顯偏小，說明轉(zhuǎn)速偏高，冷量偏大，因此需要向下調(diào)節(jié)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速；如果壓縮機(jī)以基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，開機(jī)時(shí)間明顯偏長，或者原本處于穩(wěn)態(tài)，但降低運(yùn)行頻率至基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速時(shí)立即退出穩(wěn)態(tài)，則說明冷量偏低，需要向上調(diào)節(jié)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。

在本發(fā)明的SMART算法中還設(shè)計(jì)了一種安全運(yùn)行模式，這種運(yùn)行模式是基于溫控器異常的情況來設(shè)計(jì)的。溫控制異常是指溫控器信號長時(shí)間沒有發(fā)生變化，而這種時(shí)間長度是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常運(yùn)行過程中可能會出現(xiàn)的開停機(jī)時(shí)間?？刂破鳈z測到溫控器異常的情況，則采用固定的開停機(jī)時(shí)間，以固定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，這樣做的好處是不會因溫控器異常而導(dǎo)致冰箱不工作及持續(xù)高速工作的狀況，以及由此而產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

本發(fā)明的SMART算法具有如下特點(diǎn)：

1、不僅僅以當(dāng)前及前一個(gè)開停機(jī)周期的溫控器開停機(jī)信號作為計(jì)算依據(jù)，而是以當(dāng)前及之前至少M(fèi)個(gè)開停機(jī)周期作為計(jì)算依據(jù)；M可選擇大于等于5；

2、不僅僅只考慮溫控器的開停機(jī)信號數(shù)據(jù)，還同時(shí)引入了負(fù)載情況、環(huán)境溫度、冰箱及壓縮機(jī)的COP曲線；根據(jù)電源的輸入功率及壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速確定壓縮機(jī)的負(fù)載情況；引入環(huán)境溫度檢測功能，有助于提高控制系統(tǒng)的相應(yīng)速度；引入冰箱及壓縮機(jī)COP參數(shù)，有助于降低能耗，提升節(jié)能效果；

3、考慮系統(tǒng)的總體運(yùn)行狀況，是否處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)以及是否退出穩(wěn)定平衡狀態(tài)；引入這種系統(tǒng)狀態(tài)的變化能夠使控制的響應(yīng)速度顯著提高。

以上對本發(fā)明的說明僅是優(yōu)選范例，并不能被理解為對本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容的限制。以上內(nèi)容在具體應(yīng)用中，技術(shù)人員有可能需要根據(jù)具體情況作個(gè)別調(diào)整和改變，所述調(diào)整和改變均應(yīng)落入本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍之中。