蒸气压缩系统及用于控制蒸气压缩系统的方法_3

文档序号:9354877阅读:来源:国知局
[0049]通过限制转换函数的变化率,速率受限的排放温度303和实际排放温度302之间的差导致误差信号305更小。该误差信号不会使由反馈控制器控制的蒸气压缩系统的操作破坏。
[0050]如本文中使用的,期望排放温度是使用映射200确定的压缩机的排放温度。期望排放温度的示例为值314。速率受限的期望排放温度为使用转换函数确定的排放温度。在一个实施方式中,转换函数的输入为期望排放温度,输出为代表不同时间点的速率受限的期望排放温度的转换303。
[0051]实际排放温度为在不同时间点测量的排放温度。实际排放温度的示例为信号302。在一些实施方式中,实际排放温度被反馈控制器驱动至期望的排放值,其取为对应一对实际排放温度和速率受限的期望排放温度的输入,以确定误差信号305的误差。
[0052]反馈控制器命令以驱动误差信号为零这样的方式增加或减少阀的开口。例如,增大阀开口会增加制冷剂流量并且导致实际排放温度的相应减少。相反,减小阀开口会导致实际排放温度的相应提高。根据这种大致关系,例如具有积分作用的反馈控制器基于相应对速率受限的期望排放温度和实际排放温度之间的差的误差信号进行操作,可以用于以驱动误差信号为零这样的方式来控制阀。
[0053]图3B示出了用于控制包括变速压缩机的蒸气压缩系统的方法的框图。该方法采用结合图3A描述的一些原理。可以使用处理器399实施该方法。该方法使用室外空气温度及压缩机的排放温度值和压缩机333的速度值以及室外空气温度之间的映射200来确定330压缩机的新的排放温度(TD) 335的值335。映射200的示例为流形201或表210。通常情况下,响应于蒸气压缩系统的压缩机的速度改变来确定新的排放温度值。
[0054]接下来,该方法生成340转换函数345,以将先前排放温度值转换为新的排放温度值,使得转换函数是连续的并且限制转换函数的变化率。先前值的示例为由该方法的先前迭代确定的新的值335。
[0055]使用转换函数345,该方法控制蒸气压缩系统的阀,使得基于转换函数将排放温度从当前值转换为新的值。例如,在一些实施方式中,命令修正阀的开口,使得使用转换函数在瞬间测量的当前排放温度和瞬间确定的期望排放温度之间的误差得以减小。以这样的方式,该系统的控制是有效的但使系统留在稳定条件下。
[0056]图4A和图4B示出了根据另一实施方式的反馈控制回路的示意图以及用于控制蒸气压缩系统的方法的框图。由第二温度传感器112测量420室外空气温度,第二温度传感器112定位在与冷凝器相互作用的室外空气的流动路径中。另外地,通过直接测量压缩机速度或者经由压缩机控制装置110的通信来确定421压缩机速度。然后将室外空气温度411和压缩机速度105提供给转换模块402,转换模块402确定422期望排放温度。可以使用处理器116来实施转换模块402。
[0057]然后该期望排放温度405被滤波并且速率受到限制423以提供速率受限的期望排放温度406。可以使用转换函数345来确定速率受限的期望排放温度。可以联线预定或确定转换函数。独立地确定424例如由第一温度传感器111测量的实际排放温度。
[0058]将速率受限的期望排放温度406和实际排放温度407相比较425,以确定误差信号408。将该误差信号提供给反馈控制器404,反馈控制器404确定426针对膨胀阀的命令。然后将该命令104提供给膨胀阀,导致阀相应地移动427,以最小化误差。
[0059]反馈控制回路提供了转换函数的一流实施方案。在反馈控制回路的每一个步骤使排放温度的改变迭代地平滑,引起阀位置的调整。可以重复这样的步骤,直到实际排放温度到达期望排放温度为止。
[0060]因为与热物理学关联的自然行为,压缩机的排放温度无法瞬间改变为任意值。压缩机是相对较大的部件并且包括钢或其它金属合金。热量的瞬间改变被材料的较大热电容滤波,并且由压缩机的热时间常数决定,温度因此缓慢反应。因此,在一些实施方式中,基于压缩机的质量、构成压缩机的材料的导热系数或室外空气温度或它们的组合来确定转换函数的变化率。
[0061]例如,具有材料密度p、体积V、热电容cp和表面积A的压缩机的能量平衡给出以下微分公式:
[0062]dT/dt = -1/tau*(T-Ta)
[0063]其中tau是热时间常数并由下式给出:
[0064]tau = p*V*cp/ (h*A)
[0065]T是压缩机排放温度,Ta是外部空气温度,而h是压缩机和空气之间的热传递系数。该微分公式的解法是一阶指数函数。
[0066]—些实施方式基于以下实现策略:为了保持内部反馈控制器的误差信号较小,压缩机的期望排放温度的改变应该跟踪压缩机的自然反应。
[0067]因此,在一些实施方式中,转换函数的变化率与压缩机的热时间常数成比例。例如,转换函数可以被确定为低通滤波器,例如,时间常数成比例或等于压缩机的热时间常数的一阶低通滤波器。这样的滤波的一个实现策略是离散时间、一阶指数移动平均公式。例如,在一个实施方式中,根据下式确定转换函数:
[0068]y [k] = a*u [k] + (l_a) *y [k_l],
[0069]其中y[k]是转换函数在时间步长k处的输出,u[k]是在时间步长k处对转换函数的输入,而y[k-l]是转换函数在前一个时间步长处的输出。
[0070]参数a是值在O和I之间的平滑因子。平滑因子可以被确定为转换函数的变化率。为了更小的a值,输出响应更慢并且速率限制更严重。低通滤波器中a的值可以使用蒸气压缩系统的模型或凭经验由多种方法确定。
[0071]图5示出了根据本发明的一个实施方式凭经验确定转换函数的平滑因子的图示。例如,执行以下实验:压缩机速度501突然从初始值502增加到最终值503,并且记录排放温度504的测量结果。然后将参数a确定506为最好产生匹配实验数据的响应505的值。
[0072]用于确定低通滤波器的时间常数的另一种方法解析地使用上面给出的用于tau的公式。热时间常数是根据压缩机的设计已知的参数的函数,参数包括确定热电容cp和材料密度P的压缩机材料组合物以及确定体积V和表面积A的尺寸。
[0073]限制期望排放温度的变化率可与压缩机的某一物理性能有关。压缩机的变化率可能取决于压缩机的质量、构成压缩机的材料的导热系数和室外空气温度。因此,可以根据这些参数的估算来计算适当的速率限制。
[0074]上面描述的实施方式可以采用任何多种方式实施。例如,实施方式可使用硬件、软件或它们的组合来实施。当在软件中实施时,软件代码可以在任何合适的处理器或处理器的集合上执行,不论设置在单个计算机中或分布在多个计算机之中。这样的处理器可实施为集成电路,在集成电路部件中具有一个或更多个处理器。但是,处理器可使用任何合适的格式的电路来实施。
[0075]进一步,应该理解的是,计算机可体现为任何多种形式,诸如机架式计算机、台式计算机、膝上型计算机、小型计算机或平板计算机。另外,计算机可具有一个或更多个输入和输出装置。除其它事项外,这些装置可以用于呈现用户界面。可以用于提供用户界面的输出装置的示例包括用于可视的输出呈现的打印机或显示屏以及扬声器或用于听得见的输出呈现的其它声音生成装置。可以用于用户界面的输入装置的示例包括键盘和指向装置,诸如鼠标、触摸垫和数字化平板电脑。作为另一示例,计算机可经由语音识别或其它可听格式来接收输入信息。
[0076]这样的计算机可由任何合适形式的一种或多种网络互连,包括局域网或广域网,诸如企业网络或因特网。这样的网络可基于任何合适的技术并可根据任何合适的协议进行操作,并且可包括无线网络、有线网络或光纤网络。
[0077]另外,本文中概述的各种方法或工艺可被编码为能在一个或更多个处理器上执行的软件,其采用各种操作系统或平台中的任何一个。替代地或另外地,除计算机可读存储介质之外,本发明可体现为计算机可读介质,诸如传播信号。
[0078]另外,本发明的实施方式可体现为方法,其示例已被提供。执行为方法的一部分的动作能以任何合适的方式排序。因此,可建造出以不同于图示的顺序执行动作的实施方式,其可以包括同时执行一些动作,即使在例证性实施方式中示出为连续动作。
[0079]术语“程序”或“软件”在本文中在一般意义上用来指任何类型的计算机代码或一组计算机可执行指令,其可以采用使计算机或其它处理器程序化,以实施如上面讨论的本发明的各种方面。
[0080]“计算机”指
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