专利名称：分离式空调设备的温度控制方法
技术领域：
本发明有关一种分离式空调设备的温度控制方法，更详而言，有关一种应用于至 少具有控制器、与控制器连接的至少一压缩机、膨胀阀、室外热交换器及室内热交换器的分 离式空调设备中的分离式空调设备的温度控制方法。
背景技术：
变频多联式空调(VRF，Variable Refrigerant Flow)，如一对多空调机，是由一台 或多台室外机与多台室内机组合而成，因为其采用分流管并结合变频控制和电子膨胀阀来 达成冷媒流量的分配，也即，具有依需求开启的室内机的机台数量，决定压缩机转速来提供 空调机需求的冷媒流量的优点，不但达成小体积具大冷房容量变化范围的压缩机特性(可 以实现区域控制)，又不会有用电过浪费的情形(提高节能效果)，因此，变频多联式空调已 被广泛的应用于较大坪数住宅或中小型商用建筑的空调系统中。随着变频压缩机的出现，分离式空调机的温度控制已不像早期单机式的空调机那 么单纯，由于分离式空调机为单一或多输入对多输出的方式，因此，对于一对多空调机(一 台室外机，多台室内机)或多对多空调机(多台室外机，多台室内机)而言，则需要控制更 多的参数方可进行分离式空调机的温度控制，在公知技术中，分离式空调机的控制器是以 平行架构概念控制压缩机转速与膨胀阀开度，以进行分离式空调机的温度控制，公知的分 离式空调机的温度控制方式(如美国US6854285B2及US2009/0019872A1专利案)，请参阅 图1所示，该方式是先由不同室内温度差控制压缩机转速，再以经验法则定出电子膨胀阀 开度，并建立实验数据库以表格方式储存数据，以供后续温度控制时可通过查表方式来进 行，然，在一对一时，通过经验法则建立表格并查表尚无多大问题，但在一对多时，由于数据 过多，造成表格内容繁复，因此，执行查表时的困难度即增加许多且耗费工时，此外，室内温 度的稳态误差也较难控制。因此，如何提供一种可借助简易方式即可进行分离式空调机的温度控制的温度控 制装置及方法，以减少室内温度的稳态误差，实为业界亟待解决的问题。
发明内容
鉴于上述公知技术的缺点，本发明提供一种分离式空调设备的温度控制方法，以 借助简易方式即可进行分离式空调机的温度控制，并减少室内温度的稳态误差。本发明又提供一种提升室内温度的温控效率的分离式空调设备的温度控制方法。本发明又提供一种分离式空调设备的温度控制方法，以于运转中，依照最佳化自 我调节压缩机转速和膨胀阀开度，进而可节省能源。本发明再提供一种分离式空调设备的温度控制方法，以解决繁复的时变问题。本发明所提供的分离式空调设备的温度控制方法，应用于至少具有控制器、与该 控制器连接的至少一压缩机、膨胀阀、室外热交换器及室内热交换器的分离式空调设备中， 其中，该室外热交换器包括冷凝器及室外风扇，该室内热交换器包括蒸发器及室内风扇，该分离式空调设备的温度控制方法包括以下步骤建立空调系统模型及各蒸发器吸收热量模 型；依据该空调系统模型及各该蒸发器吸收热量模型得出系统状态方程式，并据以结合最 佳算法及Schur分解得出线性矩阵不等式(LMI)，且经运算后得出该控制器的最佳增益；以 及输入各室内温度、各室内温度设定值、各蒸发器温度、各蒸发器过热度至该控制器，以供 该控制器依据该最佳增益、该空调系统模型及各该蒸发器吸收热量模型运算得出压缩机转 速、室外风扇转速、各膨胀阀开度及各室内风扇转速，并据以控制该压缩机转速、该室外风 扇转速、各该膨胀阀开度及各该室内风扇转速，同时将该控制器的输出端连接至各该蒸发 器上，以反馈各该蒸发器温度、各该蒸发器过热度及该室内温度至该控制器，供该控制器进 行该室内温度的即时控制。于本发明的较佳实施例中，该空调系统模型及各该蒸发器吸收热量模型通过理 论推导或系统识别予以建立，其中，该空调系统模型通过该膨胀阀开度、该压缩机转速、该 蒸发器温度及该蒸发器过热度予以建立，各该蒸发器吸收热量模型通过该蒸发器的外径 与管长、热传导系数及室内空间予以建立；该空调系统模型为冷气或暖气系统模型；该控 制器又配合积分器进行该压缩机转速、该室外风扇转速、各该膨胀阀开度及各该室内风 扇转速的运算；该控制器运算过程中，若有积分饱和时，又使用反积分终结器；该分离式 空调设备又具有四方阀、储液器以及液气分离器；该最佳化算法为以Linear Quadratic Regulator (简称 LQR)或 Linear Quadratic Gaussian (简称 LQG)为基础的 4 或 H ①的控 制算法；该线性矩阵不等式也可为H2、H00或混合型H2Aloot5综上所述，本发明所揭示的分离式空调设备的温度控制方法及方法，主要先建立 空调系统模型及各蒸发器吸收热量模型，且据以得出系统状态方程式，并结合最佳算法及 Schur分解得出线性矩阵不等式(LMI)，且经运算后得出该控制器的最佳增益，接着输入各 室内温度及其设定值、各蒸发器温度及其过热度至该控制器，以供该控制器依据该最佳增 益、该空调系统模型及各该蒸发器吸收热量模型运算得出压缩机转速、室外风扇转速、各膨 胀阀开度及各室内风扇转速，并据以控制该分离式空调设备的压缩机转速、室外风扇转速、 各膨胀阀开度及各室内风扇转速，同时将该控制器的输出端连接至各蒸发器，以反馈各该 蒸发器温度、各该蒸发器过热度及该室内温度至该控制器，供该控制器进行该室内温度的 即时控制。相较于公知技术，本发明的分离式空调设备的温度控制方法将控制器的控制系 统模块化，使其控制流程简易，尤其是应用于多组压缩机或多组蒸发器匹配上，可减少整个 分离式空调系统的复杂度，进而以简易方式即可达成在最小稳态误差状况下进行温度控 制。此外，本发明将过热度与室内温度分开处理，可提升室内温度的温控效率，再者，通过将 该控制器的输出端连接至各蒸发器，以反馈各个数据资料，可以在分离式空调系统运转中， 依照最佳化自我调节压缩机转速和膨胀阀开度达成节省能源的效果，同时也可解决繁复的 时变问题。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为传统分离式空调设备的温度控制方法示意图；图2为本发明的分离式空调设备的温度控制方法的流程示意图；图3为本发明的分离式空调设备的温度控制方法所应用的分离式空调设备架构示意图；图4为本发明的分离式空调设备的温度控制方法的控制器的最佳增益演算示意 图；图5为本发明的分离式空调设备的温度控制方法的控制器的内部控制流程示意 图；图6为本发明的分离式空调设备的温度控制方法的控制器内部运算流程搭配转 移函数的实施示意图；以及图7为本发明的分离￥
其中，附图标记
1分离式空调设备
10控制器
11压缩机
12膨胀阀
13室外热交换器
130冷凝器
131室外风扇
14室内热交换器
140蒸发器
141室内风扇
15储液器
16液气分离器
17积分器
18四方阀
SlO至S12 步骤
具体实施例方式以下为借助特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域的技术人员可由本说 明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。请参阅图2及图3，为本发明的分离式空调设备的温度控制方法的流程示意图及 本发明的分离式空调设备的温度控制方法所应用的分离式空调设备架构示意图。如图3所 示，本发明的分离式空调设备的温度控制方法应用于一对多分离式空调设备1中，于本实 施例中，该分离式空调设备1具有控制器10、与控制器10连接的压缩机11、多个膨胀阀12、 室外热交换器13、多个室内热交换器14、四方阀18、储液器15以及液气分离器16，其中，该 室外热交换器13包括冷凝器130及室外风扇131，该室内热交换器14包括蒸发器140及 室内风扇141，当然，本发明的分离式空调设备的温度控制方法并非仅可应用于本实施例中 所述的一对多分离式空调设备1，实际实施时也可应用于多对多分离式空调设备等。如图2 所示，本发明的分离式空调设备的温度控制方法首先执行步骤S10。于步骤SlO中，建立空调系统模型及各蒸发器吸收热量模型；如图4所示，于本实 施例中建立空调系统模型及多个蒸发器吸收热量模型1至n，其中，该空调系统模型及各蒸发器吸收热量模型通过理论推导或系统识别予以建立，例如通过图4中的膨胀阀开度、压 缩机转速、蒸发器温度及蒸发器过热度建立空调系统模型，通过蒸发器的外径与管长、热传 导系数及室内空间建立各蒸发器吸收热量模型，且该空调系统模型为冷气系统模型，当然， 于其它实施例中，该空调系统模型也可实施为暖气系统模型。接着进至步骤S11。于步骤Sll中，依据该空调系统模型及各该蒸发器吸收热量模型得出系统状态 方程式，并据以结合最佳算法及khur分解得出线性矩阵不等式(LMI)且经运算后得出 该控制器10的最佳增益，如图4所示，于本实施例中，系统状态方程式为结合最佳算法及 khur分解得出线性矩阵不等式，其中，该最佳化算法可为以线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator，简称 LQR)或线性二次型高斯(Linear Quadratic Gaussian，简称 LQG)为基础的H2或H00的控制算法，该线性矩阵不等式也可为H2、H00或混合型H2M00，其演 算范例如下本控制系统的状态空间表示为 χ (k+1) = Ax (k) +B2Us (k) +B nu n (k) +B1 ω (k)ζ (k) = E1X (k) +E2Us (k)un(k) = -α [uc (k) -Us (k)]uc (k) = -Kx (k)其中，Uc(k)为控制输入，由压缩机转速、膨胀阀开度、室外风扇转速与室内风扇转 速组成；x(k)为状态向量，由蒸发器温度、过热度与室内温度组成；ω (k)为干扰输入，由室内热源与温度变化组成；un(k)为当积分饱和时，终结积分饱和的输入；Us(k)为系统输入，由压缩机转速、膨胀阀开度、室外风扇转速与室内风扇转速组成；z(k)为系统输出，由蒸发器温度、过热度与室内温度组成； K为反馈增益，是常数矩阵； α为权重因子，是大于零的常数； Α、Β1、Β2、Βη、Ε1与Ε2是常数矩阵。 于系统饱和时，LMI表示式为
权利要求
1.一种分离式空调设备的温度控制方法，应用于至少具有控制器、与该控制器连接的 至少一压缩机、膨胀阀、室外热交换器及室内热交换器的分离式空调设备中，其中，该室外 热交换器包括冷凝器及室外风扇，该室内热交换器包括蒸发器及室内风扇，其特征在于，该 分离式空调设备的温度控制方法包括以下步骤建立空调系统模型及各蒸发器吸收热量模型；依据该空调系统模型及各该蒸发器吸收热量模型得出系统状态方程式，并据以结合最 佳算法及Schur分解得出线性矩阵不等式，且经运算后得出该控制器的最佳增益；以及输入各室内温度、各室内温度设定值、各蒸发器温度、各蒸发器过热度至该控制器，以 供该控制器依据该最佳增益、该空调系统模型及各该蒸发器吸收热量模型运算得出压缩机 转速、室外风扇转速、各膨胀阀开度及各室内风扇转速，并据以控制该压缩机转速、该室外 风扇转速、各该膨胀阀开度及各该室内风扇转速，同时将该控制器的输出端连接至各该蒸 发器上，以反馈各该蒸发器温度、各该蒸发器过热度及该室内温度至该控制器，供该控制器 进行该室内温度的即时控制。
2.如权利要求1所述的分离式空调设备的温度控制方法，其特征在于，该空调系统模 型及各该蒸发器吸收热量模型通过理论推导或系统识别予以建立。
3.如权利要求2所述的分离式空调设备的温度控制方法，其特征在于，该空调系统模 型通过该膨胀阀开度、该压缩机转速、该蒸发器温度及该蒸发器过热度予以建立。
4.如权利要求2所述的分离式空调设备的温度控制方法，其特征在于，各该蒸发器吸 收热量模型通过该蒸发器的外径与管长、热传导系数及室内空间予以建立。
5.如权利要求1所述的分离式空调设备的温度控制方法，其特征在于，该空调系统模 型为冷气或暖气系统模型。
6.如权利要求1所述的分离式空调设备的温度控制方法，其特征在于，该控制器又配 合积分器进行该压缩机转速、该室外风扇转速、各该膨胀阀开度及各该室内风扇转速的运 笪弁。
7.如权利要求6所述的分离式空调设备的温度控制方法，其特征在于，该控制器运算 过程中，若有积分饱和时，又使用反积分终结器。
8.如权利要求1所述的分离式空调设备的温度控制方法，其特征在于，该分离式空调 设备又具有与该控制器连接的四方阀、储液器以及液气分离器。
9.如权利要求1所述的分离式空调设备的温度控制方法，其特征在于，该最佳化算法 为以线性二次型调节器或线性二次型高斯为基础的H2或H00的控制算法。
10.如权利要求1所述的分离式空调设备的温度控制方法，其特征在于，该线性矩阵不 等式为HyH00或混合SH2Alootj
全文摘要
一种分离式空调设备的温度控制方法，该方法先建立空调系统模型及各蒸发器吸收热量模型，且据以得出系统状态方程式，并结合最佳算法及Schur分解得出线性矩阵不等式，且经运算后得出控制器的最佳增益，接着输入各室内温度及其设定值、各蒸发器温度及其过热度至控制器，以供控制器依据该最佳增益、该空调系统模型及各该蒸发器吸收热量模型运算得出压缩机转速、室外风扇转速、各膨胀阀开度及各室内风扇转速，并据以控制该分离式空调设备的压缩机转速、室外风扇转速、各膨胀阀开度及各室内风扇转速，同时将控制器的输出端连接至各蒸发器上，以反馈各蒸发器温度、各蒸发器过热度及室内温度至该控制器，供控制器进行该室内温度的即时控制。
文档编号F24F11/02GK102102897SQ200910259609
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者吴敏德, 张钰炯, 杨尧斌, 黄亮桥 申请人:财团法人工业技术研究院