用于控制HVAC系统中的阀的方法和系统与流程

本发明涉及用于控制hvac系统中的阀的打开的方法和控制系统。具体地，本发明涉及用于控制hvac系统中的阀的打开以调控通过hvac系统的热学能量交换器的流体的流量并且调整热学能量交换器的功率传递的方法和控制系统。

背景技术：

通过调控通过hvac系统的热学能量交换器的流体的流量，有可能调整通过热学能量交换器所交换的能量的量并且因而调整热学能量交换器的功率传递。例如，能量交换或功率传递相应地通过如下来被调整：调控由热交换器递送用于加热或冷却建筑物中的房间的能量的量，或通过调控由冷却器为了冷却目的所汲取的能量的量。虽然通过hvac系统的流体电路的流体输送由一个或多个泵驱动，但是典型地通过改变阀的打开或定位、例如手动地或通过致动器来对流量进行调控。热学能量交换器的效率在高流率下减小，其中流体以增大的速率冲过热学能量交换器，而不导致能量交换中的显著增大。此外，hvac系统中的热学能量交换器的实际功率传递特性取决于建筑物或工厂特性以及诸如温度、湿度等之类的各种环境条件。

us6,352,106描述了一种自平衡阀，其具有用于测量通过阀的流体的温度的温度传感器。根据us6,352,106，取决于所测量的温度，动态地调整阀的范围以及因而阀的最大打开。基于所存储的温度阈值、当前流体温度以及来自负载控制器的定位命令信号来调制阀的打开。具体地，由定位控制器基于被存储在定位控制器处的温度阈值、当前流体温度以及在先前测量的流体温度与当前流体温度之间的差异来周期性地设置阀的打开范围。us6,352,106此外描述了一种可替换的实施例，其具有两个温度传感器，一个被安置在供给线上，并且另一个被安置在返回线上，以用于测量负载、即热学能量交换器之上的实际温差。根据us6,352,106，在该可替换的实施例中，阈值温度是由负载的系统要求所确定的跨负载的阈值温差。因而，us6,352,106描述了基于流体温度中的改变或负载之上的温差中的改变来对流量进行控制。因此，基于所确定的温度改变与相应地必须被预定义并且存储在阀的定位控制器处的固定的阈值温度或阈值温差的比较来对流量进行控制。因此，为了避免阀的不恰当且不高效的设置，在系统的初始安装时间处以及每当利用新的模型来取代热学能量交换器的时候必须确保所存储的阈值温度或阈值温差相应地匹配在hvac系统中使用的热学能量交换器的类型和设计参数。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于调控通过hvac系统的热学能量交换器的流体的流量以调整热学能量交换器的功率传递的方法和控制系统，所述方法和控制系统没有现有技术的至少一些缺点。具体地，本发明的目的是提供一种用于调控流体的流量以获得热学能量交换器的限定的功率传递特性的方法和控制系统。

根据本发明，这些目的通过独立权利要求的特征来被实现。此外，另外的有利实施例由从属权利要求和说明书产生。

根据本发明，在于如下而特别地实现以上提及的目的：为了控制hvac系统的热学能量交换器的功率传递，由控制系统来控制hvac系统中的阀的打开，以通过响应于不同的设定点来设置用于阀的控制信号，来调整通过热学能量交换器的流体的流量。在控制系统中记录多个数据点。所述数据点中的每一个包括对于某个设定点的、与由热学能量交换器在响应于某个设定点而设置的用于阀的控制信号的情况下所实现的功率传递有关的操作数据值。所述控制系统确定一拟合曲线，所述拟合曲线拟合所述多个数据点。所述控制系统确定一变换，所述变换将所述拟合曲线变换成具有给定目标形状的经变换的曲线。所述控制系统通过如下来控制阀的打开：使用所述变换将所述设定点变换至经变换的设定点，并且基于所述经变换的设定点来设置用于阀的控制信号。

在实施例中，确定变换包括控制系统确定一线性化变换，所述线性化变换将所述经拟合的曲线变换成线性化的曲线。

在另外的实施例中，记录所述多个数据点包括：控制系统确定在响应于某个设定点而设置的用于阀的控制信号的情况下的操作数据值，并且所述操作数据值包括：流体的流量、在进入热学能量交换器的流体的入口温度与离开热学能量交换器的流体的出口温度之间的温度差异和/或由热学能量交换器所实现的功率传递。

在实施例中，记录所述多个数据点包括控制系统确定由热学能量交换器在响应于某个设定点而设置的用于阀的控制信号的情况下所实现的功率传递。确定拟合曲线包括控制系统确定拟合所述多个数据点的功率传递曲线。所述功率传递曲线指示作为设定点的函数的功率传递。确定变换包括控制系统确定一线性化变换，所述线性化变换将所述功率传递曲线变换成经线性化的功率传递曲线。控制阀的打开包括：控制系统使用所述线性化变换将设定点变换至经变换的设定点。

在另外的实施例中，确定由热学能量交换器所实现的功率传递包括：控制系统测量流体的流量、进入热学能量交换器的流体的入口温度以及离开热学能量交换器的流体的出口温度。

在实施例中，控制系统在持续的基础上执行数据点的记录、拟合曲线的确定以及变换的确定，以便hvac系统中的热学能量交换器的功率传递特性的迭代调整。

在另外的实施例中，控制系统执行学习阶段。所述学习阶段包括记录数据点、确定拟合曲线以及确定变换。控制系统在学习阶段之后、在不再记录至少一些操作数据值的时候执行调控阶段。调控阶段包括通过如下来控制阀的打开：使用在学习阶段中确定的变换将设定点变换至经变换的设定点，并且将用于阀的控制信号设置到所述经变换的设定点。

当测量的数据与目标独立参数相互关联的时候，观测到独特并且不同的关系，甚至当测量的变量中的一个或多个丢失或缺失的时候，所述关系也可以在实践中保持。换言之，在学习阶段期间确定的变换可以用于在调控阶段中导出经变换的设定点，甚至当至少一些操作数据值的测量当前不可用或不可能的时候，对此的原因是：例如，相应的测量传感器或通信线有缺陷，或者相应的测量设备在学习阶段期间仅仅被暂时地连接。假如确定操作数据值的条件（例如温度、流量、压力差等等）不波动超过某个程度，则在学习阶段中确定的变换（在调控阶段中）继续产生经变换的设定点，所述经变换的设定点控制阀的打开，并且从而以使得热学能量交换器的功率传递特性对应于或至少接近于如由拟合曲线的给定目标形状而限定的目标特性的这样的方式来调整通过热学能量交换器的流体的流量。在线性目标形状的情况中，例如，在学习阶段中确定的线性化变换将仍然产生经变换的设定点，所述经变换的设定点导致热学能量交换器的线性功率传递特性。

在实施例中，所述学习阶段进一步包括在记录数据点之前连接用于测量与功率传递有关的操作数据值的至少一个测量设备，并且在调控阶段之前断开测量设备。

除了控制hvac系统中的热学能量交换器的功率传递的方法之外，本发明还涉及用于控制hvac系统中的热学能量交换器的功率传递的控制系统。所述控制系统包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置成：控制hvac系统中的阀的打开，以通过响应于不同的设定点来设置用于阀的控制信号，从而调整通过热学能量交换器的流体的流量；在所述控制系统中记录多个数据点，所述数据点中的每一个包括对于某个设定点的、与由热学能量交换器在响应于某个设定点而设置的用于阀的控制信号的情况下所实现的功率传递有关的操作数据值；确定一拟合曲线，所述拟合曲线拟合所述多个数据点；确定一变换，所述变换将所述拟合曲线变换成具有给定目标形状的经变换的曲线；以及通过如下来控制阀的打开：使用所述变换将设定点变换至经变换的设定点，并且基于所述经变换的设定点来设置用于阀的控制信号。

在实施例中，所述处理器进一步被配置成通过如下来确定变换：确定一线性化变换，所述线性化变换将所述经拟合的曲线变换成线性化的曲线。

在另外的实施例中，所述处理器进一步被配置成通过确定在响应于某个设定点而设置的用于阀的控制信号的情况下的操作数据值来记录所述多个数据点，并且所述操作数据值包括：流体的流量、在进入热学能量交换器的流体的入口温度与离开热学能量交换器的流体的出口温度之间的温度差异和/或由热学能量交换器实现的功率传递。

在实施例中，所述处理器进一步被配置成：通过确定由热学能量交换器在响应于某个设定点而设置的用于阀的控制信号的情况下所实现的功率传递来记录所述多个数据点；通过如下来确定拟合曲线：确定拟合所述多个数据点的功率传递曲线，所述功率传递曲线指示作为设定点的函数的功率传递；通过如下来确定变换：确定一线性化变换，所述线性化变换将功率传递曲线变换成经线性化的功率传递曲线；以及通过如下来控制阀的打开：使用所述线性化变换将设定点变换至经变换的设定点。

在另外的实施例中，所述处理器进一步被配置成通过测量以下各项来确定由热学能量交换器所实现的功率传递：流体的流量、进入热学能量交换器的流体的入口温度以及离开热学能量交换器的流体的出口温度。

在实施例中，所述处理器进一步被配置成：在持续的基础上记录数据点，确定拟合曲线，以及确定变换，以便hvac系统中的热学能量交换器的功率传递特性的迭代调整。

在另外的实施例中，所述处理器进一步被配置成执行学习阶段。所述学习阶段包括所述处理器记录数据点、确定拟合曲线以及确定变换。所述处理器进一步被配置成在学习阶段之后、在不再记录至少一些操作数据值的时候执行调控阶段。所述调控阶段包括所述处理器通过如下来控制阀的打开：使用在学习阶段中确定的变换将设定点变换至经变换的设定点，并且响应于所述经变换的设定点来设置用于阀的控制信号。

在实施例中，所述处理器进一步被配置成通过如下来执行学习阶段：在记录数据点之前连接用于测量与功率传递有关的操作数据值的至少一个测量设备，并且在执行调控阶段之前断开测量设备。

除了用于控制hvac系统中的阀的打开的方法和控制系统之外，本发明还涉及一种包括非暂时性计算机可读介质的计算机程序产品，所述非暂时性计算机可读介质已经在其上存储了计算机程序代码，所述计算机程序代码被配置成对控制系统的处理器进行控制以用于控制hvac系统的热学能量交换器的功率传递。计算机程序代码被配置成控制所述处理器使得所述处理器执行如下步骤：控制hvac系统中的阀的打开，以通过响应于不同的设定点来设置用于阀的控制信号，从而调整通过热学能量交换器的流体的流量；记录多个数据点，所述数据点中的每一个包括对于某个设定点的、与由热学能量交换器在响应于某个设定点而设置的用于阀的控制信号的情况下所实现的功率传递有关的操作数据值；确定一拟合曲线，所述拟合曲线拟合所述多个数据点；确定一变换，所述变换将所述拟合曲线变换成具有给定目标形状的经变换的曲线；以及通过如下来控制阀的打开：使用所述变换将所述设定点变换至经变换的设定点，并且基于所述经变换的设定点来设置用于阀的控制信号。

在各种实施例中，计算机程序代码进一步被配置成控制所述处理器使得所述处理器执行用于控制hvac系统的热学能量交换器的功率传递的方法。

附图说明

将参考附图、通过示例的方式来更详细地解释本发明，在所述附图中：

图1：示出了示意性地图示hvac系统的框图，所述hvac系统包括热学能量交换器以及具有流量调控器系统的热学传递流体输送系统。

图2：示出了示意性地图示经由通信网络被连接到远程计算机系统的hvac系统的框图。

图3：示出了示意性地图示hvac系统的框图，所述hvac系统包括控制器，所述控制器经由通信网络被连接到本地计算机系统。

图4：示出了示意性地图示hvac系统的框图，所述hvac系统包括具有控制器的计算机系统。

图5和5a：示出了图表，所述图表图示了：多个数据点，每个数据点指示对于某个设定点的、与由热学能量交换器实现的功率传递有关的操作数据值；拟合所述数据点的拟合曲线；以及具有目标形状的经变换的曲线。

图6：示出了图示示例性的步骤序列的流程图，所述步骤序列用于确定变换，所述变换用于将拟合曲线变换至具有目标形状的经变换的曲线，以及用于通过如下来控制hvac系统的热学能量交换器的功率传递：基于通过所述变换获得的经变换的设定点来设置用于阀的控制信号。

具体实施方式

在图1-4中，参考标号10指代hvac系统（加热、通风、空气调节以及冷却）。如在图1中所图示的，hvac系统10包括热学能量交换器1，例如用于加热的热交换器或用于冷却的冷却设备。如进一步在图1中所图示的，hvac系统10包括流体输送系统2，其用于将例如水或制冷剂的（热学传递）流体移动通过热学能量交换器1。如图1中示意性地指示的，流体输送系统2包括：流体输送线200（导管、管道），其用于引导流体流动通过热学能量交换器1；流量调控器系统20和泵25，其用于驱动并且控制通过热学能量交换器1的流体流量。如进一步在图1中所图示的，流量调控器系统20包括（机动化的）阀21，与致动器24、控制器22和流量传感器23。hvac系统10进一步包括：温度传感器11，其用于确定进入热学能量交换器1的流体的温度；以及温度传感器12，其用于确定离开热学能量交换器1的流体的温度。传感器进一步包括通信模块，所述通信模块被配置用于与计算机系统4和/或控制器22的无线和/或有线数据通信。

如图1-4中所图示的，hvac系统10包括计算机系统4或至少经由通信网络5被连接到计算机系统4。取决于实施例，计算机系统4包括一个或多个操作计算机，所述一个或多个操作计算机具有一个或多个可编程处理器以及被连接到（一个或多个）处理器的数据存储系统。如在图1和4中通过参考标号40示意性地指示的，计算机系统4和控制器22构成控制系统，特别是计算机化的hvac控制系统。在图2的实施例中，hvac系统10及其一个或多个控制器22经由通信网络5被连接到远程计算机系统4，例如经由因特网被连接到hvac系统10的基于云的计算机系统。在图3的实施例中，计算机系统4是hvac系统10的一部分，并且经由通信网络5、诸如lan（局域网）或wlan（无线局域网）被连接到hvac系统10的一个或多个控制器22。在图4的实施例中，计算机系统4是hvac系统10的一部分，并且控制器22是计算机系统4的部分，或者控制器22相应地构成计算机系统4。控制器22包括电子电路、例如可编程处理器、专用集成电路（asic）或另一逻辑单元。控制器22进一步包括通信模块，所述通信模块被配置用于相应地与计算机系统4、温度传感器11、12、流量传感器22以及阀21或其致动器进行无线和/或有线数据通信，以控制流体的流量。控制器22和计算机系统4被配置（编程）以执行稍后更详细地被描述的各种功能。取决于实施例，通信网络5包括固定的通信网络或总线和/或移动通信网络，例如wlan、gsm（全球移动通信系统）、umts（通用移动电话系统）或其它移动无线电网络。

控制器22被配置成响应于从例如建筑物控制系统或用户终端接收的设定点来控制阀21的打开，以用于调整通过热学能量交换器1的流体的流量。为了该目的，控制器22基于并且取决于所接收的设定点来相应地生成用于阀21或其致动器24的控制信号。取决于所选或设置的控制模式，控制器22使用与由热学能量交换器123实现的功率传递有关的一个或多个操作数据值来生成控制信号，以获得由所接收的设定点限定的目标。例如，在图5中所图示的基于流量的控制模式中，控制器22使用由流量传感器23测量的当前流量来生成控制信号，以获得由所接收的设定点限定的目标。在基于能量或功率的控制模式中，除了当前流量之外，控制器22进一步相应地使用由温度传感器11和12测量的进入热学能量交换器1的流体的温度以及离开热学能量交换器1的流体的温度来生成控制信号，以获得由所接收的设定点限定的目标。在图5a中所图示的并且例如在如果流量传感器23有缺陷或不可用的情况下被执行的基于定位的控制模式中，控制器22使用如由阀21或致动器24提供的阀21的当前阀定位来生成控制信号，例如用于获得由所接收的设定点限定的目标。

在以下段落中，参考图6所描述的是相应地由控制系统40、计算机系统4和/或控制器22执行的用于通过如下来控制热学能量交换器1的功率传递的步骤的可能序列：响应于所接收的设定点来调整阀21的开口（即孔口）以调控通过热学能量交换器1的流体的流量。

框b1涉及学习阶段并且包括步骤s1、s2和s3，步骤s1、s2和s3用于确定用以将拟合曲线变换至具有目标形状的经变换的曲线的变换，所述变换例如，如在图5和图5a中所图示的，用于将拟合曲线变换至具有线性形状的经变换的曲线、即线性化曲线的线性化变换。框b2涉及调控阶段并且包括步骤s4、s5和s6，步骤s4、s5和s6用于通过如下来控制热学能量交换器1的功率传递：通过遵守所确定的变换、基于经变换的设定点设置用于阀21的控制信号来调整阀21的打开，如将在以下更详细地描述的那样。

在步骤s1中，控制系统40、即计算机系统4或控制器22相应地记录多个数据点d^*。如在图5和图5a中示意性地图示的，所述多个数据点d^*中的每个数据点d与如下功率传递有关：由热学能量交换器1在响应于某个设定点而设置的用于阀21的控制信号的情况下所实现的功率传递。具体地，每个数据点d包括设定点，以及与当响应于并且遵守相应的设定点设置了用于阀21的控制信号的时候由热学能量交换器1所实现的功率传递有关的所测量的操作数据值。取决于实施例和/或配置，利用数据点d记录的与所实现的功率传递有关的操作数据值相应地包括：流体的流量，在进入热学能量交换器1的流体的当前入口温度tin与离开热学能量交换器1的流体的当前出口温度tout之间的温度差异，由热学能量交换器1所实现的实际功率传递，和/或阀21或其致动器24的当前定位。

取决于实施例或配置，针对数据点d^*的（所测量的）操作数据值由计算机系统4或控制器22读取自传感器、例如流量传感器23、温度传感器11和温度传感器12，或者由传感器报告至计算机系统4或控制器22。可替换地，操作数据值由控制器22收集并且稍后被报告至计算机系统4。任何数据点d^*、d表示在特定的时间点（时间戳）处由控制系统40测量的操作数据值。

在步骤s2中，控制系统40、即计算机系统4或控制器22相应地确定一拟合曲线，所述拟合曲线拟合在步骤s1中记录的所述多个数据点d^*。如在图5和图5a中示意性地图示的，拟合曲线具有与所述多个数据点d^*的最佳拟合。在实施例中，拟合曲线是拟合所述多个数据点d^*的功率传递曲线，并且指示作为设定点的函数的功率传递。使用例如对于本领域技术人员而公知的样条或多项式方法根据所述多个数据点d^*来确定拟合曲线。

在步骤s3中，控制系统40、即计算机系统4或控制器22相应地确定一变换，所述变换将拟合曲线变换成具有给定目标形状的经变换的曲线。在实施例中，所述目标形状是线性目标形状，并且所述变换是一线性化变换，所述线性化变换将拟合曲线变换成经线性化的曲线。在实施例中，线性化变换将功率传递曲线变换成经线性化的功率传递曲线。本领域技术人员将理解到，可以通过拟合曲线的相应的变换来获得经变换的曲线的任何其它目标形状。如在图5、5a中所图示的，通过变换，导致设定点处的能量传递的拟合曲线上的任何点被映射到经变换的曲线上的对应点，使得利用经变换的曲线上的设定点所获得的能量传递等于利用经变换的设定点在拟合曲线上所获得的能量传递。换言之，通过如下来实现将拟合曲线变换成经变换的曲线：将设定点变换成经变换的设定点，使得利用经变换的曲线上的设定点所获得的能量传递等于利用经变换的设定点在拟合曲线上所获得的能量传递：

凭此，是反函数，该反函数确定对于获得拟合曲线上的给定能量传递而言所需要的设定点。坦白地说，通过如下来获得给定设定点的经变换的设定点：通过使用经变换的曲线来确定针对给定设定点的能量传递，并且然后使用拟合曲线来确定对于实现相同的能量传递所需要的设定点。在实施例中，通过如下来实现变换：生成并且存储映射表，所述映射表针对基本拟合曲线和经变换的曲线将任何设定点映射到经变换的设定点。

在实施例中，控制系统40、即计算机系统4或控制器22相应地执行归一化步骤，所述归一化步骤生成经归一化的数据点和/或经归一化的拟合曲线。使用归一化变量来执行数据点d^*或拟合曲线的归一化，所述归一化变量是被包括在数据点d^*中的数据值或固定的参数值。通过归一化步骤，数据冗余性减小，并且数据独立性增大。在本上下文中，归一化通过数据的数学变换将数据点d^*的所测量的操作数据缩减至单个函数或曲线。

如在图6中通过步骤s10所示意性地指示的，控制系统40、即计算机系统4或控制器22相应地执行学习阶段b1的步骤，即在持续的基础上、例如连续地或周期性地记录数据点d^*，以及确定拟合曲线，以及确定变换。因而，热学能量交换器1的功率传递特性被迭代地调整，使得有可能适应hvac系统10或其环境中的（逐渐或突然）改变。然而，本领域技术人员将领会到，在具有hvac系统10中的操作数据值的适度波动的场景中，步骤s1、s2、s3可以在暂时受限的学习阶段b1期间被执行，例如在学习阶段b1期间使用具有仅仅暂时地被连接到hvac系统10的传感器的一个或多个测量设备（“夹合式设备”），用于记录与由热学能量交换器1针对各种设定点所实现的功率传递有关的所述多个数据点d^*、d。因而，在这样的场景中，一旦学习阶段b1完成，例如当已经移除了测量装备并且已经确定了变换的时候，就执行后续调控阶段b2的步骤s4、s5、s6。调控阶段b2也在测量设备和/或其传感器有缺陷的时候可执行；例如，基于先前学习的拟合曲线和变换可执行基于定位的控制模式。

在步骤s4中，控制系统40、即计算机系统4或控制器22相应地例如从建筑物控制系统或用户终端接收针对目标功率传递的设定点以及阀21的控制信号的响应性设置。

在步骤s5中，控制系统40、即计算机系统4或控制器22相应地使用所述变换（其在学习阶段b1中被确定），来根据所接收的设定点而计算经变换的设定点。

在步骤s6中，控制系统40、即计算机系统4或控制器22相应地响应于并且遵守所述经变换的设定点来生成阀21的控制信号（例如在基于流量、基于功率、基于能量或基于定位的控制模式中）。因此，阀21的开口（即孔口）由其致动器24根据用于生成阀21的控制信号的经变换的设定点来被调整。因此，热学能量交换器1的功率传递特性被相应地调控或变换至具有目标形状的目标特性，例如线性功率传递特性。

如在图6中通过步骤s20示意性地指示的，控制系统40、即计算机系统4或控制器22在持续的基础上接收如由建筑物控制系统或用户终端所提交的设定点或相应的命令。

应当注意到：在说明书中已经以特定的次序呈现了步骤的序列，然而，本领域技术人员将理解到，在不偏离本发明的范围的情况下可以变更至少一些步骤的次序。