控制直线压缩机的系统和方法

专利名称：控制直线压缩机的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种控制直线压缩机(linear compressor)的系统和方法，其能够在 必要时在其整个工作周期内对压缩机进行微调，以便压缩机以最大容量进行操作，其中，活 塞达到最大位移幅度，在不与汽缸盖碰撞的情况下尽可能近地与之接近。根据本发明的系 统和方法还意图在直线压缩机的整个工作周期中控制其操作，还设法使其性能最大化并减 少或优化其功率消耗。这种直线压缩机通常应用于冷却器、空调单元，有时应用于流体泵。
背景技术：
目前，在诸如冷却器和空调装置的冷却系统中，由直线电动机(linear motor)驱 动的直线压缩机的使用很普遍。直线压缩机表现出低能耗，因此，在正在讨论的应用中效率 很 I^J。直线压缩机通常包括在汽缸内部进行往复运动的活塞。此汽缸的盖(head)通常 容纳吸气阀和放气阀，其调整低压气体的进入和高压气体从汽缸内部的排出。活塞在直线 压缩机的汽缸内部的轴向运动将由吸气阀允许进入的气体压缩，增加其压力，并由排气阀 将其排出到高压区。直线压缩机必须能够识别活塞在汽缸内部的位置并控制活塞位移以防止活塞与 汽缸盖相碰撞，除了设备的磨损之外，该碰撞还导致大声且令人厌恶的噪声，因此降低其耐 用性。同时，为了使直线压缩机的效率和性能最优化并使压缩机的功率消耗最小化，希 望的是活塞应尽可能多地在汽缸内部移位，在不与活塞头相碰撞的情况下尽可能紧密地与 之接近。为此，必须精确地知道压缩机处于工作状态时的汽缸的位移幅度，并且此幅度的估 计误差越大，在活塞的最大位移点与汽缸盖之间将必须有越大的安全距离以避免其碰撞。 此安全距离提供压缩机的效率损失。如果未使压缩机的性能最优化，则将常常必须针对压 缩机将进行工作的条件使其设计尺寸过大，这增加设备的成本以及其功率消耗。活塞在汽缸内部的位移控制和位置识别的某些系统在没有目前工艺水平的情况 下就已经是已知的，特别是应用于直线电动机和/或压缩机，其同时对活塞位移幅度进行 微调。可以将目前的工艺水平概括成两个系统组。第一个指的是没有传感器的情况下的 压缩机的控制。在这种控制方法中，不存在安装在压缩机中的真实(物理传感器)。控制机 构读取其它系统变量，诸如压缩机的电流和/或电压、蒸发器的温度、工作频率，并估计活 塞冲程。第二系统组包括具有传感器的控制机构。在这种情况下，传感器测量例如汽缸盖 或任何其它点的固定部分与活塞或运动部分的任何点之间的位移和/或距离，或仅仅是用 于安全工作的极限距离。根据这种方法，在压缩机的生产阶段期间或在其运行期间，可能要 求进行微调。国际专利申请WO 0148379描述了一种控制压缩机的方法，其被设计为控制直线
6压缩机的活塞的冲程，允许活塞前进直至其机械冲程的终点处于极限负荷条件为止，而不 允许活塞与阀门系统碰撞。向直线电动机施加平均电压，控制活塞的运动。测量活塞的第 一运动时间并将其与预测运动时间相比较。改变施加于电动机的电压，如果第一运动时间 不同于预测运动时间，则预测运动时间使得活塞的运动将到达基本上接近于活塞冲程的终 点的最大点(M)。专利文献WO 2005006537描述了一种控制被馈送与电力网电压成比例的总电压 的电动机的运动的方法。该方法包括步骤在第一测量时刻进行电力网电压电平的第一测 量；在第二测量时刻进行电力网电压电平的第二测量；计算根据(in function of)第一和 第二测量时刻测量的值的导数(derivative)值以获得比例电力网电压的值；以及与比例 电力网的值成比例地改变馈送给电动机的总电压的值。专利文献WO 2005071265描述了在整个工作过程中以其最大可能效率处于谐振 状态的直线压缩机的工作。直线压缩机包括由直线电动机驱动的活塞，该活塞具有借助于 受控电压控制的位移幅度，该受控电压具有施加于直线电动机并由处理单元调整的电压频 率。根据冷却系统的可变需要动态地控制活塞位移的幅度。所述处理单元调整活塞位移的 幅度，以便使直线压缩机在冷却系统需要的整个变化过程中将动态地保持谐振。专利文献WO 2005054676涉及一种控制流体泵的系统，该流体泵提供有在第一次 使用时或在由于电或机械故障而引起问题的情况下校准各机能的装置。流体泵提供有活塞 位置感测组件和与该传感器组件相关联的电子控制器。该电子控制器将通过检测撞击信号 来检测相应汽缸内的活塞位移。该撞击信号由所述感测组件在发生活塞与冲程终点的撞击 时发送。该电子控制器在发生触发信号时连续地增加活塞位移冲程直至发生撞击为止以存 储活塞位移的最大值。专利文献WO 03044365涉及一种自由活塞气体压缩机，其包括汽缸、在该汽缸内 部的往复式活塞、和耦合到具有至少一个励磁绕组(excitation winding)的活塞的往复式 直线电动机。获得活塞的往返时间的测量，检测该往复时间的任何变化并响应于在该往复 时间中检测到的任何改变来调整输入到所述励磁绕组的功率。专利文献WO 0079671公开了一种具有缩短定子的直线电动机，其中，使用最少的 传感器控制电枢磁体比对于等效的传统直线电动机而言进行往复运动至更大的最大位移。 在直线电动机的谐振频率下对其进行驱动。基于与谐振频率的关系和进入压缩机的蒸气的 蒸发温度/压力来进行最大电流的确定。然后限制该电流以控制最大位移以防止损坏。如所指示的，以上文献中没有一个提出了将在没有传感器的情况下控制压缩机的 技术与在有传感器的情况下控制压缩机的技术组合的、汽缸内部的活塞位移的控制和微 调。发明目的本发明的第一目的是控制直线压缩的活塞的冲程，允许活塞前进至其机械冲程的 终点，而不与汽缸的顶端碰撞，并使压缩机的容量最优化。本发明的另一目的是实现一种压缩机的正常工作期间的自动微调系统，其不需要 生产或组装过程期间的微调程序，并且能够操作活塞具有与压缩机冲程终点的最小可能距罔。本发明的另一目的是在不妨碍效率和最大容量方面的系统性能的情况下保证使用较不精确的传感器或具有增益和偏移导数(off-set derivative)的可行性。本发明的另一目的是允许基于传感器的工作条件来调整传感器信号的增益和偏 移。本发明的另一目的是实现简单的解决方案以实现上述目的，以便可以将其应用于 工业规模生产。

发明内容
借助于一种直线压缩机控制系统来实现本发明的目的，该直线压缩机控制系统包 括直线电动机，其驱动活塞在汽缸内部的往复运动，所述系统还包括位置检测电路，其 生成指示活塞位移幅度的位移信号；撞击检测电路，其生成指示活塞与汽缸盖的撞击的发 生的撞击信号；控制电路，其在所述直线电动机上施加可变驱动信号，该控制电路接收位移 信号和撞击信号，并基于这些信号和驱动信号来计算用于位移信号的防止撞击极限参数， 该控制电路改变电动机的驱动信号，将由驱动信号的变化得出的位移信号与防止撞击极限 参数相比较，并基于比较的结果来调整电动机的驱动信号。用于活塞的位移信号的防止撞击极限参数确定在没有活塞与汽缸盖之间的撞击 的情况下活塞的最大位移幅度的极限。根据本发明的系统的控制电路优选地包括处理位移信号、撞击信号和驱动信号并 计算防止撞击极限参数的数据处理器，和将防止撞击极限参数与位移信号相比较并发出指 示位移信号是否在防撞击安全工作区内的信号的比较器。所述控制电路接收指示压缩机的 工作条件的信号并基于压缩机的这些工作条件信号来计算电动机的新驱动信号。根据本发明的控制系统被优选地应用于冷却系统，其中，所述控制电路接收指示 冷却系统的工作条件的信号并基于这些冷却系统信号来计算电动机的新驱动信号。所述防止撞击极限参数与撞击时刻的位移信号的变化成比例，并优选地通过以下 等式来计算SLOPE min = Klx Period+K2x Power-Offset-max其中Slope_min是撞击时刻的位移信号的变化值；Kl和K2分别是驱动信号的偏移周期(offset period)和功率常数；Period和Power是撞击时刻的驱动信号的周期和功率值；以及Offsetjnax是防止撞击极限参数。还可以通过将分量Δ Safety加到Offsetjnax值来计算Offset防止撞击极限参 数，所述分量ASafety是对应于活塞的最大位移幅度与汽缸盖之间的安全距离的常数。可以将所述位置检测电路和所述撞击检测电路集成到同一传感器电路中。所述控制电路可以包括存储位移和撞击信号以及驱动信号的至少一些参数和由 所述控制电路计算的参数值的存储器。所述控制电路优选地在比较的结果显示位移信号在 防撞击安全工作区内的情况下增大电动机的驱动信号，并在比较的结果显示位移信号在防 撞击安全工作区之外的情况下减小电动机的驱动信号。可以借助于一种直线压缩机控制方法来实现本发明的目的，其具有由直线电动机 驱动并在汽缸内移位的活塞、发出指示活塞在汽缸内部的位移的信号的位置检测电路；以
8及活塞与汽缸盖的撞击检测电路，其中，所述方法包括以下步骤(a)执行直线压缩机的微调例程，包括-检测活塞与汽缸盖的撞击；-测量活塞与汽缸盖之间的撞击时刻的驱动信号；-测量活塞与汽缸盖之间的撞击时刻的位移信号(SD)；_基于活塞与汽缸盖撞击时的驱动信号和位移信号(SD)的测量值来计算防止撞 击极限参数；(b)执行直线压缩机的控制例程，包括步骤-测量驱动信号和位移信号(SD)；-基于在微调例程中测量的驱动信号和计算的防止撞击极限参数，计算位移信号 (SD)的控制参数在活塞与汽缸盖之间没有撞击的情况下可能采取的极限值，并确定用于位 移信号(SD)的控制参数的防撞击安全工作区；-将位移信号(SD)的控制参数的测量值与位移信号(SD)的控制参数的所计算的 极限值相比较；_如果位移信号(SD)的控制参数的测量值在防撞击安全工作区内，则改变驱动信 号以提高直线压缩机的效率；_如果位移信号(SD)的控制参数的测量值在防撞击安全工作区之外，则改变驱动 信号以降低直线压缩机的效率；-检测是否存在活塞与汽缸盖的撞击，并且在存在撞击的情况下，执行微调例程以 重新计算防撞击微调变量，并且在没有撞击的情况下，执行控制例程。在本发明的方法中计算的位移信号的控制参数是来自位移信号(SD)的导数值或 变化值。由以下等式来计算此极限参数SLOPEmin = KlxPeriod+K2xPower-0ffset_max其中Slope_min是撞击时刻的来自位移信号(SD)的导数值或变化值；Kl和K2分别是驱动信号的周期和功率偏移常数；Period和Power是撞击时刻的驱动信号的周期和功率值；以及Offsetjnax是防止撞击极限参数。还可以通过将分量Δ Safety加到Offsetjnax值来计算Offset防止撞击极限参 数，所述分量ASafety是对应于活塞的最大位移幅度与汽缸盖之间的安全距离的常数。另 外，可以使用在三个不同时间计算的至少三个Offset值的算术平均来计算Offset防止撞 击极限参数。依照根据本发明的控制方法，计算位移信号(SD)的控制参数在活塞与汽缸盖之 间没有撞击的情况下可能采取的极限值的步骤包括通过以下等式来计算位移信号(SD)的 导数 SL0PE_limSL0PE_lim = KlxPeriod+K2xPower-0ffset并且将位移信号(SD)的控制参数的测量值与位移信号(SD)的控制参数的极限值 相比较的步骤包括将位移信号(SD)的导数的测量值Slopejneasured与所计算的SL0PE_ Iim值相比较；并且改变驱动信号以提高直线压缩机的效率的步骤包括增大驱动信号的电
9压；并且改变驱动信号以降低直线压缩机的效率的步骤包括减小驱动信号的电压。本发明的方法还可以包括获取在改变驱动信号的步骤中考虑的指示压缩机工作 条件的信号的步骤，和存储由控制电路生成的信号的值、馈送给控制电路的信号的值和由 控制电路计算的参数的值中的至少一些的步骤。此外，依照本发明的方法，在位移信号(SD) 的幅度在预定参考值与零之间改变的时间间隔中测量位移信号(SD)的变化。还由用于控制直线压缩机的系统来实现本发明的目的，该系统包括用于基于活塞 在压缩机的汽缸内部的位移信号(SD)和活塞与汽缸盖的撞击信号(Si)来控制直线压缩机 的工作的装置，所述用于控制直线压缩机的工作的装置基于位移(SD)和撞击(Si)信号来 计算与撞击时刻的位移信号(SD)的变化成比例的用于位移信号(SD)的至少防止撞击极限 参数，并基于此参数来定义直线压缩机的防撞击安全工作区。可选地，用于控制直线压缩机的工作的装置将响应于驱动信号生成的位移信号 (SD)与防止撞击极限参数相比较，并基于比较的结果来调整电动机的驱动信号。位移信号 (SD)的控制参数优选地是来自位移信号(SD)的导出值或变化值。最后，还由直线压缩机控制方法来实现本发明的目的，该方法基于活塞在压缩机 的汽缸内部的位移信号(SD)和活塞在汽缸内部与汽缸盖的撞击信号(Si)来控制直线压缩 机的工作，并且在控制直线压缩机的工作期间，该方法包括基于位移(SD)和撞击(Si)信号 来计算与撞击时刻的位移信号(SD)的变化成比例的用于位移信号(SD)的至少防撞击极限 参数并基于此参数来定义防撞击安全工作区的步骤。所述方法可以包括将响应于驱动信号生成的位移信号(SD)与防止撞击极限参数 相比较并基于比较的结果来调整电动机的驱动信号的步骤。位移信号(SD)的控制参数可 以是来自位移信号(SD)的导数或变化值。


接下来将基于在附图中表示的执行示例更详细地描述本发明。附图示出图1是根据本发明的用于控制直线压缩机的系统所应用于的压缩机的横截面图；图2A是用来实现根据本发明的方法和系统的控制电路的一部分的方框图，其接 收活塞位移和撞击信号；图2B是用来实现根据本发明的方法和系统的控制电路的一部分的第二实施例的 方框图，其接收活塞位移和撞击信号；图3是图2B所示的用来实现根据本发明的方法和系统的控制电路的实施例的更
详细表示。图4是本发明的系统的控制电路的优选实施例的方框图；图5是撞击确定信号DI和活塞位置确定信号DP的行为(behavior)的比较性表 示；图6是用于活塞的两种不同位移幅度的活塞SD的位移信号的比较性表示；图7是由用于检测活塞位置、压缩机电流信号和比较器信号的电路生成的位移信 号的行为的表示；图8是本发明的直线压缩机控制方法的一部分的流程图，其示出具有活塞工作控 制例程的微调例程的流程；
图9是本发明的方法的活塞工作控制例程的流程图；图IOA是本发明的方法的微调例程的第一实施例的流程图；图IOB是本发明的方法的微调例程的第二实施例的流程图；图11是示出压缩机的各种工作条件下的处于撞击极限的位移信号的斜率 (slope)值的图表；图12是示出用于冷凝器和蒸发器的不同温度条件的撞击时刻的驱动信号的功率 变化的图表；图13是基于冷凝器和蒸发器的不同温度条件的撞击时刻的驱动信号的频率变化 的图表；图14是示出在蒸发器的不同温度条件下由活塞实现的最大位移与位移信号的斜 率之间的关系的图表。图15是处于活塞与压缩机的汽缸的撞击极限的位移信号SD与驱动信号的周期之 间的相关性的图表。
具体实施例方式根据本发明的直线压缩机10控制系统被应用于具有在汽缸2内往复地移动 (dislodge)、接近和远离汽缸盖的活塞1的压缩机，并且由直线电动机来驱动活塞的运动。 在图1中示出本发明的控制系统所应用的直线压缩机的示例。活塞被至少耦合到磁体5，使得活塞的位移引起磁体的相应位移，反之亦然。活塞和汽缸组合的致动器至少包括被供电以便产生磁场的直线电动机线圈6。电 动机线圈必须被设置为使得由此产生的磁场对活塞1的磁体5进行作用，使得其响应于此 磁场的变化而移位。因此，当电动机线圈被供电时，其依照电源电压产生可以是变化的并是受控的磁 流量。由于所施加的电压而由电动机线圈产生的磁场的变化引起磁体5往复地移动，使得 活塞以相同的比例移位。活塞工作幅度对应于总位移，也称为汽缸2内部的活塞1冲程。为了获得活塞和汽缸组合的最大泵容量(pumping capacity)，必须在活塞尽可能 紧密地接近具有阀板3a、3b的汽缸盖、但在活塞与汽缸盖之间没有碰撞的幅度下工作。为 了让这成为可能，必须精确地已知活塞工作幅度。此活塞位移幅度的估计误差越大，在活塞 与阀板之间必须有越大的安全距离以避免碰撞，由此减小活塞的冲程并因此降低其性能。 此碰撞是不期望的，因为其引起大的噪声，并可能损坏设备。这是为什么根据本发明的控制系统的用于检测活塞位置的电路执行活塞1的位 置识别以使得该组合能够以最大可能工作幅度工作、使活塞1和汽缸2的泵容量优化的原 因。另外，如前所述，有利的是系统知道活塞位移幅度以在每个时间段中控制压缩机是否在 冷却系统所需的负荷条件下工作。在应用于图1的压缩机10的本发明的优选实施例中，用于检测活塞位置的电路包 括布置在连接到活塞1的磁体5的位移冲程的点上的感应传感器8。因此，感应传感器8受 到由于磁体5的位移而由其产生的磁场变化的影响，所述位移和磁场变化两者均是速度及 其位置方面的。用于检测活塞位置的电路响应于所述磁场变化发出位移信号SD，其具有这 样的格式使得允许识别活塞已达到其最大工作幅度、以及实现最大位置的时刻。
在本发明的优选实施例中，优选地以在本文中称为传感器线圈的简单线圈的形式 体现感应传感器8，其优选地朝着磁体的位移是窄的，并且朝着磁体的位移横向细长。为了 传感器8检测到精确的活塞控制位置，当活塞到达尽可能靠近汽缸盖的控制位置(最大工 作幅度)但没有碰撞时，其应优选地位于磁体的位移冲程内部，准确地在由磁体5的下边缘 到达的位置。由检测电路或位移传感器生成的活塞的位移信号SD采取脉冲的形式，如在图6中 可以看到的那样，图6示出用于压缩机的两种不同工作条件的位移信号的波形。正负峰值 之间的那部分信号SD近似是线性的。根据本发明的系统和方法正是在此线性部分中测量 信号SD的导数，以计算活塞的最大位移位置。基于图6，可以注意到传感器信号的某些参数根据活塞位移冲程的长度而变。在图 6中，用虚线表示的信号对应于其中活塞在处于其位移冲程内部的最大位置处时用减小更 多的位移冲程工作、实现了约0. 8mm的与汽缸盖的最小距离的情况。实线所表示的信号对 应于具有更大工作幅度的活塞工作，其中，活塞在到达其位移冲程内部的其最大位置处时， 到达与汽缸盖的0. 2mm的最小距离。因此，请注意，活塞位移冲程越大，活塞位移信号的幅度越大。然而，对于活塞的任 何工作幅度而言，信号的波形基本上是相同的，主要是在频率方面。当信号电压等于0时， 对于两种不同工作条件下的两个位移信号而言，在相同的时刻发生位移信号SD的绝对和 相对最大值和最小值点、以及信号SD与横轴交叉的点。在使用感应传感器8来测量活塞位置的本发明的优选实施例中，活塞的位移信号 的斜率是将用来计算活塞位移幅度的参数。此斜率仅仅是信号幅度在一定时间间隔内的变 化，或此间隔中此信号的导数。为了测量位移信号SD的导数，可以测量其用于固定时间的 电压值，或者测量用于固定电压的时间，或者还同时获取电压和时间的读数并计算导数。在 本发明的替换实施例中，还可以将位移信号SD馈送到AD转换器，并且作为测量一定时间间 隔内的导数的替代，将测量χ时间点上的位移信号SD，然后可以计算平均测量结果以找出 导数。位移信号SD的此变化或斜率参数还被本发明的方法和系统用来在压缩机在其最 大负荷下工作时，检查活塞是否在其安全区内工作，避免碰撞，并计算活塞与汽缸盖之间的 安全距离，其中，活塞位移冲程应尽可能大。在正反峰值之间的线性部分上测量信号的导数。因此，活塞位移的幅度越大，测量 信号的导数将越大，因为信号SD的变化在从最大值点变化到等于0的幅度时应越迅速，假 设信号频率不根据活塞工作幅度而变。因此，可以得出结论，位移信号或其导数在一定时间 间隔内的变化也与其工作幅度成比例，并表示其位置。例如，当位移信号达到其最大值和最 小值点时，这意味着活塞分别到达其与汽缸盖最近和最远的位置，也就是说其位移冲程的 最大幅度点。在这些点处，位移信号的导数等于0。本文所述的种类的感应传感器8的使用是有利的，因为其细长形状允许在不干扰 传感器位置分辨率的情况下获得由传感器线圈生成的位移信号SD的更大电压。因此，由于活塞在汽缸内部的显著减小的位移，存在由传感器生成的信号的更大 变化，这提高传感器的分辨率并降低系统对由于噪声干扰而引起的误差的敏感度。传感器 8的配置还具有低阻抗，其提供无电噪声的信号，还有助于传感器的良好精度。
然而，本发明不限于此传感器的使用。可以应用测量活塞在汽缸内部的位置的任 何其它种类的传感器。根据本发明的控制系统还具有活塞与汽缸盖的撞击检测电路，其生成指示活塞与 汽缸盖的撞击的是否发生的撞击信号Si。在不脱离本发明的保护范围的情况下，可以以许 多不同方式来生成此撞击信号。可以在没有传感器的情况下借助于例程，借助于处理由压 缩机及其电动机生成的电信号，并基于传感器信号来产生信号Si。当撞击检测电路检测到活塞与汽缸盖的撞击时，由此发送的撞击信号SI采取表 示撞击的形状。可以由检测活塞位移的相同传感器、或者还由应用于活塞和汽缸组合、专门 为检测撞击而设计的附加传感器来执行撞击检测。在本发明的另一示例性实施例中，可以 通过分析由压缩机本身发出的电信号来执行撞击检测。在本发明的实施例中，撞击检测电路和位置检测电路是生成独立信号的独立电 路。通常，用来实现本发明的某些类型的传感器以及处理由传感器发送的撞击信号SI和位 移信号SD的信号处理电路在上述在先技术中是已知的。然而，用于处理信号的技术不同于 当前工艺水平的这些文献中所讲授的那些，尤其是由于本发明将没有传感器的压缩机控制 技术与借助于传感器的压缩机控制技术组合这一事实，这是从当前工艺水平引用的任何文 献没有提出的。在优选实施例中，可以基于在通过引用结合到本文的文献W02005/71265中描述 的技术来实现所述电路和系统。在这种情况下，如图2A所示，向控制电路发送两个不同信 号，位移信号SD是由具有传感器的电路生成的，并且撞击信号SI是由没有传感器的电路生 成的。在控制电路内部单独地处理这两个信号。在本发明的另一实施例中，可以将撞击检测和活塞位置检测电路容纳在同时执行 两种功能的单个传感器电路中。可以借助于设置在活塞头中的压电(PZT)传感器来执行两 个位置和撞击检测电路的联合。例如在通过引用结合到本文中的WO 2004/104419中可以 看到此类传感器。如所述，此传感器是测量活塞在其位移期间的加速并生成基本上低频率 的基本正弦输出信号的加速计。PZT传感器包括晶体，使得当在活塞与汽缸之间存在碰撞 时，传感器晶体被压缩，导致由传感器生成的活塞的加速信号失真，其具有在信号的最大值 点上的高频率内的分量的形式。本发明的本第二实施例在图2B中示出，其中，仅向控制电路发送一个传感器信 号，其包含位移SD和撞击SI信息。此信号被施加于两个单独处理电路，其处理信号并单独 地提取关于位置和撞击的信息。图3是PZT传感器信号的单独处理的更详细图示，并且在 前面得到更详细的描述。撞击信号SI被馈送到借助于撞击检测电路来处理此信号并直接生成撞击确定信 号Dl的控制电路。SD信号被发送到处理此信号的传感器的信号处理电路并根据其波形提 取关于活塞工作的位置和幅度的信息，并且可以生成例如位置确定信号DP。图5示出可以应用于本发明且在文献WO 2005/71265中有所描述的在控制电路中 解释并处理位移SD和撞击SI信号之后生成的位置确定信号DP和撞击确定信号DI的示 例。在这种情况下，以二进制形式生成撞击确定信号D1。当未检测到撞击时，信号的值等 于0伏。当发生撞击时，由传感器发送的信号变成例如等于1伏，形成方波。在相同时刻， DP信号的值与活塞的最大位移成比例。
为了控制活塞的工作，根据本发明的系统的控制电路向逆变器发生控制信号，逆 变器又对直线电动机施加驱动信号。此直线电动机产生活塞在压缩机中的运动。施加于直 线压缩机的电动机的驱动信号可以根据压缩机应在其中工作的工作条件如在频率或周期 方面一样在电压或功率两方面变化。驱动信号的频率和功率确定活塞的振荡运动。图4示出控制电路的优选实施例的方框图。控制电路被连接到位置检测电路的输 出和撞击检测电路的输出，并接收由各检测电路生成的活塞的SI撞击检测信号和SD位置 检测信号。控制电路还从直线电动机接收具有电压信号ST和电流信号SC形式的驱动信号。控制电路包括处理活塞的位移信号SD和撞击信号Si、或其导数信号并生成逆变 器的控制信号的数据处理装置。数据处理装置具有数据处理器，其可以是例如微控制器，并 负责处理数据的步骤和逆变器的控制信号的生成。控制电路能够执行活塞的运动和最大冲程的微调例程。在此例程中，控制电路分 析位移信号SD和/撞击信号SI和直线电动机的驱动信号，并在活塞与汽缸盖没有碰撞的 情况下且使用显著减小的针对碰撞的安全裕度(margin)，借助于某些数学公式来计算活塞 可以执行的最大可能位移(最大工作幅度)。另外，控制电路的处理器计算位移信号SD和/或撞击信号SI的参数至少在活塞 进行工作以防止与汽缸碰撞时、当以最大工作幅度工作时、或为了保证活塞以用于压缩机 所请求的负荷的适当位置幅度工作应采取的值或值范围。控制电路还能够执行撞击检测步骤，其中，在本发明的优选实施例中，其分析由撞 击检测电路生成的撞击信号Si，并识别在活塞与汽缸盖之间是否发生撞击。控制电路还执行活塞工作控制例程，其中，其单独地基于位移信号SD的格式或 值，或与直线电动机的驱动信号数据或应用压缩机的冷却回路的数据相组合地识别活塞位 移幅度，并识别在活塞与盖之间是否发生撞击。通过将某一时刻的活塞位移数据与在微调 例程中计算的值相比较来执行对撞击发生的识别以防止与汽缸的碰撞。如在图3中可以看到的那样，为了执行活塞的控制和微调这些功能，控制电路至 少包括信号比较器，其被设计为将位移信号SD与在微调步骤中计算的此信号应采取的某 些参数的值相比较。因此，该比较器在一个输入端中接收位移信号SD并在另一输入端中接 收具有至少一个参数的参考值的信号REF，并生成指示位移信号在其可采取的值范围之内 还是之外的输出信号。参考信号优选地告知将在计算位移信号SD的导数时使用的参考电 压值。如图3中的方框图所示，比较器的输出信号被馈送到处理器。与撞击检测例程相关地执行此微调例程允许使用低精度位置和撞击传感器，因为 此低精度被由在有传感器和没有传感器的情况下检测撞击的这两种技术的组合使用提供 的增加的精度所抵消。所述处理器还接收关于压缩机本身和/或应用压缩机的设备的工作条件的数据。 这里，出于理解压缩机控制系统以及与压缩机相关联的设备的工作的目的，我们应认识到 压缩机被应用于冷却器的冷却回路。在这种情况下，控制电路的处理器可以从蒸发器、压力控制元件、冷凝器、温度传 感器或构成冷却器的冷却回路的任何其它元件接收数据。处理器接收到的数据包括例如冷 却回路的这些设备的输入电流、功率、馈电电压、功率因数和欧姆电阻、指示冷却环境的温 度的传感器信号等等。借助于这些信号，控制电路确定压缩机应进行工作的负荷和工作条件。如在图11至15的图表中看到的那样，此信息是重要的，因为事实上传感器信号根据压 缩机的负荷和工作条件(例如，蒸发器和冷凝器的温度)而显著改变。因此，根据本发明的 控制系统可以依照压缩机的工作条件来解释传感器的信号，并控制压缩机，以便其以与冷 却器所需的条件相关的方式进行工作，但在活塞与汽缸盖之间没有碰撞。在如WO 200571265中所讨论的使用传感器的本发明的实施例和图3所示的使用 在同一信号中发送关于活塞位置SD和活塞撞击SI的信息的PZT型传感器所示的方案中， PZT传感器信号应首先经过处理以单独地提取关于活塞的位置和撞击的信息，生成两个不 同的信号，每个仅包含一种类型的信息。为了执行此处理，可以使用两个滤波器，向其馈送PZT传感器信号。优选地，向对 例如从5至500Hz的频率范围内的信号进行滤波的带通滤波器施加PZT传感器信号。通过 带通滤波器被滤波的信号对应于活塞定位信号。同时还向对5KHz以上的频率范围内的信 号进行滤波的高通滤波器施加PZT传感器信号。通过高通滤波器被滤波的信号对应于活塞 撞击信号。活塞的位移信号SD随后被馈送到比较器，而撞击信号SI被直接馈送到处理器。诸如电压、电流和频率的关于位移SD和撞击SI信号的数据以及例如冷却器等应 用压缩机的设备的且被处理器获取的数据被控制电路优选地存储在电路的内部存储器中。 关于电动机的电压和工作频率的数据也被存储在图中未示出的此存储器中。本发明还公开了一种对直线压缩机进行微调和控制的方法，其可以在应用于冷却 器、空调装置、或有时应用于流体泵的压缩机中使用。根据下述方法，可以使用先前描述的 根据本发明的系统。此方法能够对直线压缩机的工作进行微调，以便其以其最大容量进行工作，活塞 在不与汽缸盖碰撞的情况下处于最大可能工作幅度。可以随时地执行微调，例如当在应用 压缩机的设备中检测到工作故障时，或者当其识别到压缩机在其最大容量下工作、或活塞 正在与汽缸碰撞时，或者每当压缩机或应用压缩机的设备被接通时。可以在预定义时间设 定周期性微调。按照位置检测电路的特性来设定此时间。在一般而言只有当在它们被制造时才考虑微调的现有工艺水平的压缩机中，这种 微调通常是不可能的。本发明的方法包括向直线压缩机施加驱动信号的第一步骤，其驱动压缩机中的在 汽缸内部往复地移动的活塞。电动机的驱动信号确定压缩机的活塞工作的速度和幅度，该 速度和幅度应根据压缩机的工作负荷、以及蒸发器和冷凝器的温度而变。测量直线电动机 的驱动信号的频率或周期和幅度的参数并优选地将其存储在存储器中。在启动之后不久，本发明的方法优选地执行压缩机的微调例程。主要执行压缩机 的微调例程以检测在什么活塞工作幅度下发生碰撞，保证压缩机将始终在安全条件下工 作，并避免碰撞，以及随后的设备磨损和声学噪声。通常，当压缩机被接通时执行此例程，但 是特别地，还可以在存在压缩机的工作和负荷条件变化时或为了校正系统中的不稳定性而 执行此例程。本发明的方法的此例程在图9中的流程图中示出。当执行微调例程时，例如，当压缩机设备被接通时，启动活塞的工作，活塞在其最 小工作幅度中运行。然后，如检测活塞与汽缸盖的撞击的步骤一样，执行测量活塞位移幅度 的步骤。可以由应用于活塞和汽缸组合并在存在活塞与汽缸盖的撞击时生成信号的撞击传感器来执行撞击检测步骤。当此传感器检测到活塞与汽缸盖的撞击时，所发送的撞击信 号SI从而采取指示撞击的格式。如果系统未稳定，则可以再次执行此撞击检测例程。根据本发明的优选实施例，借助于上述种类的感应传感器8来执行测量汽缸的工 作幅度的步骤，感应传感器8发出活塞的位移信号SD，位移信号SD的导数指示活塞位移幅 度。因此，在检测微调例程的活塞位移的此步骤中，在此信号的线性部分上计算位移信号SD 的导数。用“Slope”变量来表示此导数，其被存储在存储设备中。如果没有检测到活塞与汽缸盖的碰撞，则以少量逐渐地增加施加于直线电动机的 驱动信号的电压，引起工作幅度或活塞位移冲程的相应增加。对于驱动信号的每次增压而 言，执行检测活塞的撞击并测量其工作幅度的步骤。可以执行检测活塞的撞击并测量其工作幅度，优选地，压缩机的每个工作周期一 次。可以及时地存储每个周期中的驱动信号的电压和频率。只要没有检测到活塞与汽缸盖之间的撞击，则连续地执行测量活塞位移幅度并检 测撞击的步骤，后面是驱动信号的电压的微小增加。当检测到活塞与压缩机的撞击时，则略微减小电动机的驱动信号的电压。可以将 驱动信号的此新电压值记录为驱动信号的新最大电压值，并记录由活塞实现的位移幅度的 值作为最大位移冲程值。另外，对应于发生撞击时的信号SD的导数的“Slope”变量的最后一个值归于 “SLOPEmin”变量，其识别发生撞击时的信号SD的导数值。如前所述，活塞在汽缸内部的位 移取决于此驱动信号的周期和功率参数。发生撞击的时刻的直线电动机的驱动信号的周期或频率和功率也是已知的。将这 些值应用于以下等式I，该等式I将位移信号SD的斜率与驱动信号的频率和周期相关联，并 计算称为Offsetjiiax的参数SLOPE min = Klx Period+K2x Power-Offset_max ( ^ ζ I)如前所述，直线电动机的驱动信号的周期和功率值根据诸如蒸发器和冷凝器的温 度等压缩机工作条件而改变。因此，在等式I中，必须调整周期和功率值以校正传感器信号 的失真，这通过将周期和功率与各角系数Kl和K2相乘来完成，系数Kl和K2是在设计阶段 用传感器测试获得的实验常数。在驱动信号的那些功率和周期条件下，“Offset”变量是传 感器的微调参数，其与在活塞与汽缸之间发生撞击时的信号SD的斜率成比例。通过将已知 的值应用于等式I，获得Offsetjiiax值，其将在压缩机的主例程中用来防止撞击。在没有应 用任何安全距离以避免活塞与汽缸碰撞的情况下，0ffset_max值对应于Offset参数可以 采取的最大值。在图10所示的本发明的替换实施例中，可接连地执行此微调例程至少三次，以便 获得根据其它变量读数计算的Offset的至少三个不同的值(0ffsetl、0ffset2、0ffset3)。 然后，计算所测量的三个Offset值的平均值Offsetjnedio，并计算平均值Offsetjnedio与 OffsetU 0ffset2和0ffset3之间的每个计算值之间的差，由此获得对应于这些差中的每 一个的模数(module)的值ΔΙ、Δ2、Δ3。将值ΔΙ、Δ2和Δ 3与极限值L相比较。如果 值ΔΙ、Δ2、Δ 3没有一个大于L，则成功地结束微调。如果值ΔΙ、Δ2、Δ 3中的任何一个 大于L，则重新开始压缩机的微调，并再次计算三个不同的Offsetjiiax值。用于对0ffset_ max值进行微调的参数L是在根据本发明的方法的设计阶段中确定的值。
在本发明的实施例中，可以将由上述方法计算的Offsetjiiax值直接应用于活塞 工作控制例程而不需要附加微调。根据本发明的另一实施例，在根据图9和10所示的任何形式定义Offsetjiiax值 之后，计算最终Offset值，用安全距离对其进行微调以避免与汽缸盖的撞击。将通过应用 Slopejnin、用来计算Offsetjiiax的驱动信号的周期和功率、以及已知Kl和K2参数的测量 值的以下公式II来计算此最终Offset值 Offset = KlxPeriod+K2xPower-Slope_min- Δ safety (等式 II)Δ Safety变量对应于同样在实验室中定义的安全距离，应从活塞工作幅度中减去 此安全距离以防止活塞与汽缸盖碰撞。应将此最终Offset值用于压缩机的正常运行期间 的活塞工作控制，目的是避免活塞与汽缸盖之间的撞击。在计算用安全距离进行微调的Offset值和位移信号SD的斜率值Slopejnin之 后，关掉微调例程，并且压缩机开始正常工作，由执行压缩机控制的本发明的方法的步骤来 进行控制以便其安全地操作，不发生碰撞，和/或具有期望的工作负荷，避免功率浪费。包 括微调例程和活塞工作控制例程的根据本发明的完整方法在与图9组合的图8中示出。在关掉微调例程之后，活塞工作控制例程开始，其也称为位移信号SD的Slope控 制例程。在此例程中，在压缩机处于工作状态的同时周期性地测量位移信号SD的Slope值， 和驱动信号的功率和周期值，优选地压缩机的每个周期一次，或者以更大的间隔。将该周期 和功率值应用于以下等式III，其类似于等式I，但已使用用安全举例Δ Safety进行微调的 Offset 值。SL0PE_1 im = KlxPeriod+K2xPower-0ffset (等式 III)此等式用来计算在本文中称为SL0PE_lim的Slope极限值，其为信号SD的斜率或 Slope可以采取的值的下限，保证在压缩机的那些工作条件下将不存在碰撞。接下来，将在本文中称为Slopejiieasured的斜率的测量值与所计算的极限值 SL0PE_lim相比较。如果Slope_measured大于SL0PE_lim，则压缩机仍在其防撞击安全裕 度内或者以必要幅度以下的幅度工作，以便压缩机以所请求的负荷工作。然后，可以略微增 大直线电动机的驱动信号的功率或电压。作为驱动信号的此功率增大的结果，再次进行检 查以借助于以针对着在微调例程期间执行的撞击检测步骤所述相同的方式执行的撞击检 测步骤来了解在活塞与汽缸之间是否发生撞击。连续地执行增加功率和检测撞击的这些步骤，直至检测到撞击为止。当检测到撞 击时，随后再次执行微调例程，以便计算新的微调Offset值。在未示出的本发明的替换实施例中，在活塞工作控制例程期间，当在撞击检测步 骤中没有检测到活塞与汽缸的撞击时，可以执行步骤以检查系统具有优于极限计算SL0PE_ Iim的斜率Slopejiieasured的测量值的时间是否大于例如一小时的特定时间段。如果不是 这样，则继续相同的活塞工作控制例程。另一方面，如果此工作时间超过1小时，则再次执行微调例程以计算新的微调 Offset 值。返回压缩机控制，如果位移信号SD的斜率Slopejiieasured的测量值大于或等于 极限计算SL0PE_lim，则压缩机以大于被视为安全的幅度的工作幅度工作，并冒着与汽缸盖 碰撞的危险。因此，可以略微地减小直线电动机的驱动信号的功率或电压，以便压缩机在安全工作幅度内重新开始工作。然后，作为驱动信号的此功率变化的结果，根据本发明的方法 再次移到检验在活塞与汽缸之间是否发生撞击的步骤。如果发生撞击，则返回微调例程。如 果不存在撞击，则返回测量驱动信号的功率和周期、以及位移信号SD的斜率以计算SL0PE_ Iim值的步骤，并继续执行压缩机控制例程的连续步骤。通过与微调例程相关联地执行压缩机控制例程，显著地降低活塞与汽缸盖的碰撞 频率。然而，同时，控制活塞以到达非常接近于汽缸盖的位置，使其工作幅度以及压缩机的 性能最大化。由于直线电动机的驱动信号的电压的增大和减小处于高度减小的量，这允许 进行在压缩机以其最大容量工作时进行其精确微调，在活塞与汽缸之间有显著减小的安全 距离。图7示出由用于检测活塞位置的电路生成的位移信号SD以及压缩机的电流信号 IC、和比较器信号SC的行为，比较器信号SC指示活塞已到达其位移冲程中的最大位置。此 后一个信号SC在比较器的输出端处生成，该比较器将位移信号SD的Slopejiieasured与极 限计算SL0PE_lim相比较。请注意，比较器的信号SC形成矩形脉冲，该矩形脉冲具有等于其中位移信号SD大 于Vref、亦即活塞接近于其在位移冲程上的最大位置时的时间间隔的长度。比较器的信号 SC具有方波的形状，脉冲表示活塞到达其位移冲程中的最大位置的时刻。观察比较器的电 流信号Ic的行为，应注意的是在位移信号SD采取其最大和最小值的时刻，Ic = 0。图11至15所述的图表示出位移信号SD的斜率值、以及驱动信号的频率和功率如 何根据压缩机的工作条件而变。图11示出压缩机的各种工作条件下的撞击极限处的位移信号SD的斜率的值(相 当于微调例程中的Slopejiieasured变量)。纵坐标轴示出冷凝器的温度，并且图表所示的 每条线示出用于蒸发器的某一温度的Slopejiieasured值。图12的图表示出针对冷凝器和蒸发器的不同温度条件，驱动信号的功率在撞击 时刻如何改变。图13的图表使撞击时刻的驱动信号的频率与冷凝器和蒸发器的不同温度 条件相关联。图表11至13表明驱动信号的频率和功率的参数以及位移信号的斜率值根 据压缩机的工作条件而显著变化，并且这是为什么在计算Offset值时必须将其考虑在内 的原因，Offset值是为了使所有这些变量相关联以防止活塞1与汽缸盖的撞击而创建的参 数。图14示出在蒸发器的不同温度条件下使活塞的最大位移与位移信号SD的相应测 量Slope值相关联的图表。纵坐标轴开始以负值出现，因为此图表中的值0对应于阀板位 置。从此图表可以注意到对于蒸发器的该温度条件而言，随着活塞位移幅度的增大，亦即活 塞越接近阀板，信号SD的斜率值减小。图15的图表示出仅在位移信号SD和驱动信号的周期之间的相关性，亦即不使驱 动信号的功率偏移。此图表示出对应于理论值SL0PE_lim和用于蒸发器的三种不同温度条 件的撞击时刻的Slopejiieasured值的线。此图表的结果显示只要使用周期偏移，压缩机将 距离理论极限SL0PE_lim相当远地工作，因为Slope_measured值距离对应于SL0PE_lim的 直线相当远，主要是在蒸发器的温度-18°C和-25°C的情况下。理想地，压缩机应尽可能接 近极限地工作，因为否则将必须使压缩机尺寸过大以便以相同的容量工作。当压缩机接近 于其极限工作时，这意味着其在优化模式下工作，从压缩机提取最大容量。
理论极限SL0PE_lim的直线之上的区域对应于安全工作区，亦即，当Slope_ measured值在此区域内时，其是安全的，将不发生撞击。在某些情况下，系统可以以在安全 工作区之外的Slopejiieasured工作，并且仍然不存在撞击，因为撞击的发生取决于其它参 数。因此，仅使用周期偏移保证安全工作区，但是在某些条件下，将存在压缩机的尺寸过大， 并且在其它条件下，其应非常接近防撞击安全极限。在将以可能的其最优化方式来使用压 缩机的理想情况下，所有Slopejiieasured曲线相互重叠并在SL0PE_lim理论极限的曲线 上。如果加上另一偏移项、亦即功率，这是可能的。基于本文所阐述的本发明的说明，显而易见的是有和没有传感器的微调技术和活 塞位移控制技术的组合与在当前工艺水平中引用的那些相比为压缩机提供更准确和高效 的性能。此关联在某些优选情况下还允许使用较不精确的传感器，更简单且更便宜，其不需 要执行活塞与汽缸盖之间的距离的直接测量和物理读取，而是借助于电磁感应进行间接测 量。这还降低对传感器造成损坏的可能性，因为其易遭受活塞与汽缸盖之间的碰撞。即使 如此，如果传感器测量精度相对于直接测量距离的那些而言较差，则此降低的性能被与没 有传感器且基于压缩机的其它电信号的微调和控制技术的关联所抵消。本发明的系统和方法还可以用来控制活塞和汽缸组合以避免活塞与设置在与汽 缸盖相对的末端处的任何部分的撞击。在这种情况下，撞击检测电路应被配置为检测冲程 的终点和在与汽缸盖相对的一侧的活塞的撞击。可以保持系统的其它特性并仅仅使其适合 于撞击检测电路和位置检测电路的布置的此微小改变。在另一替换实施例中，可以将本发 明的系统和方法配置为同时避免活塞位移冲程的两端处的撞击。此任务可以通过两个不同 的撞击检测和位置检测电路、被设计为监视活塞冲程的终点的每对电路、或者还借助于能 够同时检测撞击并测量两端处的活塞位移的位置的单个撞击检测电路和单个位置检测电 路来实现。已经描述了优选实施例的示例，必须理解的是本发明的范围包括其它潜在变更， 并且仅仅由随附权利要求的内容进行限制，其它可能的等价物被包括在其中。
权利要求
一种用于控制直线压缩机的系统，包括直线电动机，驱动活塞(1)在汽缸(2)内部的往复运动；位置检测电路，生成指示活塞位移幅度的位移信号(SD)；撞击检测电路，生成指示活塞(1)与汽缸盖的撞击发生的撞击信号(SI)；控制电路，在直线电动机上施加可变驱动信号，所述系统的特征在于所述控制电路接收位移信号(SD)和撞击信号(SI)，并基于这些信号和驱动信号来计算用于位移信号(SD)的至少防止撞击极限参数，其与撞击时刻的位移信号(SD)的变化成比例，基于此参数来定义防撞击安全工作区，所述控制电路将响应于驱动信号而生成的位移信号(SD)与防止撞击极限参数相比较，并基于比较的结果来调整电动机的驱动信号。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于位移信号(SD)的控制参数是来自位移信号 (SD)的导数值或变化值。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于用以下等式来计算所述防止撞击极限参数SLOPEmin = Klx Period+K2x Power-Offset—max 其中Slopejnin是撞击时刻的位移信号(SD)的变化值；Kl和K2分别是驱动信号的周期和功率偏移常数；Period和Power是撞击时刻的驱动信号的周期和功率值；以及Offset_max是防止撞击极限参数。
4.如权利要求1至3的任一项所述的系统，其特征在于用于活塞的位移信号(SD)的防 止撞击极限参数确定在没有活塞与汽缸盖之间的撞击的情况下活塞的最大位移幅度的极 限。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的系统，其特征在于所述控制电路包括-数据处理器，处理位移信号(SD)、撞击信号(Si)和驱动信号，并计算防止撞击极限参 数，以及-比较器，将防止撞击极限参数与位移信号(SD)相比较并发出指示位移信号(SD)是否 在防撞击安全工作区内的信号。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的系统，其特征在于所述控制电路接收指示压缩 机的工作条件的信号并基于压缩机的这些工作条件信号来计算电动机的新驱动信号。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的系统，其特征在于被应用于冷却系统，其中，所 述控制电路接收指示冷却系统的工作条件的信号并还基于这些冷却系统信号来计算电动 机的新驱动信号。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的系统，其特征在于通过将分量ASafety加到 Offset_max值来计算防止撞击极限参数Offset，所述分量Δ Safety是对应于活塞的最大 位移幅度与汽缸盖之间的安全距离的常数。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的系统，其特征在于使用在三个不同时间计算的 防止撞击极限参数的至少三个值的算术平均来计算所述防止撞击极限参数。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的系统，其特征在于活塞的位置检测电路和撞击检测电路被集成在同一传感器电路中。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的系统，其特征在于所述控制电路包括存储位 移信号(SD)和撞击信号(Si)及驱动信号的至少一些参数、和由所述控制电路计算的参数 值的存储器。
12.如权利要求1至11中的任一项所述的系统，其特征在于所述控制电路在比较的结 果显示位移信号(SD)在防撞击安全工作区内的情况下增大电动机的驱动信号，并在比较 的结果显示位移信号(SD)在防撞击安全工作区之外的情况下减小电动机的驱动信号。
13.—种控制直线压缩机的方法，所述直线压缩机具有由直线电动机驱动并在汽缸 (2)内移位的活塞(1)、发出指示活塞在汽缸内部的位移的信号(SD)的位置检测电路、以及 发出指示活塞与汽缸盖的撞击的信号(Si)的活塞与汽缸盖的撞击检测电路，该方法包括步骤(a)对直线压缩机执行微调例程，包括 -检测活塞(1)与汽缸盖的撞击；-测量活塞与汽缸盖之间的撞击时刻的驱动信号； -测量活塞与汽缸盖之间的撞击时刻的位移信号(SD)； 其特征在于还包括以下步骤_基于活塞与汽缸盖撞击时的驱动信号和位移信号(SD)的测量来计算防止撞击极限 参数，其中，所述防止撞击极限参数与撞击时刻的位移信号(SD)的变化成比例；(b)对直线压缩机执行控制例程包括步骤 -测量驱动信号和位移信号(SD)；-根据在微调例程中测量的驱动信号和计算的防止撞击极限参数，计算位移信号(SD) 的控制参数在活塞与汽缸盖之间没有撞击的情况下可能采取的极限值，并确定用于位移信 号(SD)的控制参数的防撞击安全工作区；-将位移信号(SD)的参数的测量值与位移信号(SD)的控制参数的所计算的极限值相 比较；-如果位移信号(SD)的控制参数的测量值在防撞击安全工作区内，则改变驱动信号以 提高直线压缩机的效率；-如果位移信号(SD)的控制参数的测量值在防撞击安全工作区之外，则改变驱动信号 以降低直线压缩机的效率，-通过分析撞击信号(Si)来检测活塞与汽缸盖的撞击的发生，并且如果未发生撞击， 则执行微调例程以重新计算防撞击微调变量，如果未发生撞击，则执行控制例程。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于位移信号(SD)的控制参数是来自位移信号 (SD)的导数值或变化值。
15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于用以下等式来计算所述防止撞击极限参数SLOPEmin = Klx Period+K2x Power-Offset max 其中Slope_min是撞击时刻的来自位移信号(SD)的导数值或变化值； Kl和K2分别是驱动信号的周期和功率偏移常数；Period和Power是撞击时刻的驱动信号的周期和功率值；以及Offset_max是防止撞击极限参数。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于通过将分量ΔSafety加到Offsetjnax值 来计算Offset防止撞击极限参数，所述分量Δ Safety是对应于活塞的最大位移幅度与汽 缸盖之间的安全距离的常数。
17.如权利要求14至16所述的方法，其特征在于_计算位移信号(SD)的控制参数在活塞与汽缸盖之间没有撞击的情况下可能采取的 极限值的步骤包括通过以下等式来计算位移信号(SD)的导数SL0PE_limSL0PE_lim = KlxPeriod+K2xPower-0ffset (等式 III)-将位移信号(SD)的控制参数的测量值与位移信号(SD)的控制参数的计算极限值相 比较的步骤包括将位移信号(SD)的导数的Slopejneasured测量值与所计算的SL0PE_lim 值相比较；-改变驱动信号以提高直线压缩机的效率的步骤包括增大驱动信号的电压；以及-改变驱动信号以降低直线压缩机的效率的步骤包括减小驱动信号的电压。
18.如权利要求13至17所述的方法，其特征在于还包括获取在改变驱动信号的步骤中 考虑的指示压缩机工作条件的信号的步骤。
19.如权利要求13至18中的任一项所述的方法，其特征在于包括存储由控制电路生成 的信号的值、馈送给控制电路的信号的值和由控制电路计算的参数的值中的至少一些的步 马聚ο
20.如权利要求14至19中的任一项所述的方法，其特征在于在位移信号(SD)的幅度 在预定参考值与零之间改变的时间间隔中测量位移信号(SD)的变化。
21.如权利要求13至20中的任一项所述的方法，其特征在于使用在三个不同时间计算 的防止撞击极限参数的至少三个值的算术平均来计算所述防止撞击极限参数。
22.一种用于控制直线压缩机的系统，其特征在于包括用于基于活塞(1)在压缩机的 汽缸⑵内部的位移信号(SD)和活塞⑴与汽缸盖(2)的撞击信号(Si)来控制直线压缩 机的工作的装置，所述用于控制直线压缩机的工作的装置基于位移(SD)和撞击(Si)信号 来计算用于位移信号(SD)的至少防止撞击极限参数，其与撞击时刻的位移信号(SD)的变 化成比例，基于此参数来定义直线压缩机的防撞击安全工作区。
23.如权利要求22所述的用于控制直线压缩机的系统，其特征在于用于控制直线压缩 机的工作的装置将响应于驱动信号生成的位移信号(SD)与防止撞击极限参数相比较，并 基于比较的结果来调整电动机的驱动信号。
24.如权利要求22或23所述的用于控制直线压缩机的系统，其特征在于位移信号 (SD)的控制参数是来自位移信号(SD)的导数值或变化值。
25.一种用于控制直线压缩机的方法，其特征在于基于活塞(1)在压缩机的汽缸(2)内 部的位移信号(SD)和活塞(1)与汽缸(2)内部的汽缸盖的撞击信号(Si)并在直线压缩机 的工作控制期间控制直线压缩机的工作，该方法包括步骤基于位移(SD)和撞击(Si)信号 来计算用于位移信号(SD)的至少防止撞击极限参数，其与撞击时刻的位移信号(SD)的变 化成比例，并基于此参数来定义防撞击安全工作区。
26.如权利要求25所述的控制直线压缩机的方法，其特征在于包括步骤将响应于驱动信号生成的位移信号(SD)与防止撞击极限参数相比较，并基于比较的结果来调整电动 机的驱动信号。
27.如权利要求25或26所述的控制直线压缩机的系统，其特征在于位移信号(SD)的 控制参数是来自位移信号(SD)的导数值或变化值。
全文摘要
本发明涉及控制直线压缩机(10)的系统和方法，其能够在必要时在压缩机的整个工作周期内对压缩机进行微调，以便所述压缩机以最大容量进行工作，其中，活塞(1)实现最大位移幅度，在不与汽缸盖碰撞的情况下紧密地接近汽缸盖(2)。根据本发明的系统和方法还意图在直线压缩机的整个工作周期中控制其操作，还设法使其性能最大化并减少或优化其功率消耗。根据本发明，借助于用于在没有传感器的情况下控制压缩机的技术与用于借助于传感器来控制压缩机的技术的组合来执行直线压缩机的工作的微调和控制。
文档编号F04B49/06GK101952593SQ200980106109
公开日2011年1月19日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年2月22日
发明者D·埃里希伯恩哈德利利, M·克尼斯, N·F·费赖拉, P·S·戴恩茨 申请人:惠而浦股份公司