热泵空调系统多元控制方法设计研究
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摘要
变频空调系统具有连续调节制冷剂流量的特性,从而使系统在各工况下均可优化运行,显著提高季节性能比,故其控制方法的研究一直是国内外制冷界研究的热点。
以往的制冷系统的调节目标，或以过热度为目标对蒸发器进行流量调节，以使蒸发器的利用率提高，或以回风温度为目标对压缩机进行变频调节，以实现能量的连续调节，减小开停损失。而制冷系统各部件之间及与外部环境、制冷负荷之间存在着非常复杂的耦合关系。这样势必难以保证整个制冷系统始终运行在最佳的控制状态,也使得变频空调在高效、节能方面难以充分发挥,有待于采取优化控制策略进一步完善运行.对空调系统的压缩机转速、膨胀阀开度以及室内、外风机转速等实施综合控制的方法有待于进一步研究。
本文设计了一种变频空调的综合控制系统，包括控制系统结构的设计及硬件和软件的设计。为提高控制系统的抗干扰性，应用硬件抗干扰技术与软件抗干扰技术相结合的方法，采取有效的抗干扰措施。
本文所设计的空调控制系统，综合考虑了热泵机组各设备的运行状况，运用了变频技术、可控硅调速技术、模糊逻辑控制、计算机通信等于一体，为智能空调控制系统的开发奠定一定的基础，也为家用变频空调的节能控制的实现提供一种有效途径。
Frequency conversion air condition system characters continuous regulating refrigerant volume, Consequently air condition system can be optimized to run in various work condition, and season energy effect ratio (SEER) is enhanced obviously, therefore its control method is a research hotspot in refrigeration field.
Currently regulating aim of refrigeration system is either to improve efficiency by controlling the superheat temperature of evaporator or to decrease the loss of on-off operation of compressor by frequency conversion ．Nevertheless the relation of different parts of the system is complicated and interactional， Thereby it is difficult to insure that the whole system run in the best control state and to bring out high efficiency and energy saving adequately. So it is necessary to further investigate the output capacity of compressor, opening of Electric expansion valve and speed of indoor and outdoor fan motor, which can systematically improve the efficiency of performance.
The paper designs a synthetical control system for frequency conversion air condition, includes design of control system framework design, hardware design and software design, adopts effectual anti-jamming measures with both hardware and software to improve anti-jamming of control system.
In the design considers synthetically running condition of each equipment of heat hump air conditioner, by using frequency inversion, thyristor regulation, fuzzy logic control, computer communications etc, lay the certain foundation for exploitation of control system with artificial intelligence, and also provide a kind of valuable approach for energy saving control of home frequency conversion air conditioner.
以往的制冷系统的调节目标，或以过热度为目标对蒸发器进行流量调节，以使蒸发器的利用率提高，或以回风温度为目标对压缩机进行变频调节，以实现能量的连续调节，减小开停损失。而制冷系统各部件之间及与外部环境、制冷负荷之间存在着非常复杂的耦合关系。这样势必难以保证整个制冷系统始终运行在最佳的控制状态,也使得变频空调在高效、节能方面难以充分发挥,有待于采取优化控制策略进一步完善运行.对空调系统的压缩机转速、膨胀阀开度以及室内、外风机转速等实施综合控制的方法有待于进一步研究。
本文设计了一种变频空调的综合控制系统，包括控制系统结构的设计及硬件和软件的设计。为提高控制系统的抗干扰性，应用硬件抗干扰技术与软件抗干扰技术相结合的方法，采取有效的抗干扰措施。
本文所设计的空调控制系统，综合考虑了热泵机组各设备的运行状况，运用了变频技术、可控硅调速技术、模糊逻辑控制、计算机通信等于一体，为智能空调控制系统的开发奠定一定的基础，也为家用变频空调的节能控制的实现提供一种有效途径。
Frequency conversion air condition system characters continuous regulating refrigerant volume, Consequently air condition system can be optimized to run in various work condition, and season energy effect ratio (SEER) is enhanced obviously, therefore its control method is a research hotspot in refrigeration field.
Currently regulating aim of refrigeration system is either to improve efficiency by controlling the superheat temperature of evaporator or to decrease the loss of on-off operation of compressor by frequency conversion ．Nevertheless the relation of different parts of the system is complicated and interactional， Thereby it is difficult to insure that the whole system run in the best control state and to bring out high efficiency and energy saving adequately. So it is necessary to further investigate the output capacity of compressor, opening of Electric expansion valve and speed of indoor and outdoor fan motor, which can systematically improve the efficiency of performance.
The paper designs a synthetical control system for frequency conversion air condition, includes design of control system framework design, hardware design and software design, adopts effectual anti-jamming measures with both hardware and software to improve anti-jamming of control system.
In the design considers synthetically running condition of each equipment of heat hump air conditioner, by using frequency inversion, thyristor regulation, fuzzy logic control, computer communications etc, lay the certain foundation for exploitation of control system with artificial intelligence, and also provide a kind of valuable approach for energy saving control of home frequency conversion air conditioner.
引文
[1] 石文星，变制冷剂流量空调系统及其控制策略研究[D]。北京：清华大学
建筑技术科学系，2000。
[2] 彦启森，李先庭，石文星，小型变容量空调系统控制技术在日本的研究
进展[J]。家用电器科技，2000，（9）：55～58。
[3] T. Q. Qureshi, S. A. Tassou. Variable-speed Capacity Controls in Refrigeration System [J]. Applied Thermal Engineering, 1996, 16 (2) : 103～113。
[4] 吴爱国，高德云。 “VAV空调系统的智能控制”《制冷学报》，1999年
第一期11~16。
[5] 王军等 。“变频技术在空调器节能中的应用”，《节能技术》2003年5
月第3期。
[6] 陈向阳。“变风量空调系统的自动控制”，《暖通空调》，1997年第3期
[7] 霍小平。“变风量系统的概念、分类和应用实例”，《暖通空调》，1997第5期。
[8] 孙宁等。“变风量空调系统设计浅谈”，《暖通空调》，1997年第5期。
[9] 荒野吉吉也，空调环境技术展望，三菱电机报，Vol.66,No.4, 1992。
[10] International Organization For Standization ISO Standard
7730,Moderate thermal environments and specification of conditions for thermal comfort.Geneva.1984。
[11] International Organization For Standardization, ISO standard 7730.Moderate thermal environments-Determination of the PMV and PPD Indices and specification of conditions for thermal comfort Geneva,1994。
[12] Sunal Funakoshi, Kszuya Matsuo. PMV-based air-condition control system. ASHRAE Trans.1995。
[13] Yasuda, Hiromu; Nakayama, Susumu; Hibino, Yozo; Tanaka, Keiji.
Modeling of refrigeration cycle dynamics for air conditioner. Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu, C Hen/Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part C, v 60, n 573, May, 1994, p 1589-1596。
[14] Albert T P SO, Wai L Chan, Tin T Chow, W L Tse. A Neural-Network-Based Identifier Controller for Modern HVAC Control[J].ASHRAE trains.1995,101(2)14～31。
[15] Huang S, Nelson R M. Rule development and adjustment strategies of a fuzzy logic controller for an HVAC system ASHRAW Trans.1994:100.Part1。
[16] Ansteet M, Kreider J F. Application of neural networking models to predict energy use. ASHRAE Trans.1993:99,part1。
[17] Kreider J F, Wang X A. Artificial neural net-works demonstration for automated generation of energy use predictor for commercial building, ASHRAE Trans.1991:97, Part1。
[18] Darrell D Massie,Peter S Curtiss, Jan F Kreider. Predicting central plant HVAC equipment performance using neural networks-laboratory system test results. In: ASHRAE Trans,1998,104(1):221-228。
[19] Curtiss P S,Kreider J F, and Brandemuchl M J. Adaptive control of HVAC processes using predictive neural networks. ASHRAE Trans 1993;99,PART1。
[20] Curtiss P S, Brandemuchl M J, Kreider J F. Energy management in central HVAC plants using neural networks, ASHRAE Ttrans.1994;100,part1。
[21] 张锦[17]荣 。“家用空调变频模糊控制器的设计”《电工技术杂志》2003年第1期。
[22] 朱旭峰 。“变频控制技术在制冷系统中的应用”《信息导报》，2002年第8期。
[23] 赵文敏，黄国辉。“电子膨胀阀在智能化模糊变频空调器中的控制”，
《流体机械》，2000（7）。
[24] 陈文勇 ,陈芝久 。“制冷系统启动过程电子膨胀阀的控制”，《上海交
通大学学报》,2002年第 36卷第 2期。
[25] 张良杰，王普，李衍达.基于神经网络与模糊逻辑控制技术的舒逸智能空调控制器，《制冷学报》，1994年第3期。
[26] 陈康，陈天殷。“变频模糊控制技术应用于分体式空调器”，《机电工程》
1994年第4期。
[27] 朱瑞琪、孙毅刚、刘君华。制冷空调设备的变频能量调节，《流体工程》，
1991年第二期。
[28] 李家朋，郑存义。“新型变频空调器的研究和试验”，《制冷学报》1993第二期。
[29] 孙越，王艳。 “一种变频空调控制单元”，《信息技术》2002年第3期.
26~27。
[30] 王铁军，朱程辉。“变频空调器控制系统设计”，《安徽工学院学报》，1996，
15（4）：23~26。
[31] 洪祖德。“分体式空调机单片机控制器的实现”《电子与自动化》1997。
年第1期；22~25。
[32] 王红 。“单片机在空调器中的应用” ，《计算机及其应用》。
[33] 高鹏翔。“智能家用空调器的设计与实现”，《微机发展》，1995第6期。
[34] 利云飞。“空气源热泵型空调系统设计及工程实例分析”，《制冷学报》2003年9月第三期。
[35] 张辉等。《MOTOROLA单片机应用技术》，北京航空航天出版社，1999年4月。
[36] 刚塞兵。《M68HC05原理与应用大全》，北京理工大学出版社，1994。6。
[37] 中国电子协会。《传感器和执行器大全》，北京-北京电子工业出版社2002。
[38] MCB-II单元组合式风冷热泵机组控制系统用户使用技术手册，2001版。
[39] Yarnazaki K, Sotome K, Yoshikawa T, et al. Air conditioning system and operating method[P] . Euro-pean Patent, Application, 0282772A2. 1988.
[40] Lutzenhiser, Loren. Alternative patterns of room air-conditioners use Energyand Buildings, v 18, n 3-4, 1992, p 193-200
[41] 先锋工作室。《单片机程序设计实例》，北京-清华大学出版社，2003。
[42] 余永全，曾碧。《单片机模糊逻辑控制》，北京-北京航空航天出版社，1995。
[43] 张再兴，灯志车。智能控制理论与技术。北京清华大学出版社，1997。
[44] Kawai, TsuyoshiOgawa, Atsushi; Ozawa, Yoshio; Osumi, Ryouichi; Mori. Fuzzy refrigerant flow controller for package air conditioners adaptable to
setting environments. Takehiro JSME International Journal, Series C, v 42, n 4, Dec, 1999, p 898-906.
[45] 唐承志。“隶属度函数对蒸发器过热度模糊控制的影响及基于遗传算的控制算法优化”，西安交通大学能源与动力工程学院，2001。
[46] Linkene D A, Nyongea H O. Genetic algorilbme for fuzzy control, part1. office system development and application. IEE Proc Control Tbeory April,1995, 142(3).161-185.
[47] 陈曦，李炜。“制冷空调系统的模糊控制实现”，《电子技术应用》，2000
年第11期。
[48] 陈光东 ，陈淼波。“空调器变频调速的运行研究”，《电工电能新技术》。
[49] Lord R G. Method and apparatus for controlling a refrigerant
expansion valve in a refrigeration system [P]. U S P: 452-435. 1985- 01- 18.
[50] A1-Rabghi, omar M. A survey of energy efficient strategies for effective
air condition, Energy Conversion and Management, v 45, n 11-12, July,
2004, p 1643-1654.
[51] 汪胜聪,滕勤,左承基。“综述单片机控制系统的抗干扰设计”，《现代电子技术》2003年第1期。
[52] 张捍东，“微机控制系统的抗干扰设计第5讲 总体考虑”，《冶金自动化》，1997年第3期
[53] 张捍东，刘丽萍，何喜元。“微机控制系统的抗干扰设计第3讲 电源设计原则”，《冶金自动化》，1996年第6期 。
[54] 张捍东，熊渝。“微机控制系统的抗干扰设计第2讲 传输线抗干扰”《机电工程》1994第1期。
[55] 张捍东，熊渝。“微机控制系统的抗干扰设计第1讲 接地干扰”，《冶金自动化》1996第5期。
[56] 张捍东，刘丽萍。“微机控制系统的抗干扰设计第4讲 软件抗干扰”，《冶金自动化》，1997年第2期。
建筑技术科学系，2000。
[2] 彦启森，李先庭，石文星，小型变容量空调系统控制技术在日本的研究
进展[J]。家用电器科技，2000，（9）：55～58。
[3] T. Q. Qureshi, S. A. Tassou. Variable-speed Capacity Controls in Refrigeration System [J]. Applied Thermal Engineering, 1996, 16 (2) : 103～113。
[4] 吴爱国，高德云。 “VAV空调系统的智能控制”《制冷学报》，1999年
第一期11~16。
[5] 王军等 。“变频技术在空调器节能中的应用”，《节能技术》2003年5
月第3期。
[6] 陈向阳。“变风量空调系统的自动控制”，《暖通空调》，1997年第3期
[7] 霍小平。“变风量系统的概念、分类和应用实例”，《暖通空调》，1997第5期。
[8] 孙宁等。“变风量空调系统设计浅谈”，《暖通空调》，1997年第5期。
[9] 荒野吉吉也，空调环境技术展望，三菱电机报，Vol.66,No.4, 1992。
[10] International Organization For Standization ISO Standard
7730,Moderate thermal environments and specification of conditions for thermal comfort.Geneva.1984。
[11] International Organization For Standardization, ISO standard 7730.Moderate thermal environments-Determination of the PMV and PPD Indices and specification of conditions for thermal comfort Geneva,1994。
[12] Sunal Funakoshi, Kszuya Matsuo. PMV-based air-condition control system. ASHRAE Trans.1995。
[13] Yasuda, Hiromu; Nakayama, Susumu; Hibino, Yozo; Tanaka, Keiji.
Modeling of refrigeration cycle dynamics for air conditioner. Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu, C Hen/Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part C, v 60, n 573, May, 1994, p 1589-1596。
[14] Albert T P SO, Wai L Chan, Tin T Chow, W L Tse. A Neural-Network-Based Identifier Controller for Modern HVAC Control[J].ASHRAE trains.1995,101(2)14～31。
[15] Huang S, Nelson R M. Rule development and adjustment strategies of a fuzzy logic controller for an HVAC system ASHRAW Trans.1994:100.Part1。
[16] Ansteet M, Kreider J F. Application of neural networking models to predict energy use. ASHRAE Trans.1993:99,part1。
[17] Kreider J F, Wang X A. Artificial neural net-works demonstration for automated generation of energy use predictor for commercial building, ASHRAE Trans.1991:97, Part1。
[18] Darrell D Massie,Peter S Curtiss, Jan F Kreider. Predicting central plant HVAC equipment performance using neural networks-laboratory system test results. In: ASHRAE Trans,1998,104(1):221-228。
[19] Curtiss P S,Kreider J F, and Brandemuchl M J. Adaptive control of HVAC processes using predictive neural networks. ASHRAE Trans 1993;99,PART1。
[20] Curtiss P S, Brandemuchl M J, Kreider J F. Energy management in central HVAC plants using neural networks, ASHRAE Ttrans.1994;100,part1。
[21] 张锦[17]荣 。“家用空调变频模糊控制器的设计”《电工技术杂志》2003年第1期。
[22] 朱旭峰 。“变频控制技术在制冷系统中的应用”《信息导报》，2002年第8期。
[23] 赵文敏，黄国辉。“电子膨胀阀在智能化模糊变频空调器中的控制”，
《流体机械》，2000（7）。
[24] 陈文勇 ,陈芝久 。“制冷系统启动过程电子膨胀阀的控制”，《上海交
通大学学报》,2002年第 36卷第 2期。
[25] 张良杰，王普，李衍达.基于神经网络与模糊逻辑控制技术的舒逸智能空调控制器，《制冷学报》，1994年第3期。
[26] 陈康，陈天殷。“变频模糊控制技术应用于分体式空调器”，《机电工程》
1994年第4期。
[27] 朱瑞琪、孙毅刚、刘君华。制冷空调设备的变频能量调节，《流体工程》，
1991年第二期。
[28] 李家朋，郑存义。“新型变频空调器的研究和试验”，《制冷学报》1993第二期。
[29] 孙越，王艳。 “一种变频空调控制单元”，《信息技术》2002年第3期.
26~27。
[30] 王铁军，朱程辉。“变频空调器控制系统设计”，《安徽工学院学报》，1996，
15（4）：23~26。
[31] 洪祖德。“分体式空调机单片机控制器的实现”《电子与自动化》1997。
年第1期；22~25。
[32] 王红 。“单片机在空调器中的应用” ，《计算机及其应用》。
[33] 高鹏翔。“智能家用空调器的设计与实现”，《微机发展》，1995第6期。
[34] 利云飞。“空气源热泵型空调系统设计及工程实例分析”，《制冷学报》2003年9月第三期。
[35] 张辉等。《MOTOROLA单片机应用技术》，北京航空航天出版社，1999年4月。
[36] 刚塞兵。《M68HC05原理与应用大全》，北京理工大学出版社，1994。6。
[37] 中国电子协会。《传感器和执行器大全》，北京-北京电子工业出版社2002。
[38] MCB-II单元组合式风冷热泵机组控制系统用户使用技术手册，2001版。
[39] Yarnazaki K, Sotome K, Yoshikawa T, et al. Air conditioning system and operating method[P] . Euro-pean Patent, Application, 0282772A2. 1988.
[40] Lutzenhiser, Loren. Alternative patterns of room air-conditioners use Energyand Buildings, v 18, n 3-4, 1992, p 193-200
[41] 先锋工作室。《单片机程序设计实例》，北京-清华大学出版社，2003。
[42] 余永全，曾碧。《单片机模糊逻辑控制》，北京-北京航空航天出版社，1995。
[43] 张再兴，灯志车。智能控制理论与技术。北京清华大学出版社，1997。
[44] Kawai, TsuyoshiOgawa, Atsushi; Ozawa, Yoshio; Osumi, Ryouichi; Mori. Fuzzy refrigerant flow controller for package air conditioners adaptable to
setting environments. Takehiro JSME International Journal, Series C, v 42, n 4, Dec, 1999, p 898-906.
[45] 唐承志。“隶属度函数对蒸发器过热度模糊控制的影响及基于遗传算的控制算法优化”，西安交通大学能源与动力工程学院，2001。
[46] Linkene D A, Nyongea H O. Genetic algorilbme for fuzzy control, part1. office system development and application. IEE Proc Control Tbeory April,1995, 142(3).161-185.
[47] 陈曦，李炜。“制冷空调系统的模糊控制实现”，《电子技术应用》，2000
年第11期。
[48] 陈光东 ，陈淼波。“空调器变频调速的运行研究”，《电工电能新技术》。
[49] Lord R G. Method and apparatus for controlling a refrigerant
expansion valve in a refrigeration system [P]. U S P: 452-435. 1985- 01- 18.
[50] A1-Rabghi, omar M. A survey of energy efficient strategies for effective
air condition, Energy Conversion and Management, v 45, n 11-12, July,
2004, p 1643-1654.
[51] 汪胜聪,滕勤,左承基。“综述单片机控制系统的抗干扰设计”，《现代电子技术》2003年第1期。
[52] 张捍东，“微机控制系统的抗干扰设计第5讲 总体考虑”，《冶金自动化》，1997年第3期
[53] 张捍东，刘丽萍，何喜元。“微机控制系统的抗干扰设计第3讲 电源设计原则”，《冶金自动化》，1996年第6期 。
[54] 张捍东，熊渝。“微机控制系统的抗干扰设计第2讲 传输线抗干扰”《机电工程》1994第1期。
[55] 张捍东，熊渝。“微机控制系统的抗干扰设计第1讲 接地干扰”，《冶金自动化》1996第5期。
[56] 张捍东，刘丽萍。“微机控制系统的抗干扰设计第4讲 软件抗干扰”，《冶金自动化》，1997年第2期。
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