專利名稱：：精密空調(diào)及其控制方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種用伺服電機驅動壓縮機以達到高精度控制溫度的精密空調(diào)及其控制方法，可廣泛應用于試驗室、計量測量室等具有高精度控溫要求的空調(diào)應用領域，屬于空調(diào)技術范疇。
背景技術：
：眾所周知，空調(diào)系統(tǒng)從總體應用上分類，可分為舒適性空調(diào)和工藝用空調(diào)兩大類。對于舒適性空調(diào)而言，對溫度控制的精度要求并不高。而對于工藝用空調(diào)，其溫度控制精度因工藝環(huán)境及工藝要求的不同而有著不同的要求。對于某些試驗室、計量測量室，由于溫度的變化對其試驗、領糧的結果有很大的影響。為了保證量值傳遞的準確性，所以對溫度控制的要求也極為嚴格。要求試驗溫度的波動在±0.5°C以內(nèi)，更有許多特殊試驗領域對溫度精度的要求甚至更高。目前,對于空調(diào)系統(tǒng)的設計應用，其控溫方式大致采用以下兩種方式方法1、傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的制冷壓縮機，搭建而成傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，配用傳統(tǒng)控制模式。其控溫方式是在溫度和能量調(diào)節(jié)上采用通過控制壓縮機的運行數(shù)量和啟停來進行調(diào)節(jié)。當溫度到達設定值時，壓縮機停止工作；當溫度高于或低于設定值時，壓縮機又開始工作，如此反復實現(xiàn)目標溫度的調(diào)節(jié)。以圖1所示的傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)為例，采用傳統(tǒng)的制冷壓縮機(某國際著名公司61KC型渦旋壓縮機，輸入功率4.43Kw，ARI工況下的制冷量為14.6Kw)，配以適當?shù)睦淠?、膨脹閥、直膨式蒸發(fā)器，組成一個制冷/制熱的空調(diào)系統(tǒng)?？刂品绞讲捎脗鹘y(tǒng)的當溫度逼近設定溫度時，壓縮機停止工作；當溫度高于或低于設定值時，壓縮機又開始工作的方式(與具體的制冷/制熱工況相對應)。具體的試驗數(shù)據(jù)如下試驗對象面積為100平方米的房間。試驗結果如表l、表2所測試項目制熱環(huán)境溫度9'C測試室溫12°C目標溫度20±0.2°C。表l、制熱狀態(tài)下傳統(tǒng)空調(diào)壓縮機狀態(tài)與溫度變化表<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>測試項目制冷測試室溫14°C目標溫度10°C表2、制冷狀態(tài)下傳統(tǒng)空調(diào)壓縮機狀態(tài)與溫度變化表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由以上的試驗數(shù)據(jù)分析可得對于傳統(tǒng)的壓縮機為核心組成的空調(diào)系統(tǒng)，由于壓縮機只有開啟、停止兩種狀態(tài)，制冷量要么是零，要么是100%。所以測試房間的溫度一直在目標值的范圍內(nèi)波動，而且波動的范圍相當大，特別是在制熱的工況下，由于熱泵系統(tǒng)必須具有的除霜工況，使得溫度波動的范圍更加大。這樣的控制模式，在對控溫精度要求不高的情況下，是可以滿足使用要求的，但對于像試驗室、計算機房等要求高的場所，一般溫度精度要求控制在士o.5t:。傳統(tǒng)的空調(diào)由于只有開/關壓縮機兩種狀態(tài)，制冷量要么是零，要么是100%,顯然無法實現(xiàn)。這種空調(diào)系統(tǒng)和控制模式，是遠遠不能滿足要求的。方法2、變頻空調(diào)系統(tǒng)為解決方法l溫度波動大的問題，部分壓縮機生產(chǎn)廠家提出了變頻的概念，即在方法一的基礎上，將壓縮機的電機采用變頻電機，再由變頻器驅動壓縮機。通過改變壓縮機的轉速來改變系統(tǒng)的制冷量，從而達到調(diào)節(jié)溫度和能量的目的。如圖2所示的一種變頻空調(diào)，將傳統(tǒng)的壓縮機改成變頻壓縮機(某國際著名公司401DHV-64型變頻渦旋壓縮機，輸入功率5.6Kw，ARI工況下的制冷量為18Kw)，配以適當?shù)睦淠?、膨脹閥、直膨式蒸發(fā)器，組成一個制冷/制熱的空調(diào)系統(tǒng)。即壓縮機的電機采用變頻電機，再由變頻器驅動壓縮機。采用改變壓縮機的轉速來改變系統(tǒng)的制冷量，從而達到調(diào)節(jié)溫度和能量的目的。具體的試驗數(shù)據(jù)如下試驗對象面積為IOO平方米的房間。試驗結果如表3、表4所示測試項目制熱測試室溫14°C目標溫度20±0.2°C。表3、制熱狀態(tài)下變頻空調(diào)壓縮機頻率與溫度變化表序號時間室內(nèi)溫度rc)壓縮機頻率(Hz)19:5012.211529:5513.8115310:0015.6115410:0517.8104510:1020.550610:1520.832710:2020.425810:2519.556910:3019.3771010:3518.9891110:4019.5501210:4520.755<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>測試項目制冷測試室溫14°C目標溫度10°C±0.2°C。表4、制冷狀態(tài)下變頻空調(diào)壓縮機頻率與溫度變化表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由以上的試驗數(shù)據(jù)進行分析變頻調(diào)速技術適應于節(jié)能降耗和舒適性的要求，目前已應用于新一代的空調(diào)系統(tǒng)上。其核心是變頻器、微控制器、和變頻壓縮機的電機。由變頻器驅動的壓縮機為核心構成的空調(diào)系統(tǒng)，在控溫精度上要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)。但由于變頻器的特性①.在低速時扭矩很小0.5HZ(2轉左右)，變頻器實際上是一個調(diào)節(jié)頻率的控制器，頻率太低，感應磁場變?nèi)?，能量傳遞效率低，扭矩小，所以大部分變頻壓縮機真正有利用價值的是壓縮機在高于一定頻率運轉時制冷量大這一點，而并不是在低速時的調(diào)節(jié)性能好。②.變頻調(diào)節(jié)屬于開環(huán)控制，無反饋信號。變頻器的上述特性會導致以下缺陷①.在低速時，感應特性變?nèi)酰ぞ匦?，無法驅動壓縮機旋轉；②、轉矩有脈動，噪聲和震動較大，轉速的穩(wěn)態(tài)精度不夠高，容易造成系統(tǒng)振蕩而無法穩(wěn)定；③、變頻速度是開環(huán)控制，轉速精度不高，由于在溫差大時(如環(huán)境35度，目標10度)，壓縮機負荷很重，但速度很低，這時，變頻器無法達到工作要求。綜上，采用變頻空調(diào)可以節(jié)能，但在精確控溫方面，仍然無法達到目標要求。申請人于2006年7月開始，研制控溫范圍在士0.2t:的精密溫控系統(tǒng)，通過在面積為IOO平方米的房間內(nèi)，對現(xiàn)有的傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)和變頻空調(diào)系統(tǒng)進行多次試驗，獲得了大量試驗數(shù)據(jù)，申請人對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析后發(fā)現(xiàn)，上述現(xiàn)有空調(diào)的溫度控制，始終在目標溫度的上下來進行浮動，其溫度調(diào)節(jié)始終處于一個動態(tài)變化，具體如圖3、圖4所示，這就導致其溫度控制始終處于一個不穩(wěn)定的狀態(tài)，無法達到精確控溫的目標。
發(fā)明內(nèi)容基于提供一種能實現(xiàn)精確、穩(wěn)定控溫的空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)明目的，申請人經(jīng)過反復試驗和摸索，最終研制出了一種精密空調(diào)及其控制方法，其采用伺服電機驅動壓縮機和高精度空調(diào)控制器控制，實現(xiàn)高精度空調(diào)的無級能量調(diào)節(jié)，使空調(diào)機組的控制精度更高、更加節(jié)能。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的采取的技術方案如下，一種精密空調(diào)，包括空調(diào)執(zhí)行機構、壓縮機、伺服電機、高精度空調(diào)控制器、傳感器單元、狀態(tài)輸入輸出裝置，傳感器單元、狀態(tài)輸入輸出裝置與高精度空調(diào)控制器相連，高精度空調(diào)控制器分別與空調(diào)執(zhí)行機構執(zhí)、伺服電機相連，壓縮機與伺服電機相連，空調(diào)執(zhí)行機構與壓縮機相連。本發(fā)明的進一步設置如下狀態(tài)輸入輸出裝置與高精度空調(diào)控制器相連，用戶根據(jù)需求通過狀態(tài)輸入輸出裝置設定目標溫度給高精度空調(diào)控制器。傳感器單元包括若干組溫度傳感器，安裝于工作空間的多點位置，感應工作空間的實時溫度，并輸入給高精度空調(diào)控制器?？筛鶕?jù)空間的大小來設置如4組、6組等安裝于空間的多點位置?？照{(diào)執(zhí)行機構分別與高精度空調(diào)控制器及壓縮機相連，實現(xiàn)制冷或制熱量的實時準確調(diào)節(jié)。壓縮機優(yōu)選采用線性蝸旋壓縮機，即制冷或制熱量與轉速成線性關系的壓縮機，線性蝸旋壓縮機一方面與伺服電機相連，另一方面與空調(diào)執(zhí)行機構相連，通過伺服電機調(diào)節(jié)線性蝸旋壓縮機的轉速，從而使空調(diào)執(zhí)行機構實現(xiàn)制冷或制熱量的實時準確調(diào)節(jié)。伺服電機是一種根據(jù)高精度空調(diào)控制器的控制信號以恒轉矩調(diào)節(jié)壓縮機的轉速、轉速范圍實現(xiàn)0幾萬轉/分的電機，伺服電機包括伺服驅動器、速度裝置，永磁電機，伺服驅動器與高精度空調(diào)控制器相連，速度裝置、永磁電機分別與伺服驅動器相連，永磁電機與速度裝置相連，壓縮機與永磁電機相連，伺服驅動器根據(jù)高精度空調(diào)控制器的控制信號和速度裝置的速度信號，通過內(nèi)部運算實時調(diào)節(jié)永磁電機的轉速，以驅動壓縮機。8高精度空調(diào)控制器包括溫度信號輸入單元、外部狀態(tài)輸入單元、開關信號輸出單元、控制信號輸出單元、運算單元，其中，溫度信號輸入單元與傳感器單元相連，接收傳感器單元感應到的溫度信號，外部狀態(tài)輸入單元與狀態(tài)輸入輸出裝置相連，以接收狀態(tài)輸入輸出裝置中用戶設定的溫度等工作參數(shù)，溫度信號輸入單元、外部狀態(tài)輸入單元通過總線與運算單元相連，把上述接收到的數(shù)據(jù)輸入到運算單元，運算單元進行PID運算處理后，通過總線輸出開關信號到開關信號輸出單元，開關信號輸出單元與空調(diào)執(zhí)行機構的電磁四通閥相連，輸出模擬電壓信號到控制信號輸出單元，控制信號輸出單元與伺服電機的伺服驅動器相連。從而分別執(zhí)行電磁四通閥和驅動伺服電機實現(xiàn)轉速無級調(diào)整。由上述可知，本發(fā)明的精密空調(diào)，由于實現(xiàn)了對伺服電機的準確速度控制，也就實現(xiàn)了對壓縮機的準確速度控制，從而可以實現(xiàn)對空調(diào)機組的制冷(熱)量的實時準確控制，實現(xiàn)高精度空調(diào)的調(diào)節(jié)。作為本發(fā)明的一種變例在壓縮機和伺服電機之間連接有減速機，增加對壓縮機的轉矩。本發(fā)明還提供了一種精密空調(diào)的控制方法，包括以下步驟通過傳感器單元感應到室內(nèi)的實時溫度，通過狀態(tài)輸入輸出裝置用戶根據(jù)需求設定目標控制溫度，然后輸入到高精度空調(diào)控制器，高精度空調(diào)控制器的外部狀態(tài)輸入單元接收狀態(tài)輸入輸出裝置中用戶設定的溫度等工作參數(shù)，溫度信號輸入單元接收傳感器單元感應到的溫度信號，然后兩者通過總線輸入到運算單元，與設定的目標信號進行PID運算處理后，通過總線輸出單元開關信號到開關信號輸出單元，控制空調(diào)執(zhí)行機構的電磁四通閥切換制冷或制熱；輸出模擬電壓信號到控制信號輸出單元驅動伺服電機，伺服電機根據(jù)此信號來調(diào)節(jié)壓縮機的轉速，實現(xiàn)對壓縮機的實時調(diào)速，從而實現(xiàn)對空調(diào)執(zhí)行機構的制冷或制熱量的實時準確控制，實現(xiàn)高精度空調(diào)的調(diào)節(jié)。本發(fā)明的主要控制原理如下熱量的傳遞相對壓力、流量等傳遞是比較緩慢的，從控制學的角度來說是一個大慣量控制系統(tǒng)，所以用一般的PID控制算法是無法達到高精度穩(wěn)定控制，因此我們從系統(tǒng)的角度出發(fā)結合溫度控制以及伺服電機控制的特點，開發(fā)一種基于專用伺服壓縮機的高精度空調(diào)控制器。PID控制規(guī)律為"("=、+丄(a"少+7"D因此它的傳遞函數(shù)為GU>=-=&,(1+——+廠"《>其中A;為比例系數(shù)；7;為積分時間常數(shù)7^為微分時問常數(shù)如果給一個階躍信號，輸出肯定是一個震蕩輸出過程，最后達到穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過分析如果給一個一階信號Y(u)=X(i)*a+(l-a)*Yl(u)，那么他的輸出震蕩過程明顯減小，如果給一個二階信號信號那么他的輸出震蕩過程更小，由此可以推出將信號進行一階或二階運算后系統(tǒng)的穩(wěn)定性會很快，但是如果單純一階或二階運算會導致系統(tǒng)相位滯后，必須加入相位校正環(huán)節(jié)。經(jīng)過這樣控制后系統(tǒng)控制震蕩輸出過程很短了，但穩(wěn)態(tài)時抗干擾性不好，所以又提出將kp,ki經(jīng)過溫度變化趨勢及變化速度判斷讓其在穩(wěn)態(tài)時和動態(tài)時系數(shù)不一樣，在穩(wěn)態(tài)時加大提高抗干擾性，在動態(tài)時根據(jù)目標值來自動調(diào)整，從而達到快速穩(wěn)定控制。經(jīng)過這樣控制后穩(wěn)定沒有問題了，但要想實現(xiàn)精密控制必須讓制冷量變的很小才有可能，因為一個固定的空間它有一定的熱容，熱容就是溫度每升高rc它所吸收的熱量(卡或焦爾)。如果壓縮機輸出最小熱量(或冷量)是熱容的1/10那么，理論溫度變化量就是o.rc，因此選用專用伺服壓縮機，控制伺服電機的轉速，從而控制壓縮機的制冷量，例如壓縮機的制冷量是1000大卡，伺服電機轉速為2000，那么伺服電機每轉的制冷量為1000/2000=0.5大卡。如果電機每次調(diào)整1轉也就是每次調(diào)整0.5大卡的制冷量。另外實際的空調(diào)控制系統(tǒng)本身有很大的熱損耗J，所以實際的每轉輸出量為0.5-J,因此系統(tǒng)控制最小控制量是很小的。由于溫度變化滯后性強，一般的通用伺服電機高低速剛性過強容易導致控制不穩(wěn)定，因此采用專用伺服，針對溫度控制的特點將伺服算法改成相對柔且又具有一定的剛性輸出，以適合壓縮機低速特點。從而達到高精度溫度控制。具體控制過程如下例所示用戶先通過狀態(tài)輸入輸出裝置輸入一個目標溫度值to,并通過外部狀態(tài)輸入單元由總線輸入到運算單元；傳感器單元檢測到實際的環(huán)境溫度t，并將該溫度信號通過溫度信號輸入單元由總線輸入到運算單元，運算單元將檢測的實際環(huán)境溫度t和用戶設定的溫度t0通過數(shù)據(jù)運算做比較，當t-t0〉0時，通過開關信號輸出單元控制空調(diào)執(zhí)行機構的電磁四通閥的切換實施制冷，當t-t0<0時，通過開關信號輸出單元控制空調(diào)執(zhí)行機構的電磁四通閥的切換實施制10熱；同時進行PID算法運算，通過控制信號輸出單元輸出一個PID控制值，并將該控制值以模擬信號0-10V或數(shù)字信號的方式傳輸給伺服電機，伺服電機的伺服驅動器根據(jù)控制信號輸出單元的控制信號和速度裝置的速度信號，通過內(nèi)部運算實時調(diào)節(jié)永磁電機的轉速，以驅動壓縮機實現(xiàn)對壓縮機的實時調(diào)速，當t-to差值大時提高轉速、t-to差值小時降低轉速，直到伺服電機維持一個較低的轉速帶動壓縮機恰好補償環(huán)境溫差的熱量損失，從而達到控制所需的目標值，實現(xiàn)高精度空調(diào)的閉環(huán)調(diào)節(jié)。本發(fā)明的有益效果如下1、本發(fā)明采用伺服電機與高精度空調(diào)控制器來實現(xiàn)精密空調(diào)的溫度控制，因為伺服電機低速扭矩大，轉速精度高(每轉可分割成1/10000轉)，可以精密的控制制冷或制熱量從而達到精密控制溫度的目的。例如壓縮機每轉的制冷量為1000大卡，那么伺服電機可控制的最小制冷量為1000大卡/10000二0.1大卡。2、本發(fā)明采用線性蝸旋壓縮機(線性蝸旋壓縮機是制冷或制熱量與轉速成線性的壓縮機)，配合伺服電機與高精度空調(diào)控制器，控溫精度可達土o.rc。3、本發(fā)明與傳統(tǒng)采用定頻壓縮機的空調(diào)相比，節(jié)能在30%以上，并且噪音小。下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明。圖1為傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的結構示意圖；圖2為變頻空調(diào)系統(tǒng)的結構示意圖；圖3為現(xiàn)有普通空調(diào)的制熱曲線圖4為現(xiàn)有普通空調(diào)的制冷曲線圖5為本發(fā)明高精度空調(diào)系統(tǒng)的結構示意圖6為本發(fā)明高精度空調(diào)系統(tǒng)一種變例的結構示意圖7為本發(fā)明高精度空調(diào)控制器的組成框圖8為本發(fā)明高精度空調(diào)系統(tǒng)的控制原理框圖9本發(fā)明高精度空調(diào)系統(tǒng)的制熱曲線圖10為本發(fā)明高精度空調(diào)系統(tǒng)的制冷曲線圖。附圖標號1、空調(diào)執(zhí)行機構1-l氣液分離器，卜2逆止閥，1-3第一充氣閥，l-4第一風冷冷凝(蒸發(fā))器，1-5第二充氣閥，1-6低壓開關，l-7高壓開關，l-8第三充氣閥，1-9四通電磁閥，卜10第二風冷冷凝(蒸發(fā))器，1-ll膨脹閥，1-12視液鏡，1-13干燥器；20、壓縮機，30、控制器，40、傳感器50、壓縮機，60、變頻器，70、控制器，80、傳感器2、線性蝸旋壓縮機，3、伺服電機，3-1、伺服驅動器，3-2、速度裝置，3-3、永磁電機，4、高精度空調(diào)控制器，4-1、溫度信號輸入單元，4-2、外部狀,輸入，元，4-3、開關信號輸出單元4-4、控制信號輸出單元，4-5、運算單元，5、傳感器單元，6、狀態(tài)輸入輸出接口，7、減速機具體實施例方式如圖5所示，本發(fā)明的高精度空調(diào)系統(tǒng)，包括空調(diào)執(zhí)行機構1、線性蝸旋壓縮機2、伺服電機3、高精度空調(diào)控制器4、傳感器單元5、狀態(tài)輸入輸出裝置6，其中空調(diào)執(zhí)行機構1采用常規(guī)設置，包括氣液分離器卜l，逆止閥l-2，第一充氣閥1-3，第--風冷冷凝(蒸發(fā))器1-4，第二充氣閥1-5，低壓開關1-6，高壓開關1-7，第三充氣閥1-8，四通電磁閥1-9，第二風冷冷凝(蒸發(fā))器1-10，膨脹閥1-11，視液鏡1-12，干燥器1-13;空調(diào)執(zhí)行機構1分別與高精度空調(diào)控制器4及線性蝸旋壓縮機2相連，實現(xiàn)制冷或制熱量的實時準確調(diào)節(jié)。本發(fā)明的壓縮機可以采用普通壓縮機或者線性蝸旋壓縮機，線性蝸旋壓縮機2是指一種制冷或制熱量與轉速成線性關系的壓縮機。線性蝸旋壓縮機2—方面與伺服電機3相連，另一方面與空調(diào)執(zhí)行機構1相連，通過伺服電機3調(diào)節(jié)線性蝸旋壓縮機2的轉速，從而使空調(diào)執(zhí)行機構1實現(xiàn)制冷(熱)量的實時準確調(diào)節(jié)。伺服電機3是一種可以根據(jù)控制信號以恒轉矩調(diào)節(jié)線性蝸旋壓縮機2的轉速，轉速范圍可實現(xiàn)0-幾萬轉/分的電機，伺服電機3包括伺服驅動器3-1、速度裝置3-2，永磁電機3-3，伺服驅動器3-1與高精度空調(diào)控制器4相連，速度裝置3-2、永磁電機3-3分別與伺服驅動器3-1相連，永磁電機3-3與速度裝置3-2相連，線性蝸旋壓縮機2與永磁電機3-3相連，伺服驅動器3-1根據(jù)上位機(本發(fā)明中的上位機為高精度空調(diào)控制器4和速度裝置3-2)的控制信號和速度信號，通過內(nèi)部運算實時調(diào)節(jié)永磁電機3-3的轉速，以驅動線性蝸旋壓縮機2。高精度空調(diào)控制器4分別與傳感器單元5、狀態(tài)輸入輸出裝置6、空調(diào)執(zhí)行機構執(zhí)1的卜9電磁四通閥以及伺服電機3的伺服驅動器3-1相連。結合圖7所示，本發(fā)明高精度空調(diào)控制器4包括溫度信號輸入單元4-1、外部狀態(tài)輸入單元4-2、開關信號輸出單元4-3、控制信號輸出單元4-4、運算單元4-5,其中外部狀態(tài)輸入單元4-2接收狀態(tài)輸入輸出裝置6中用戶設定的溫度等工作參數(shù)，溫度信號輸入單元4-1接收傳感器單元5感應到的溫度信號，然后兩者通過總線輸入到運算單元4-5,與設定的目標信號進行PID運算處理后，通過總線輸出單元開關信號到開關信號輸出單元4-3去執(zhí)行電磁閥或繼電器動作；輸出模擬電壓信號到控制信號輸出單元4-4去驅動伺服電機3實現(xiàn)轉速無級調(diào)整。傳感器單元5實現(xiàn)將感應到室內(nèi)的實時溫度，輸入給高精度空調(diào)控制器4。傳感器單元5可由若干組溫度傳感器組成，可根據(jù)空間的大小來設置如4組、6組溫度傳感器等安裝于工作空間的多點位置，以準確感應室內(nèi)實時溫度。狀態(tài)輸入輸出裝置6為用戶根據(jù)需求設定相應參數(shù)。圖6示出了本發(fā)明的一種變例，通過在線性蝸旋壓縮機2和伺服電機3之間增加減速機7，增加對線性蝸旋壓縮機2的轉矩，以適應大型的高精度空調(diào)系統(tǒng)的需要。結合圖8所示，本發(fā)明的控制方法如下本發(fā)明通過傳感器單元5感應到室內(nèi)的實時溫度，通過狀態(tài)輸入輸出裝置6用戶根據(jù)需求設定目標控制溫度，然后輸入到高精度空調(diào)控制器4，高精度空調(diào)控制器4的外部狀態(tài)輸入單元4-2接收狀態(tài)輸入輸出裝置6中用戶設定的溫度等工作參數(shù)，溫度信號輸入單元4-1接收傳感器單元5感應到的溫度信號，然后兩者通過總線輸入到運算單元4-5，與設定的目標信號進行PID運算處理后，通過總線輸出單元開關信號到開關信號輸出單元4-3去執(zhí)行電磁閥或繼電器動作；輸出模擬電壓信號到控制信號輸出單元4_4去驅動伺服電機3，伺服電機3的伺服驅動器3-1根據(jù)高精度空調(diào)控制器4的控制信號和速度裝置3-2的速度信號，通過內(nèi)部運算實時調(diào)節(jié)永磁電機3-3的轉速，以驅動線性蝸旋壓縮機2，由于實現(xiàn)了對伺服電機3的準確速度控制，也就實現(xiàn)了對線性蝸旋壓縮機2的準確速度控制，從而可以實現(xiàn)對空調(diào)機組的制冷(熱)量的實時準確控制，實現(xiàn)高精度空調(diào)的調(diào)節(jié)。具體操作過程如下用戶先通過狀態(tài)輸入輸出裝置6輸入一個目標溫度值t0，并通過外部狀態(tài)輸入單元4-2由總線輸入到運算單元4-5;傳感器單元5檢測到實際的環(huán)境溫度t，并將該溫度信號通過溫度信號輸入單元4-1由總線輸入到運算單元4-5，運算單元4-5將檢測的實際環(huán)境溫度t和用戶設定的溫度t0通過數(shù)據(jù)運算做比較，當t-t0>0時，通過開關信號輸出單元4-3控制空調(diào)執(zhí)行機構1的卜9電磁四通閥的切換實施制冷，當t-10〈0時，通過開關信號輸出單元4-3控制空調(diào)執(zhí)行機構1的電磁四通閾19的切換實施制熱；同時進行PID算法運算，通過控制信號輸出單元4-4輸出一個PID控制值(比例積分微分值)，并將該控制量以模擬信號0-10V或數(shù)字信號的方式傳輸給伺服電機3，伺服電機3根據(jù)此信號來調(diào)節(jié)線性蝸旋壓縮機2的轉速，實現(xiàn)對線性蝸旋壓縮機2的實時調(diào)速，當t-tO差值大時提高轉速、t-10差值小時降低轉速，直到伺服電機3維持一個較低的轉速帶動線性蝸旋壓縮機2恰好補償環(huán)境溫差的熱量損失，從而達到控制所需的目標值，實現(xiàn)高精度空調(diào)的調(diào)節(jié)，本發(fā)明的控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以下在
背景技術：
所述環(huán)境下，采用本發(fā)明的技術方案，結合
背景技術：
的試驗例子進行對比試驗，試驗結果如表5、表6所示試驗對象面積為100平方米的房間，測試項目制熱測試室溫14°C目標溫度20°C表5、制熱狀態(tài)下高精度空調(diào)壓縮機轉速與溫度變化表<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>測試項目制冷測試室溫14°C目標溫度10°C表6、制冷狀態(tài)下高精度空調(diào)壓縮機轉速與溫度變化表<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>結合表5、表6可知從測試的數(shù)據(jù)上看，本發(fā)明的高精度空調(diào)的制冷(熱)量和轉速具有一定的線性關系。這樣通過高精度空調(diào)控制器調(diào)節(jié)就很容易實現(xiàn)高精度控制，控溫精度可達土o.rc。申請人將上述試驗結果進行統(tǒng)計分析得圖9、圖10所示，由圖9、圖IO可以看出高精度空調(diào)控制溫度是一條逐漸逼近目標溫度的平滑曲線，一般在4-5分鐘就可以到達平穩(wěn)溫度值.此時伺服電機維持一個較低的轉速，帶動線性蝸旋壓縮機恰好補償環(huán)境溫差的熱量損失，實現(xiàn)逐漸逼近目標溫度而且無過沖的高精度空調(diào)的調(diào)節(jié)。權利要求1、一種精密空調(diào)，包括空調(diào)執(zhí)行機構、壓縮機、伺服電機、高精度空調(diào)控制器、傳感器單元、狀態(tài)輸入輸出裝置，傳感器單元、狀態(tài)輸入輸出裝置與高精度空調(diào)控制器相連，高精度空調(diào)控制器分別與空調(diào)執(zhí)行機構執(zhí)、伺服電機相連，壓縮機與伺服電機相連，空調(diào)執(zhí)行機構與壓縮機相連。2、如權利要求1所述的一種精密空調(diào)，其特征在于狀態(tài)輸入輸出裝置與高精度空調(diào)控制器相連，用戶根據(jù)需求通過狀態(tài)輸入輸出裝置設定目標溫度給高精度空調(diào)控制器。3、如權利要求1所述的一種精密空調(diào)，其特征在于傳感器單元包括若干組溫度傳感器，安裝于工作空間的多點位置，感應工作空間的實時溫度，并輸入給高精度空調(diào)控制器。4、如權利要求1所述的一種精密空調(diào)，其特征在于空調(diào)執(zhí)行機構分別與高精度空調(diào)控制器及壓縮機相連，實現(xiàn)制冷或制熱量的實時準確調(diào)節(jié)。5、如權利要求1所述的一種精密空調(diào)，其特征在于壓縮機為線性蝸旋壓縮機即制冷或制熱量與轉速成線性關系的壓縮機，線性蝸旋壓縮機一方面與伺服電機相連，另一方面與空調(diào)執(zhí)行機構相連，通過伺服電機調(diào)節(jié)線性蝸旋壓縮機的轉速，從而使空調(diào)執(zhí)行機構實現(xiàn)制冷或制熱量的實時準確調(diào)節(jié)。6、如權利要求1所述的一種精密空調(diào)，其特征在于伺服電機是一種根據(jù)高精度空調(diào)控制器的控制信號以恒轉矩調(diào)節(jié)壓縮機的轉速、轉速范圍實現(xiàn)0幾萬轉/分的電機，伺服電機包括伺服驅動器、速度裝置，永磁電機，伺服驅動器與高精度空調(diào)控制器相連，速度裝置、永磁電機分別與伺服驅動器相連，永磁電機與速度裝置相連，壓縮機與永磁電機相連，伺服驅動器根據(jù)高精度空調(diào)控制器的控制信號和速度裝置的速度信號，通過內(nèi)部運算實時調(diào)節(jié)永磁電機的轉速，以驅動壓縮機。7、如權利要求1所述的一種精密空調(diào)，其特征在于高精度空調(diào)控制器包括溫度信號輸入單元、外部狀態(tài)輸入單元、開關信號輸出單元、控制信號輸出單元、運算單元，其中，溫度信號輸入單元與傳感器單元相連，外部狀態(tài)輸入單元與狀態(tài)輸入輸出裝置相連，開關信號輸出單元與空調(diào)執(zhí)行機構的電磁四通閥相連，控制信號輸出單元與伺服電機的伺服驅動器相連。8、如權利要求17所述的一種精密空調(diào)，其特征在于在壓縮機和伺服電機之間連接有減速機，增加對壓縮機的轉矩。9、一種精密空調(diào)的控制方法，包括以下步驟通過傳感器單元感應到室內(nèi)的實時溫度，通過狀態(tài)輸入輸出裝置用戶根據(jù)需求設定目標控制溫度，然后輸入到高精度空調(diào)控制器，高精度空調(diào)控制器的外部狀態(tài)輸入單元接收狀態(tài)輸入輸出裝置中用戶設定的溫度等工作參數(shù)，溫度信號輸入單元接收傳感器單元感應到的溫度信號，然后兩者通過總線輸入到運算單元，與設定的目標信號進行PID運算處理后，通過總線輸出單元開關信號到開關信號輸出單元，控制空調(diào)執(zhí)行機構的電磁四通閥切換制冷或制熱；輸出模擬電壓信號到控制信號輸出單元驅動伺服電機，伺服電機根據(jù)此信號來調(diào)節(jié)壓縮機的轉速，實現(xiàn)對壓縮機的實時調(diào)速，從而實現(xiàn)對空調(diào)執(zhí)行機構的制冷或制熱量的實時準確控制，實現(xiàn)高精度空調(diào)的調(diào)節(jié)。10、如權利要求8所述的一種精密空調(diào)的控制方法，其特征在于用戶先通過狀態(tài)輸入輸出裝置輸入一個目標溫度值t0,并通過外部狀態(tài)輸入單元由總線輸入到運算單元；傳感器單元檢測到實際的環(huán)境溫度t，并將該溫度信號通過溫度信號輸入單元由總線輸入到運算單元，運算單元將檢測的實際環(huán)境溫度t和用戶設定的溫度to通過數(shù)據(jù)運算做比較，當t-10〉0時，通過開關信號輸出單元控制空調(diào)執(zhí)行機構的電磁四通閥的切換實施制冷，當t-to〈o時，通過開關信號輸出單元控制空調(diào)執(zhí)行機構的電磁四通閥的切換實施制熱；同時進行PID算法運算，通過控制信號輸出單元輸出一個PID控制值，并將該控制值以模擬信號o-iov或數(shù)字信號的方式傳輸給伺服電機，伺服電機的伺服驅動器根據(jù)控制信號輸出單元的控制信號和速度裝置的速度信號，通過內(nèi)部運算實時調(diào)節(jié)永磁電機的轉速，以驅動壓縮機實現(xiàn)對壓縮機的實時調(diào)速，當t-to差值大時提高轉速、t-to差值小時降低轉速，直到伺服電機維持一個較低的轉速帶動壓縮機恰好補償環(huán)境溫差的熱量損失，從而達到控制所需的目標值，實現(xiàn)高精度空調(diào)的閉環(huán)調(diào)節(jié)。全文摘要本發(fā)明公開了一種精密空調(diào)及其控制方法，可廣泛應用于試驗室、計量測量室等具有高精度控溫要求的空調(diào)應用領域，屬于空調(diào)技術范疇。包括空調(diào)執(zhí)行機構、壓縮機、伺服電機、高精度空調(diào)控制器、傳感器單元、狀態(tài)輸入輸出裝置，傳感器單元、狀態(tài)輸入輸出裝置與高精度空調(diào)控制器相連，高精度空調(diào)控制器分別與空調(diào)執(zhí)行機構執(zhí)、伺服電機相連，壓縮機與伺服電機相連，空調(diào)執(zhí)行機構與壓縮機相連。本發(fā)明由于采用伺服電機驅動壓縮機和高精度空調(diào)控制器控制，實現(xiàn)高精度空調(diào)的無級能量調(diào)節(jié)，使空調(diào)機組的控制精度更高、更加節(jié)能。文檔編號F25B31/00GK101581512SQ20091009991公開日2009年11月18日申請日期2009年6月18日優(yōu)先權日2009年6月18日發(fā)明者勝劉,李招海,李海根申請人:浙江大成電氣有限公司