專利名稱：用帶逐步切換風扇的空調設備來調節(jié)室溫的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用包括至少一個風扇在內的重復循環(huán)空調設備來調整室溫的方法，包括測量實際溫度值，與預期溫度值比較，形成控制偏差，并根據(jù)此偏差使風扇在至少兩擋內切換。
上面提及類型的公知空調設備以下列三種方式之一來控制室溫(1)恒定地控制循環(huán)空氣溫度。
(2)通過風扇轉速恒定地控制循環(huán)空氣的流量。
(3)通過風扇轉速逐步地控制循環(huán)空氣的流量。
兩種恒定型控制器的控制設備的造價較高。比較來說，第三種類型的控制器較經(jīng)濟而且優(yōu)選地用于實際。此類控制器形成了本發(fā)明的出發(fā)點。
下面參照附

圖1A和1B描述公知類型的非恒定控制器。
此控制器的目的在于把待調整的溫度調節(jié)到盡可能接近圖1B中的預期值W。在非恒定多點控制器中，這只能通過在預期值兩側的控制擺動來實現(xiàn)。風扇的轉速可按兩步做切換第一步是低功率的，而第二步是高功率的。在公知的控制設備中，該兩種轉速只根據(jù)溫度的實際值的預定閾值來切換。當溫度下降到溫度實際值的閾值(W20n)之下，這對應于較大的控制偏差時，第二步的高功率速度總是接通狀態(tài)。為了避免在速度1擋和速度2擋間頻繁的切換過程和動作，預先允許有較大的控制偏差。其結果是圖1B可見的在室溫預期值W之上和之下顯著的偏差。1擋在閾值W1off和W1on的關斷和接通僅稍微影響溫度曲線X的控制特性，如圖1B所示。為了將實際溫度曲線的下降方向顛倒，必須使擋2在W2on和W2off分別接通和關斷。實際溫度值對切換到2擋反應較快，上升、達到并超過預期值W。
在本控制器中，切換間隔被選擇為足夠大，以避免過大的噪聲負載。然而另一方面，這種公知的控制器無法避免顯著的室溫變化。
本發(fā)明之目的在于，當使用這種非接觸型控制器時改善使用者的舒適感。
為達到此目的，其方法如下當控制偏差大于第一閾值，及或恒定或減小時，設定接通第一轉速；當控制偏差減小并下降至低于第二閾值時，設定關斷第一轉速；當控制偏差大于第三閾值和/或當控制偏差增大或恒定，控制偏差長時間積分超過預定值時，設定接通第二轉速；當控制偏差減小并下降至低于第四閾值時，設定關斷第二轉速；以及設想將控制偏差的第一閾值被設定為小于或等于第二閾值，第二閾值被設定為小于或等于第四閾值，而第四閾值被設定小于或等于第三閾值。
用循環(huán)空氣加熱裝置、循環(huán)空氣冷卻裝置和加熱-冷卻聯(lián)合裝置實現(xiàn)明的方法。權利要求11的控制設備根據(jù)本發(fā)明與這些裝置相關。
本發(fā)明改變了根據(jù)實際溫度值的預定閾值進行單獨控制的思想。認為這種閾值控制是使溫度在預期溫度上、下起伏，導致使用者感到不舒服的原因。本發(fā)明通過將溫度趨勢并入確定條件的辦法，以相同或甚至更低的切換頻率來達到相對接近預期溫度值的近似值。兩種轉速的接通和關斷根據(jù)溫度變化趨勢超前動作，因而可計算系統(tǒng)的空載時間，使溫度曲線維持接近預期值，偏差較小。這在正常操作中很有優(yōu)越性，實際上由于其高功率而具破壞性的第二轉速只用于極端環(huán)境下，比如，當突然打開被加熱了的室內的窗戶、或在夜間溫度降至最低而突然加大預期溫度值的情況。切換頻率仍保持到最小。因而用非恒定控制器也可以使使用者感到象使用昂貴的恒定控制設備那樣舒服。
由本發(fā)明的進一步的實施方案提供，將控制偏差長期積分中斷并設定為零，在第一和第二轉速被關斷后立刻重新開始積分。這樣在溫度校正期間控制偏差的幅度，也考慮了控制偏差的作用時間。
為了能盡快地檢測控制偏差，并使控制振蕩小，本發(fā)明的一優(yōu)選實施方案將控制偏差的第一閾值設定為零。
為了將切換頻率維持在限度以內，即使是對一不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，在本發(fā)明的另一實施方案中僅在風扇處于第一和/或第二轉速的最短運行周期之后關斷第一和/或第二轉速。比如，最短運行周期可以是2～6，最好是3周。
在夜間運行時，第一轉速可以保持不切換。另一方面，在本發(fā)明的典型實施方案中，在夜間運行忽略第二轉速的切換條件時，第二轉速在第一轉速切換條件下切換。
在一特別優(yōu)選的典型實施方案中，將模糊邏輯裝置(擴散邏輯裝置)用于切換轉速。當添加模糊邏輯裝置時，可以使控制性能比使用者的具體要求還好。
最好對測量和控制信號進行數(shù)字化處理。特別是在大型數(shù)字化控制系統(tǒng)中，比如在有中央控制的空調裝置的超市中，采用本發(fā)明的控制方法可顯著地降低功耗。無需做出重大的技術努力即可將現(xiàn)有的控制配件和元件裝配到本發(fā)明的控制設備上，并轉變?yōu)楦鶕?jù)本發(fā)明的方法。
本發(fā)明的優(yōu)點和細節(jié)表征于所附權利要求中。
下面通過附圖所示的典型的實施方案更詳細地解釋本發(fā)明。
圖1A表示在公知的對實際溫度值以兩檔轉速控制風扇的非恒定控制方法來控制風扇的切換狀態(tài)；圖1B表示按圖1A所示的公知控制方法，實際溫度值對時間的變化；圖2是本發(fā)明的控制設備典型實方案的基本結構示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的控制方法的一方面按模糊邏輯而另一方面按輪廓加重邏輯的切換條件數(shù)據(jù)表；以及圖4表示當用圖2的控制設備時，風扇的切換條件、實際溫度值的變化對時間的曲線圖。
圖2是在本發(fā)明的控制設備的電路中的主要元件及其連接方式的示意圖。
控制設備100具有一被控系統(tǒng)1，為可切換多個功率或轉速擋的風扇，一帶有熱敏元件和傳感器的測溫器件2，一計算元件3，耦連至測量裝置并構成一減法裝置，一微分裝置4，一積分裝置5，一控制器6，一在控制系統(tǒng)1的輸入端由控制器驅動的控制元件7，以及一從控制器6輸出端反饋至積分裝置5輸入端的反饋環(huán)。
在所述的典型實方案中，控制器包括多個比較裝置11～16和一邏輯判定裝置17，考慮到比較器的結果，并由此形成一控制信號，或構成一模糊邏輯裝置或構成一常規(guī)的輪廓加重邏輯裝置。
例如，由測量裝置2測定的實際溫度值X可以在待裝設空調裝置的室內或至風扇進口氣流內測量。熱敏元件的安排是便于如此選擇，即通過交替控制信號Y，使控制偏差的出現(xiàn)和其校正之間的死區(qū)期間盡可能地小。
在運算單元3，將實際溫度值X與設定的預期溫度值Xe進行比較。兩者之差就是顯現(xiàn)在運算單元3輸出端的控制偏差Xe。此控制偏差一方面供給差分單元4，另一方面供給控制器6，最后供給積分單元5的輸入端。差分單元4確定控制偏差Xe隨時間的變化。將它供給控制器21的第一輸入端。經(jīng)積分單元5第一輸入端提供的控制偏差Xe在此對時間積分。當二個轉速擋被關斷時，經(jīng)反饋環(huán)8和第二輸入端使積分單元5復位。
在所述典型實施方案中，控制偏差的四個閾值S1、S2、S3和S4和積分限值i2被輸入給控制器6?？刂破魍ㄟ^控制器三個輸入端21、22和23接收相應于控制偏差、其微分和其積分的變化信號。由第一控制器輸入端21所提供的控制偏差在比較器11、12、13和14與圖4所示的四個與期望溫度相關的閾值S1、S2、S3和S4比較?？刂破铍S時間的變化，即
，經(jīng)第二輸入端22供給第五比較器15，并與零進行比較。當所說的控制偏差變化大于或等于零時，比較器15產(chǎn)生一輸出信號。在第六比較器16將由第三控制器輸入端23提供的控制偏差Xe的積分與極限值i2比較。根據(jù)六個比較器11～16的結果，由邏輯判定7確定第一轉速擋和第二轉速擋的接通和關斷條件。
圖3表示所述典型實方案控制基礎的數(shù)據(jù)表。將模糊邏輯的接通和關斷條件列入第一欄，將輪廓加重邏輯的相應條件列入第二欄。在此典型實施方案中，當它們至少運行三周時，擋1和擋2才能關斷。夜間運行的控制也不同于白天運行的控制。在夜間運行時，第一轉速擋不切換。代之以在第一轉速擋的切換條件下，切換第二轉速擋。在夜間運行時，忽略了第一轉速擋的切換條件。這種作法的優(yōu)點是，在夜間運行時，切換要求很少。夜間運行時，積分裝置也保持不工作狀態(tài)。
圖4表示采用圖3控制條件的控制設備切換狀態(tài)，和實際溫度值變化對時間的曲線圖。當接通加熱裝置時，實際溫度值明顯低于17℃。因為控制偏差Xe大于控制偏差的第三閾值S3(由比較器13確定)，熱量要求高，因而接通第二轉速擋。在第二轉速擋，大量的熱從加熱裝置傳至待加熱室，因此使實際溫度值迅速上升直至控制偏差在點J降至控制偏差的第四閾值S4以下(圖2中比較器14)。此時，滿足關斷第二轉速擋的條件。風扇完全關斷。然而，由于系統(tǒng)的空載時間，實際溫度值進一步從點J上升至預期溫度值W(點K)。此后，實際溫度值下降。緊接點K之后，滿足了接通第一轉速擋的條件；實際溫度值下降至預期溫度值(比較器11)之下，溫度下降(比較器15)。換言之控制偏差超過控制偏差的第一閾值S1，在此典型實施方案中，S1為零，控制偏差也增大。作為系統(tǒng)空載時間的結果，盡管第一轉速擋接通，實際溫度值開始下降直至最低(點L)。之后，在以第一轉速轉動的風扇作用下使溫度上升。在點M，控制偏差Xe下降至控制偏差的第二閾值S2以下，第一轉速擋關斷。然而，溫度進一步上升超過預期值W至最高點N，然后再下降至預期溫度值W(點O)之下，因而，風扇再次接通第一轉速擋。當實際溫度再次在點P達到預期溫度值時，再次關斷第一轉速擋。
若將圖4的曲線圖(根據(jù)本發(fā)明的控制方法)與圖1B的曲線圖(公知的控制方法)做比較，很明顯，根據(jù)本發(fā)明的方法的溫度變化減少了50％以上。由于室溫更穩(wěn)定，相應地改善了使用者的舒適感。而且，采用此法可節(jié)省可觀的能量。
根據(jù)本發(fā)明的控制器的進一步的優(yōu)點在于，風扇僅在開始預熱階段，即當室內還冷的時候，以第二轉速擋轉動。在正常運行時，單靠第一轉速，一旦達到就足以維持預期溫度值。按此方式可使使用者避開過多的特別是破壞性噪聲的負擔。
在本發(fā)明進一步開發(fā)中可以有許多變化。按此方法可以固定預置或取決于裝配具體的參數(shù)(Ki)選擇控制偏差的閾值。比較器可以做成施密特(Schmitt)觸發(fā)器。然而，可以提供一種與微處理器相結合的模/數(shù)轉換器替代它們，因此所有的比較可在微處理器中完成。該微處理器還可接管微分和積分裝置的全部功能。該控制方法可以轉變?yōu)槿我忸A期的轉速擋。特別是，可以使用多個風扇。這些風扇可以任意選擇同時工作。用兩個以低轉速運行的風扇即可實現(xiàn)第二轉速擋。
權利要求
1.一種使用至少具有一風扇的重復循環(huán)空調裝置，測量實際溫度值并與預期的溫度值比較，形成控制偏差，根據(jù)該控制偏差至少在兩檔上切換風扇轉速的控制室溫的方法，其特征在于，當控制偏差大于第一閾值、或恒定或增加時，接通第一轉速；當控制偏差減小并下降至第二閾值以下時，關斷第一轉速；當控制偏差大于第三閾值時，和/或當控制偏差增加或恒定，控制偏差對時間的積分超過一預定地，接通第二轉速；當控制偏差減小并下降至第四閾值時，關斷第二轉速；以及將控制偏差的第一閾值設定為小于或等于第二閾值，將第二閾值設定為小于或等于第四閾值，而將第四閾值設定為小于或等于第三閾值。
2.如權利要求1的方法，其特征在于，加熱時的控制偏差由預期的溫度值減去實際溫度值確定，而冷卻時的控制偏差由實際溫度值與預期溫度值之差確定，并將控制偏差的第一至第四閾值設定為大于或等于零。
3.如權利要求1或2的方法，其特征在于，控制偏差對時間的積分被中斷并設定為零，并在關斷第一和第二轉速檔后立即重新開始積分。
4.如權利要求1～3之一所請求的方法，其特征在于，控制偏差的第一閾值設定為零。
5.如權利要求1～4之一所請求的方法，其特征在于，僅在風扇在第一和/或第二轉速經(jīng)過最短時間周期運行后，關斷第一和/或第二轉速檔。
6.如權利要求4或5所請求的方法，其特征在于，在每種情況下最短時間周期為三周。
7.如權利要求1～6之一所請求的方法，其特征在于，在夜間運行時，第一轉速檔保持不切換，此時的第二轉速檔在第一轉速檔的切換條件下切換，在夜間運行時，忽略第二轉速檔的切換條件。
8.如權利要求1～7之一所請求的方法，其特征在于，在夜間運行時，實際溫度值以恒定值減小或增加。
9.如權利要求1～8之一所請求的方法，其特征在于，包括一模糊邏輯裝置的控制器被用于切換轉速。
10.如權利要求1～8之一所請求的方法，其特征在于，測量和控制信號是經(jīng)數(shù)字化處理的。
11.實施如權利要求1～10之一所請求的方法的控制設備，其特征在于，包括至少一個用以確定實際值(W)的溫度檢測元件(2)；至少一個用以設定預期溫度值(W)的控制單元(7)；一用以確定控制偏差隨時間變化的微分裝置(4)；五個比較器(5～9)，其中的四個(11～14)將控制偏差分別與控制偏差的第一～第四閾值的每一個相應比較，而第五個(15)將控制偏差對時間的變化與零作比較；以及一連接在比較器之后的用以切換風扇的轉速的邏輯判定裝置(17)。
12.如權利要求11所請求的控制設備，其特征在于，還設置一用以對控制偏差積分的積分裝置(5)和連接在該積分器(5)之后的另一個比較器(16)，后者(16)將控制偏差對時間的積分與預定值作比較。
13.如權利要求11或12所請求的控制設備，其特征在于，邏輯判定裝置(17)做成模糊邏輯裝置。
全文摘要
在本公開方法中，設定溫度值W減去實際溫度值X形成偏差Xe。當偏差(Xe)高于第一閾值(S
文檔編號G05B13/02GK1164284SQ95196370
公開日1997年11月5日 申請日期1995年11月14日 優(yōu)先權日1994年11月22日
發(fā)明者約瑟夫·安曼 申請人:霍瓦爾·英特爾里茲公開股份有限公司