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基于齊次控制理論的空調溫度控制方法及裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201511000380.X

申請日:

2015.12.28

公開號:

CN105485850A

公開日:

2016.04.13

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||著錄事項變更IPC(主分類):F24F 11/64變更事項:發明人變更前:魏偉變更后:王海濤 魏偉 肖珊 楊雪來 繆勝昔|||實質審查的生效IPC(主分類):F24F 11/00申請日:20151228|||公開
IPC分類號: F24F11/00 主分類號: F24F11/00
申請人: 深圳達實智能股份有限公司
發明人: 魏偉
地址: 518057廣東省深圳市南山區高新技術產業園高科技南三道7號達實智能大廈
優先權:
專利代理機構: 深圳市瑞方達知識產權事務所(普通合伙)44314 代理人: 張約宗; 陳斌
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201511000380.X

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2018.04.10|||2018.03.30|||2016.05.11|||2016.04.13

法律狀態類型:

授權|||著錄事項變更|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種基于齊次控制理論的空調溫度控制方法,該方法包括:溫度控制器根據初始目標溫度差及初始溫差變化率,計算初始控制值,在第一個預設控制周期內根據初始控制值進行溫度控制;從第二個預設控制周期的起始點達到時開始,每開始一新的所述預設控制周期,則在新的預設控制周期內,根據預設控制周期的起始點對應的控制值進行溫度控制,直至新的預設控制周期的起始點的控制值對應的目標溫度差小于第二溫差閾值時,停止新的預設控制周期的溫度控制。本發明還公開了一種基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置。本發明降低了能耗,提高了能源利用率,降低了成本,更加環保高效。

權利要求書

1.一種基于齊次控制理論的空調溫度控制方法,其特征在于,所述基于
齊次控制理論的空調溫度控制方法包括以下步驟:
步驟S10,溫度控制器實時獲取環境溫度值,并判斷所述環境溫度值與
預先設定的目標溫度值之間是否存在溫度差;
步驟S20,當溫度控制器判定存在溫度差時,實時偵測所述溫度差是否
大于預設的第一溫差閾值;
步驟S30,當所述溫度差大于所述第一溫差閾值時,溫度控制器確定大
于所述第一溫差閾值的所述溫度差為初始目標溫度差,并根據所述溫度差的
歷史數據確定初始溫差變化率;
步驟S40,溫度控制器根據所述初始目標溫度差及所述初始溫差變化率,
計算初始控制值,在第一個預設控制周期內根據所述初始控制值進行溫度控
制;從第二個所述預設控制周期的起始點達到時開始,每開始一新的所述預
設控制周期,則在新的所述預設控制周期內,根據所述預設控制周期的起始
點對應的控制值進行溫度控制,直至新的所述預設控制周期的起始點的控制
值對應的目標溫度差小于第二溫差閾值時,停止新的所述預設控制周期的溫
度控制;
其中,所述控制值及所述控制值對應的目標溫度差由溫度控制器以預設
頻率采樣而得,所述控制值滿足:
u=-2x1-3x2-5x13-x23
u為所述控制值,x1為所述目標溫度差,x2為所述溫差變化率,且所述
目標溫度差滿足:所述溫差變化率滿足所述為所述溫
度差對時間的導數,所述為所述溫差變化率對時間的導數。
2.如權利要求1所述的基于齊次控制理論的空調溫度控制方法,其特征
在于,所述步驟S40包括:
溫度控制器根據所述初始目標溫度差及所述初始溫差變化率,計算初始
控制值,在第一個預設控制周期內根據所述初始控制值進行溫度控制,并在
第一個所述預設控制周期內以預設頻率對所述控制值進行采樣,以獲取第二
個所述預設控制周期的起始點對應的所述控制值;從第二個所述預設控制周
期的起始點達到時開始,每開始一新的所述預設控制周期,則在新的所述預
設控制周期內,根據所述預設控制周期的起始點對應的控制值進行溫度控制,
并在所述預設控制周期內以所述預設頻率對所述控制值進行采樣以獲取下一
所述預設控制周期的起始點對應的所述控制值,直至獲取的所述控制值對應
的所述溫度差小于第二溫差閾值時,停止下一所述預設控制周期的溫度控制。
3.如權利要求1或2所述的基于齊次控制理論的空調溫度控制方法,其
特征在于,所述在新的所述預設控制周期內,根據所述預設控制周期的起始
點對應的控制值進行溫度控制的步驟包括:
步驟S41,溫度控制器根據新的所述預設控制周期的起始點對應的控制
值,確定所述目標輸入電壓值;其中,所述控制值與所述目標輸入電壓值呈
正比的關系;
步驟S42,在新的所述預設控制周期內,溫度控制器控制溫度控制電機
的輸入電壓值維持在所述目標輸入電壓值,以進行溫度控制。
4.如權利要求1或2所述的基于齊次控制理論的空調溫度控制方法,其
特征在于,所述步驟S30之后還包括:
步驟S50,溫度控制器定時獲取所述環境溫度值與預先設定的所述目標
溫度值之間的溫度差,并計算實際獲取的所述溫度差與當前預設控制周期所
采用的所述控制值對應的目標溫度差之間的偏差值;
步驟S60,當所述偏差值大于預設偏差閾值時,溫度控制器重新根據所
述溫度差的歷史數據確定新的所述溫差變化率,且將新的所述溫差變化率作
為新的所述初始溫差變化率,將獲取的所述溫度差作為新的所述初始目標溫
度差,執行步驟S40。
5.如權利要求1或2所述的基于齊次控制理論的空調溫度控制方法,其
特征在于,步驟S30中,所述根據所述溫度差的歷史數據確定初始溫差變化
率的步驟還包括:
溫度控制器確定此次存在溫度差的時刻至所述溫度差大于所述第一溫差
閾值的時刻之間的時間間隔,并提取所述時間間隔中所有所述溫度差的數據,
并根據所有所述溫度差,確定所述溫差變化率。
6.一種基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置,其特征在于,所述基于
齊次控制理論的空調溫度控制裝置包括:
判斷模塊,用于實時獲取環境溫度值,并判斷所述環境溫度值與預先設
定的目標溫度值之間是否存在溫度差;
偵測模塊,用于當所述判斷模塊判定存在溫度差時,實時偵測所述溫度
差是否大于預設的第一溫差閾值;
初始值獲取模塊,用于當所述溫度差大于所述第一溫差閾值時,確定大
于所述第一溫差閾值的所述溫度差為初始目標溫度差,并根據所述溫度差的
歷史數據確定初始溫差變化率;
控制模塊,用于根據所述初始目標溫度差及所述初始溫差變化率,計算
初始控制值,在第一個預設控制周期內根據所述初始控制值進行溫度控制;
從第二個所述預設控制周期的起始點達到時開始,每開始一新的所述預設控
制周期,則在新的所述預設控制周期內,根據所述預設控制周期的起始點對
應的控制值進行溫度控制,直至新的所述預設控制周期的起始點的控制值對
應的目標溫度差小于第二溫差閾值時,停止新的所述預設控制周期的溫度控
制;
其中,所述控制值及所述控制值對應的目標溫度差由基于齊次控制理論
的空調溫度控制裝置以預設頻率采樣而得,所述控制值滿足:
u=-2x1-3x2-5x13-x23
u為所述控制值,x1為所述目標溫度差,x2為所述溫差變化率,且所述
目標溫度差滿足:所述溫差變化率滿足所述為所述溫
度差對時間的導數,所述為所述溫差變化率對時間的導數。
7.如權利要求6所述的基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置,其特征
在于,所述控制模塊還用于:
根據所述初始目標溫度差及所述初始溫差變化率,計算初始控制值,在
第一個預設控制周期內根據所述初始控制值進行溫度控制,并在第一個所述
預設控制周期內以預設頻率對所述控制值進行采樣,以獲取第二個所述預設
控制周期的起始點對應的所述控制值;從第二個所述預設控制周期的起始點
達到時開始,每開始一新的所述預設控制周期,則在新的所述預設控制周期
內,根據所述預設控制周期的起始點對應的控制值進行溫度控制,并在所述
預設控制周期內以所述預設頻率對所述控制值進行采樣以獲取下一所述預設
控制周期的起始點對應的所述控制值,直至獲取的所述控制值對應的所述溫
度差小于第二溫差閾值時,停止下一所述預設控制周期的溫度控制。
8.如權利要求6或7所述的基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置,其
特征在于,所述控制模塊包括:
計算單元,用于根據新的所述預設控制周期的起始點對應的控制值,確
定所述目標輸入電壓值;其中,所述控制值與所述目標輸入電壓值呈正比的
關系;
控制單元,用于在新的所述預設控制周期內,控制溫度控制電機的輸入
電壓值維持在所述目標輸入電壓值,以進行溫度控制。
9.如權利要求6或7所述的基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置,其
特征在于,所述基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置還包括:
偏差檢測模塊,用于定時獲取所述環境溫度值與預先設定的所述目標溫
度值之間的溫度差,并計算實際獲取的所述溫度差與當前預設控制周期所采
用的所述控制值對應的目標溫度差之間的偏差值;當所述偏差值大于預設偏
差閾值時,重新根據所述溫度差的歷史數據確定新的所述溫差變化率,且將
新的所述溫差變化率作為新的所述初始溫差變化率,將獲取的所述溫度差作
為新的所述初始目標溫度差,調用所述控制模塊。
10.如權利要求6或7所述的基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置,
其特征在于,所述初始值獲取模塊還用于:
確定此次存在溫度差的時刻至所述溫度差大于所述第一溫差閾值的時刻
之間的時間間隔,并提取所述時間間隔中所有所述溫度差的數據,并根據所
有所述溫度差,確定所述溫差變化率。

說明書

基于齊次控制理論的空調溫度控制方法及裝置

技術領域

本發明涉及空調溫度控制領域,尤其涉及基于齊次控制理論的空調溫度
控制方法及裝置。

背景技術

空調溫度控制器是地鐵運營系統的一個重要組成部分,其消耗的能源費
用約占地鐵建筑總能耗的40%-60%。這主要的原因在于,當溫度的實測值與
預先設定的目標溫度值存在溫度差時,需要調用空調溫度控制器進行溫度的
控制,以消除該溫度差,但目前空調溫度控制系統采用傳統的控制理論對溫
度進行控制,而該傳統的控制理論往往導致穩定時間過長,即達到穩態所需
的時間過長,在該穩定時間內,空調溫度控制器始終處于高負荷工作狀態,
導致大量能源被消耗。可見,如何縮短空調溫度控制器控制溫度差所需的穩
定時間成為亟待解決的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于解決如何縮短空調溫度控制器控制溫度差所需的
穩定時間的技術問題。

為實現上述目的,本發明提供的一種基于齊次控制理論的空調溫度控制
方法,所述基于齊次控制理論的空調溫度控制方法包括以下步驟:

步驟S10,溫度控制器實時獲取環境溫度值,并判斷所述環境溫度值與預
先設定的目標溫度值之間是否存在溫度差;

步驟S20,當溫度控制器判定存在溫度差時,實時偵測所述溫度差是否大
于預設的第一溫差閾值;

步驟S30,當所述溫度差大于所述第一溫差閾值時,溫度控制器確定大于
所述第一溫差閾值的所述溫度差為初始目標溫度差,并根據所述溫度差的歷
史數據確定初始溫差變化率;

步驟S40,溫度控制器根據所述初始目標溫度差及所述初始溫差變化率,
計算初始控制值,在第一個預設控制周期內根據所述初始控制值進行溫度控
制;從第二個所述預設控制周期的起始點達到時開始,每開始一新的所述預
設控制周期,則在新的所述預設控制周期內,根據所述預設控制周期的起始
點對應的控制值進行溫度控制,直至新的所述預設控制周期的起始點的控制
值對應的目標溫度差小于第二溫差閾值時,停止新的所述預設控制周期的溫
度控制;

其中,所述控制值及所述控制值對應的目標溫度差由溫度控制器以預設
頻率采樣而得,所述控制值滿足:

u=-2x1-3x2-5x13-x23

u為所述控制值,x1為所述目標溫度差,x2為所述溫差變化率,且所述目
標溫度差滿足:所述溫差變化率滿足所述為所述溫度
差對時間的導數,所述為所述溫差變化率對時間的導數。

優選地,所述步驟S40包括:

溫度控制器根據所述初始目標溫度差及所述初始溫差變化率,計算初始
控制值,在第一個預設控制周期內根據所述初始控制值進行溫度控制,并在
第一個所述預設控制周期內以預設頻率對所述控制值進行采樣,以獲取第二
個所述預設控制周期的起始點對應的所述控制值;從第二個所述預設控制周
期的起始點達到時開始,每開始一新的所述預設控制周期,則在新的所述預
設控制周期內,根據所述預設控制周期的起始點對應的控制值進行溫度控制,
并在所述預設控制周期內以所述預設頻率對所述控制值進行采樣以獲取下一
所述預設控制周期的起始點對應的所述控制值,直至獲取的所述控制值對應
的所述溫度差小于第二溫差閾值時,停止下一所述預設控制周期的溫度控制。

優選地,所述在新的所述預設控制周期內,根據所述預設控制周期的起
始點對應的控制值進行溫度控制的步驟包括:

步驟S41,溫度控制器根據新的所述預設控制周期的起始點對應的控制
值,確定所述目標輸入電壓值;其中,所述控制值與所述目標輸入電壓值呈
正比的關系;

步驟S42,在新的所述預設控制周期內,溫度控制器控制溫度控制電機的
輸入電壓值維持在所述目標輸入電壓值,以進行溫度控制。

優選地,所述步驟S30之后還包括:

步驟S50,溫度控制器定時獲取所述環境溫度值與預先設定的所述目標溫
度值之間的溫度差,并計算實際獲取的所述溫度差與當前預設控制周期所采
用的所述控制值對應的目標溫度差之間的偏差值;

步驟S60,當所述偏差值大于預設偏差閾值時,溫度控制器重新根據所述
溫度差的歷史數據確定新的所述溫差變化率,且將新的所述溫差變化率作為
新的所述初始溫差變化率,將獲取的所述溫度差作為新的所述初始目標溫度
差,執行步驟S40。

優選地,步驟S30中,所述根據所述溫度差的歷史數據確定初始溫差變
化率的步驟還包括:

溫度控制器確定此次存在溫度差的時刻至所述溫度差大于所述第一溫差
閾值的時刻之間的時間間隔,并提取所述時間間隔中所有所述溫度差的數據,
并根據所有所述溫度差,確定所述溫差變化率。

此外,為實現上述目的,本發明還提供一種基于齊次控制理論的空調溫
度控制裝置,所述基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置包括:

判斷模塊,用于實時獲取環境溫度值,并判斷所述環境溫度值與預先設
定的目標溫度值之間是否存在溫度差;

偵測模塊,用于當所述判斷模塊判定存在溫度差時,實時偵測所述溫度
差是否大于預設的第一溫差閾值;

初始值獲取模塊,用于當所述溫度差大于所述第一溫差閾值時,確定大
于所述第一溫差閾值的所述溫度差為初始目標溫度差,并根據所述溫度差的
歷史數據確定初始溫差變化率;

控制模塊,用于根據所述初始目標溫度差及所述初始溫差變化率,計算
初始控制值,在第一個預設控制周期內根據所述初始控制值進行溫度控制;
從第二個所述預設控制周期的起始點達到時開始,每開始一新的所述預設控
制周期,則在新的所述預設控制周期內,根據所述預設控制周期的起始點對
應的控制值進行溫度控制,直至新的所述預設控制周期的起始點的控制值對
應的目標溫度差小于第二溫差閾值時,停止新的所述預設控制周期的溫度控
制;

其中,所述控制值及所述控制值對應的目標溫度差由基于齊次控制理論
的空調溫度控制裝置以預設頻率采樣而得,所述控制值滿足:

u=-2x1-3x2-5x13-x23

u為所述控制值,x1為所述目標溫度差,x2為所述溫差變化率,且所述目
標溫度差滿足:所述溫差變化率滿足所述為所述溫度
差對時間的導數,所述為所述溫差變化率對時間的導數。

優選地,所述控制模塊還用于:

根據所述初始目標溫度差及所述初始溫差變化率,計算初始控制值,在
第一個預設控制周期內根據所述初始控制值進行溫度控制,并在第一個所述
預設控制周期內以預設頻率對所述控制值進行采樣,以獲取第二個所述預設
控制周期的起始點對應的所述控制值;從第二個所述預設控制周期的起始點
達到時開始,每開始一新的所述預設控制周期,則在新的所述預設控制周期
內,根據所述預設控制周期的起始點對應的控制值進行溫度控制,并在所述
預設控制周期內以所述預設頻率對所述控制值進行采樣以獲取下一所述預設
控制周期的起始點對應的所述控制值,直至獲取的所述控制值對應的所述溫
度差小于第二溫差閾值時,停止下一所述預設控制周期的溫度控制。

優選地,所述控制模塊包括:

計算單元,用于根據新的所述預設控制周期的起始點對應的控制值,確
定所述目標輸入電壓值;其中,所述控制值與所述目標輸入電壓值呈正比的
關系;

控制單元,用于在新的所述預設控制周期內,控制溫度控制電機的輸入
電壓值維持在所述目標輸入電壓值,以進行溫度控制。

優選地,所述基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置還包括:

偏差檢測模塊,用于定時獲取所述環境溫度值與預先設定的所述目標溫
度值之間的溫度差,并計算實際獲取的所述溫度差與當前預設控制周期所采
用的所述控制值對應的目標溫度差之間的偏差值;當所述偏差值大于預設偏
差閾值時,重新根據所述溫度差的歷史數據確定新的所述溫差變化率,且將
新的所述溫差變化率作為新的所述初始溫差變化率,將獲取的所述溫度差作
為新的所述初始目標溫度差,調用所述控制模塊。

優選地,所述初始值獲取模塊還用于:

確定此次存在溫度差的時刻至所述溫度差大于所述第一溫差閾值的時刻
之間的時間間隔,并提取所述時間間隔中所有所述溫度差的數據,并根據所
有所述溫度差,確定所述溫差變化率。

本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法大幅縮短了穩定時間,從
而減少溫度控制器處于高負荷工作狀態的時間,因此,降低了能耗,提高了
能源利用率,降低了成本,更加環保高效。

附圖說明

圖1為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法第一實施例的流程
示意圖;

圖2為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法控制溫度差所需穩
定時間的仿真圖;

圖3為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法第二實施例的流程
示意圖;

圖4為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法第三實施例的流程
示意圖;

圖5為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置第一實施例的功能
模塊示意圖;

圖6為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置第二實施例的功能
模塊示意圖;

圖7為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置第三實施例的功能
模塊示意圖。

本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例,參照附圖做進一步
說明。

具體實施方式

應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明,并不用于限
定本發明。

本領域技術人員可以理解,本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方
法及裝置的下述實施例中,所述基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置可設
置在溫度控制器中,也可以是設置在溫度控制器外,與溫度控制器以有線或
者無線的方式數據連接,還可以是其他任何適用的方式設置本發明基于齊次
控制理論的空調溫度控制裝置,本發明對此不作限定。

本發明提供一種基于齊次控制理論的空調溫度控制方法。

參照圖1,圖1為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法第一實施
例的流程示意圖。

在本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法第一實施例中,該基于
齊次控制理論的空調溫度控制方法包括:

步驟S10,溫度控制器實時獲取環境溫度值,并判斷所述環境溫度值與預
先設定的目標溫度值之間是否存在溫度差;

空調的溫度傳感器實時的采集環境溫度值,并將采集的環境溫度值發送
至溫度控制器,溫度控制器實時的接收該環境溫度值,并判斷該環境溫度值
與預先設定的目標溫度值之間是否存在溫度差;其中,上述目標溫度值是指
用戶預先在空調器上設置的期望達到的環境溫度值。

步驟S20,若是,實時偵測所述溫度差是否大于預設的第一溫差閾值;

若溫度控制器判定存在溫度差時,則進一步判斷該溫度差是否大于預設
的第一溫差閾值;其中,上述第一溫差閾值可根據用戶的需求預先設置,當
然,若溫度控制器中預先存儲有第一溫差閾值的默認值,且用戶未對該第一
溫差閾值進行設置的情況下,也可采用默認值作為當前的第一溫差閾值。

若溫度控制器判定不存在溫度差,則返回繼續執行步驟S10。

步驟S30,當所述溫度差大于所述第一溫差閾值時,溫度控制器確定大于
所述第一溫差閾值的所述溫度差為初始目標溫度差,并根據所述溫度差的歷
史數據確定初始溫差變化率;

當溫度差大于第一溫差閾值時,溫度控制器將該大于第一溫差閾值的溫
度差作為初始目標溫度差,并根據記錄的溫度差的歷史數據確定初始溫差變
化率;其中,該溫度差的歷史數據可以是此次存在溫度差的時刻至溫度差大
于第一溫差閾值的時刻之間的時間間隔中所記錄的所有溫度差,也可以是溫
度控制器在更長的一段時間間隔中所記錄的所有溫度差;上述溫差變化率是
指溫度差的變化率。

步驟S40,溫度控制器根據所述初始目標溫度差及所述初始溫差變化率,
計算初始控制值,在第一個預設控制周期內根據所述初始控制值進行溫度控
制;從第二個所述預設控制周期的起始點達到時開始,每開始一新的所述預
設控制周期,則在新的所述預設控制周期內,根據所述預設控制周期的起始
點對應的控制值進行溫度控制,直至新的所述預設控制周期的起始點的控制
值對應的目標溫度差小于第二溫差閾值時,停止新的所述預設控制周期的溫
度控制,并返回步驟S10。

其中,所述控制值及所述控制值對應的目標溫度差由溫度控制器以預設
頻率采樣而得,所述控制值滿足:

u=-2x1-3x2-5x13-x23

u為所述控制值,x1為所述溫度差,x2為所述溫差變化率,且所述溫度差
滿足:所述溫差變化率滿足所述為所述溫度差對時間
的導數,所述為所述溫差變化率對時間的導數。上述溫度差x1的單位可以
是℃,溫差變化率x2的單位可以是℃/S,時間t的單位可以是S。

上述預設控制周期可以是根據用戶的需求設置的控制周期,也可以是根
據默認值設置的控制周期,該控制周期的長度可以以時間為量度,也可以以
采樣次數為量度,例如,控制周期的長度為5秒,或者,控制周期的長度為
50次采樣;同樣,上述控制周期的起始點與終點可以用時間表示,也可以用
采樣次數表示。

上述采樣的方法如下:

根據采樣頻率,每隔一采樣間隔時間計算一次控制值,該控制值的公式
如下:

u(k)=-2x1(k)-3x2(k)-5(x1(k))3-(x2(k))3,

其中,由得出:x1(k+1)-x1(k)=x2(k),

由得出:x2(k+1)-x2(k)=u(k),k為采樣次數,K≥0,當K=0
時,則x1(0)為初始目標溫度差,x2(0)為初始溫差變化率,u(0)為初始
控制值。

將初始目標溫度差、初始溫差變化率及初始控制值代入上式,開始進行
采樣,每采樣一次,則將上一次采樣得到的目標溫度差、溫差變化率及控制
值代入上式,求得此次采樣的目標溫度差、溫差變化率及控制值。

溫度控制器將初始目標溫度差x1(0)和初始溫差變化率x2(0)代入控
制值的公式,計算得到初始控制值u(0)。在第一個預設控制周期內,根據初
始控制值進行溫度控制,在接下來的每一個新的預設控制周期內,則根據各
預設控制周期的起始點對應的控制值進行溫度控制,直至新的預設控制周期
的起始點的控制值對應的目標溫度差小于第二溫差閾值時,停止溫度控制,
返回步驟S10。其中,上述控制值對應的目標溫度差即為同一次采樣獲得的控
制值對應的目標溫度差,如:x1(k)為控制值u(k)對應的目標溫度差。

上述第二溫差閾值可根據用戶的需求預先設置,當然,若溫度控制器中
預先存儲有第二溫差閾值的默認值,且用戶未對該第二溫差閾值進行設置的
情況下,也可采用默認值作為當前的第二溫差閾值。

當獲取的控制值對應的目標溫度差小于第二溫差閾值時,表示溫度差的
控制達到了穩態,無需繼續對溫度進行調整。

根據李雅普諾夫穩定性分析,可得出本實施例的基于齊次控制理論的空
調溫度控制方法是可以使得系統穩定的。

此外,請參照圖2,圖2為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法
控制溫度差所需穩定時間的仿真圖。圖2中,橫坐標為時間(s),縱坐標為檢
測到的環境溫度值與目標溫度值之間的溫度差(℃),曲線a為傳統方法的曲
線,曲線b為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法的曲線,從圖2
可見,相較于傳統方法,本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法控制
溫度差所需穩定時間大幅縮短。

本實施例基于齊次控制理論的空調溫度控制方法大幅縮短了穩定時間,
從而減少溫度控制器處于高負荷工作狀態的時間,因此,降低了能耗,提高
了能源利用率,降低了成本,更加環保高效。

本實施例中,所述步驟S40還可具體為:

溫度控制器根據所述初始目標溫度差及所述初始溫差變化率,計算初始
控制值,在第一個預設控制周期內根據所述初始控制值進行溫度控制,并在
第一個所述預設控制周期內以預設頻率對所述控制值進行采樣,以獲取第二
個所述預設控制周期的起始點對應的所述控制值;從第二個所述預設控制周
期的起始點達到時開始,每開始一新的所述預設控制周期,則在新的所述預
設控制周期內,根據所述預設控制周期的起始點對應的控制值進行溫度控制,
并在所述預設控制周期內以所述預設頻率對所述控制值進行采樣以獲取下一
所述預設控制周期的起始點對應的所述控制值,直至獲取的所述控制值對應
的所述溫度差小于第二溫差閾值時,停止下一所述預設控制周期的溫度控制,
并返回步驟S10。

由于預設控制周期的長度是已知的,因此,可控制在預設控制周期長度
內進行采樣。溫度控制器在第一個預設控周期中以預設頻率對控制值進行采
樣,以獲取第二個預設控制周期的起始點對應的控制值,當第二個預設控制
周期的起始點到達時,則在第二個預設控制周期內,將該第二個預設控制周
期的起始點對應的控制值作為第二個預設控制周期的控制值進行溫度控制,
并且在第二個預設控制周期內,以預設頻率對控制值進行采樣,以獲取第三
個預設控制周期的起始點對應的控制值,重復此步驟,直至獲取的控制值對
應的目標溫度差小于第二溫差閾值時,停止下一預設控制周期的溫度控制,
并返回步驟S10。

參照圖3,圖3為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法第二實施
例的流程示意圖。

本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法第二實施例中,本實施例
在第一實施例的基礎上,步驟S40中,所述在新的所述預設控制周期內,根
據所述預設控制周期的起始點對應的控制值進行溫度控制的步驟包括:

步驟S41,溫度控制器根據新的所述預設控制周期的起始點對應的控制
值,確定所述目標輸入電壓值;

步驟S42,在新的所述預設控制周期內,溫度控制器控制溫度控制電機的
輸入電壓值維持在所述目標輸入電壓值,以進行溫度控制。

其中,所述控制值與所述目標輸入電壓值呈正比的關系。因此,若要確
定目標輸入電壓值,只需將控制值乘以一比例系數即可,而該比例系數是預
先可知的。

由于溫度控制電機的輸入電壓值與其控制輸入的冷氣或熱氣的溫度呈正
相關性,因此,通過控制溫度控制電機的輸入電壓值,即可控制溫度。

需要注意的是,本實施例的溫度控制方法同樣適用于第一個預設控制周
期中,根據初始控制值進行溫度控制。

參照圖4,圖4為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法第三實施
例的流程示意圖。

本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法第三實施例中,本實施例
在第一實施例及第二實施例的基礎上,所述步驟S30之后還包括:

步驟S50,溫度控制器定時獲取所述環境溫度值與預先設定的所述目標溫
度值之間的溫度差,并計算實際獲取的所述溫度差與當前預設控制周期所采
用的所述控制值對應的目標溫度差之間的偏差值;

步驟S60,當所述偏差值大于預設偏差閾值時,溫度控制器重新根據所述
溫度差的歷史數據確定新的所述溫差變化率,且將新的所述溫差變化率作為
新的所述初始溫差變化率,將獲取的所述溫度差作為新的所述初始目標溫度
差,執行步驟S40。

溫度控制器定時的偵測當前采用的溫度控制策略是否與實際值存在偏
差,上述定時獲取的溫度差即為實際測得的溫度差,當前預設控制周期所采
用的控制值對應的目標溫度差即為本控制策略預期達到的溫度差。當兩溫度
差之間存在偏差值,且該偏差值超過預設偏差閾值時,則溫度控制器確定當
前的溫度控制策略與實際值存在偏差。其中,上述預設偏差閾值可由用戶根
據需求預先設定,也可由溫度控制器根據默認值設定。

當溫度控制器確定當前的溫度控制策略與實際值存在偏差時,則重新根
據溫度差的歷史數據確定新的溫差變化率,其具體方法可參照第一實施例,
再將該新的溫差變化率作為新的初始溫差變化率,將實際測得的當前的溫度
差作為新的初始目標溫度差,執行步驟S40。

本實施例通過定時的將當前溫度控制策略與實際值進行對比,從而可在
當前溫度控制策略過多的偏離實際值時,將當前溫度控制策略的參數進行重
新調整,使得本實施例的基于齊次控制理論的空調溫度控制方法更加精確。

本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制方法第四實施例中,本實施例
在第一實施例、第二實施例及第三實施例的基礎上,步驟S30中,所述根據
所述溫度差的歷史數據確定初始溫差變化率的步驟還包括:

溫度控制器確定此次存在溫度差的時刻至所述溫度差大于所述第一溫差
閾值的時刻之間的時間間隔,并提取所述時間間隔中所有所述溫度差的數據,
并根據所有所述溫度差,確定所述溫差變化率。

溫度控制器僅將此次存在溫度差的時刻至溫度差大于第一溫差閾值的時
刻之間的時間間隔內的溫度差數據作為歷史數據,并根據這些溫度差數據,
確定溫差變化率。這是由于只有這一部分歷史數據最能體現當前溫度差的變
化率,因此,可使溫度控制的結果能精確。

需要注意的是,本實施例的步驟S50與步驟S60可與步驟S40同時執行。

本發明進一步提供一種基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置。

參照圖5,圖5為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置第一實施
例的功能模塊示意圖。

在本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置第一實施例中,該基于
齊次控制理論的空調溫度控制裝置(下稱溫度控制裝置)包括:

判斷模塊10,用于實時獲取環境溫度值,并判斷所述環境溫度值與預先
設定的目標溫度值之間是否存在溫度差;

偵測模塊20,用于當所述判斷模塊10判定存在溫度差時,實時偵測所述
溫度差是否大于預設的第一溫差閾值;

初始值獲取模塊30,用于當所述溫度差大于所述第一溫差閾值時,確定
大于所述第一溫差閾值的所述溫度差為初始目標溫度差,并根據所述溫度差
的歷史數據確定初始溫差變化率;

控制模塊40,用于根據所述初始目標溫度差及所述初始溫差變化率,計
算初始控制值,在第一個預設控制周期內根據所述初始控制值進行溫度控制;
從第二個所述預設控制周期的起始點達到時開始,每開始一新的所述預設控
制周期,則在新的所述預設控制周期內,根據所述預設控制周期的起始點對
應的控制值進行溫度控制,直至新的所述預設控制周期的起始點的控制值對
應的目標溫度差小于第二溫差閾值時,停止新的所述預設控制周期的溫度控
制,并調用所述判斷模塊10;

其中,所述控制值及所述控制值對應的目標溫度差由基于齊次控制理論
的空調溫度控制裝置以預設頻率采樣而得,所述控制值滿足:

u=-2x1-3x2-5x13-x23

u為所述控制值,x1為所述目標溫度差,x2為所述溫差變化率,且所述目
標溫度差滿足:所述溫差變化率滿足所述為所述溫度
差對時間的導數,所述為所述溫差變化率對時間的導數。

空調的溫度傳感器實時的采集環境溫度值,并將采集的環境溫度值發送
至溫度控制裝置,判斷模塊10實時的接收該環境溫度值,并判斷該環境溫度
值與預先設定的目標溫度值之間是否存在溫度差;其中,上述目標溫度值是
指用戶預先在空調器上設置的期望達到的環境溫度值。

若判斷模塊10判定存在溫度差時,則偵測模塊20進一步判斷該溫度差
是否大于預設的第一溫差閾值;其中,上述第一溫差閾值可根據用戶的需求
預先設置,當然,若偵測模塊20中預先存儲有第一溫差閾值的默認值,且用
戶未對該第一溫差閾值進行設置的情況下,也可采用默認值作為當前的第一
溫差閾值。

若判斷模塊10判定不存在溫度差,則偵測模塊20繼續執行其任務。

當溫度差大于第一溫差閾值時,初始值獲取模塊30將該大于第一溫差閾
值的溫度差作為初始目標溫度差,并根據記錄的溫度差的歷史數據確定初始
溫差變化率;其中,該溫度差的歷史數據可以是此次存在溫度差的時刻至溫
度差大于第一溫差閾值的時刻之間的時間間隔中所記錄的所有溫度差,也可
以是在更長的一段時間間隔中所記錄的所有溫度差;上述溫差變化率是指溫
度差的變化率。

上述預設控制周期可以是根據用戶的需求設置的控制周期,也可以是根
據默認值設置的控制周期,該控制周期的長度可以以時間為量度,也可以以
采樣次數為量度,例如,控制周期的長度為5秒,或者,控制周期的長度為
50次采樣;同樣,上述控制周期的起始點與終點可以用時間表示,也可以用
采樣次數表示。

上述采樣的方法如下:

控制模塊40根據采樣頻率,每隔一采樣間隔時間計算一次控制值,該控
制值的公式如下:

u(k)=-2x1(k)-3x2(k)-5(x1(k))3-(x2(k))3,

其中,由得出:x1(k+1)-x1(k)=x2(k),

由得出:x2(k+1)-x2(k)=u(k),k為采樣次數,K≥0,當K=0
時,則x1(0)為初始目標溫度差,x2(0)為初始溫差變化率,u(0)為初始
控制值。

將初始目標溫度差、初始溫差變化率及初始控制值代入上式,開始進行
采樣,每采樣一次,則將上一次采樣得到的目標溫度差、溫差變化率及控制
值代入上式,求得此次采樣的目標溫度差、溫差變化率及控制值。

控制模塊40將初始目標溫度差x1(0)和初始溫差變化率x2(0)代入控
制值的公式,計算得到初始控制值u(0)。在第一個預設控制周期內,根據初
始控制值進行溫度控制,在接下來的每一個新的預設控制周期內,則根據各
預設控制周期的起始點對應的控制值進行溫度控制,直至新的預設控制周期
的起始點的控制值對應的目標溫度差小于第二溫差閾值時,停止溫度控制,
返回調用判斷模塊10。其中,上述控制值對應的目標溫度差即為同一次采樣
獲得的控制值對應的目標溫度差,如:x1(k)為控制值u(k)對應的目標溫
度差。

上述第二溫差閾值可根據用戶的需求預先設置,當然,若控制模塊40中
預先存儲有第二溫差閾值的默認值,且用戶未對該第二溫差閾值進行設置的
情況下,也可采用默認值作為當前的第二溫差閾值。

當獲取的控制值對應的目標溫度差小于第二溫差閾值時,表示溫度差的
控制達到了穩態,無需繼續對溫度進行調整。

本實施例基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置大幅縮短了穩定時間,
從而減少溫度控制器處于高負荷工作狀態的時間,因此,降低了能耗,提高
了能源利用率,降低了成本,更加環保高效。

本實施例中,所述控制模塊40還用于:

根據所述初始目標溫度差及所述初始溫差變化率,計算初始控制值,在
第一個預設控制周期內根據所述初始控制值進行溫度控制,并在第一個所述
預設控制周期內以預設頻率對所述控制值進行采樣,以獲取第二個所述預設
控制周期的起始點對應的所述控制值;從第二個所述預設控制周期的起始點
達到時開始,每開始一新的所述預設控制周期,則在新的所述預設控制周期
內,根據所述預設控制周期的起始點對應的控制值進行溫度控制,并在所述
預設控制周期內以所述預設頻率對所述控制值進行采樣以獲取下一所述預設
控制周期的起始點對應的所述控制值,直至獲取的所述控制值對應的所述溫
度差小于第二溫差閾值時,停止下一所述預設控制周期的溫度控制,并調用
所述判斷模塊10。

由于預設控制周期的長度是已知的,因此,可控制在預設控制周期長度
內進行采樣。控制模塊40在第一個預設控周期中以預設頻率對控制值進行采
樣,以獲取第二個預設控制周期的起始點對應的控制值,當第二個預設控制
周期的起始點到達時,則在第二個預設控制周期內,將該第二個預設控制周
期的起始點對應的控制值作為第二個預設控制周期的控制值進行溫度控制,
并且在第二個預設控制周期內,以預設頻率對控制值進行采樣,以獲取第三
個預設控制周期的起始點對應的控制值,重復此步驟,直至獲取的控制值對
應的目標溫度差小于第二溫差閾值時,停止下一預設控制周期的溫度控制。

參照圖6,圖6為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置第二實施
例的功能模塊示意圖。

本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置第二實施例中,本實施例
在第一實施例的基礎上,所述控制模塊40包括:

計算單元41,用于根據新的所述預設控制周期的起始點對應的控制值,
確定所述目標輸入電壓值;

控制單元42,用于在新的所述預設控制周期內,控制溫度控制電機的輸
入電壓值維持在所述目標輸入電壓值,以進行溫度控制。

其中,所述控制值與所述目標輸入電壓值呈正比的關系。因此,若要確
定目標輸入電壓值,只需將控制值乘以一比例系數即可,而該比例系數是預
先可知的。

由于溫度控制電機的輸入電壓值與其控制輸入的冷氣或熱氣的溫度呈正
相關性,因此,通過控制溫度控制電機的輸入電壓值,即可控制溫度。

需要注意的是,本實施例的溫度控制方法同樣適用于第一個預設控制周
期中,根據初始控制值進行溫度控制。

參照圖7,圖7為本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置第三實施
例的功能模塊示意圖。

本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置第三實施例中,本實施例
在第一實施例及第二實施例的基礎上,所述基于齊次控制理論的空調溫度控
制裝置還包括:

偏差檢測模塊50,用于定時獲取所述環境溫度值與預先設定的所述目標
溫度值之間的溫度差,并計算實際獲取的所述溫度差與當前預設控制周期所
采用的所述控制值對應的目標溫度差之間的偏差值;當所述偏差值大于預設
偏差閾值時,重新根據所述溫度差的歷史數據確定新的所述溫差變化率,且
將新的所述溫差變化率作為新的所述初始溫差變化率,將獲取的所述溫度差
作為新的所述初始目標溫度差,調用所述控制模塊40。

偏差檢測模塊50定時的偵測當前采用的溫度控制策略是否與實際值存在
偏差,上述定時獲取的溫度差即為實際測得的溫度差,當前預設控制周期所
采用的控制值對應的目標溫度差即為本控制策略預期達到的溫度差。當兩溫
度差之間存在偏差值,且該偏差值超過預設偏差閾值時,則偏差檢測模塊50
確定當前的溫度控制策略與實際值存在偏差。其中,上述預設偏差閾值可由
用戶根據需求預先設定,也可由偏差檢測模塊50根據默認值設定。

當偏差檢測模塊50確定當前的溫度控制策略與實際值存在偏差時,則重
新根據溫度差的歷史數據確定新的溫差變化率,其具體方法可參照第一實施
例,再將該新的溫差變化率作為新的初始溫差變化率,將實際測得的當前的
溫度差作為新的初始目標溫度差,調用控制模塊40。

本實施例通過定時的將當前溫度控制策略與實際值進行對比,從而可在
當前溫度控制策略過多的偏離實際值時,將當前溫度控制策略的參數進行重
新調整,使得本實施例的基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置更加精確。

本發明基于齊次控制理論的空調溫度控制裝置第四實施例中,本實施例
在第一實施例、第二實施例及第三實施例的基礎上,所述初始值獲取模塊30
還用于:

確定此次存在溫度差的時刻至所述溫度差大于所述第一溫差閾值的時刻
之間的時間間隔,并提取所述時間間隔中所有所述溫度差的數據,并根據所
有所述溫度差,確定所述溫差變化率。

初始值獲取模塊30僅將此次存在溫度差的時刻至溫度差大于第一溫差閾
值的時刻之間的時間間隔內的溫度差數據作為歷史數據,并根據這些溫度差
數據,確定溫差變化率。這是由于只有這一部分歷史數據最能體現當前溫度
差的變化率,因此,可使溫度控制的結果能精確。

以上僅為本發明的優選實施例,并非因此限制本發明的專利范圍,凡是
利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換,或直接或間
接運用在其他相關的技術領域,均同理包括在本發明的專利保護范圍內。

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本文標題:基于齊次控制理論的空調溫度控制方法及裝置.pdf
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