一种基于环境温度自适应调节的泳池热泵控制方法、系统、存储介质与流程

本发明涉及热泵控制，更具体地，涉及一种基于环境温度自适应调节的泳池热泵控制方法、系统、存储介质。

背景技术：

1、随着泳池恒温加热技术的普及，泳池热泵因其节能、环保的优势，已成为泳池温度调控的核心设备，其运行效率与制热稳定性直接影响泳池的使用体验与运营成本。泳池热泵的制热能力核心依赖压缩机的运行频率调控。然而，压缩机频率与环境温度、泳池目标水温之间存在复杂的非线性关联。在实际运行中，环境温度是不断变化的，这直接影响了热泵的蒸发温度和制热能力（cop）。并且在现有技术中还存在很多缺陷：

2、目前，市面上的泳池加热恒温热泵装置大多依赖于单片机pid算法进行控制。传统的pid算法仅依据“当前水温”与“目标水温”的偏差（error）及偏差变化率进行反馈调节，存在以下局限性：

3、环境适应性差：pid算法属于被动反馈调节，无法预判环境温度变化对制热量的影响。例如，在环境温度骤降时，热泵制热能力下降，单纯依靠水温下降后的反馈来提升频率，会导致水温回升滞后，恒温精准度差；

4、能效浪费：在不需要满负荷运行的环境下（如春秋季），pid可能因为积分累积导致频率超调，造成压缩机频繁启停或高频运行，增加不必要的能耗；

5、稳定性不足：在环境温度波动大的情况下，单一的闭环反馈容易引起系统震荡，影响设备寿命。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷（不足），提供了一种基于环境温度自适应调节的泳池热泵控制方法、系统、存储介质，用以解决现有pid算法无法根据环境温度动态调整，导致能效低、恒温稳定性差等问题。

2、一方面，本方案采取的技术方案是一种基于环境温度自适应调节的泳池热泵控制方法，所述方法包括以下步骤：

3、s1：数据采集，实时采集泳池当前水温、环境温度以及读取用户设定的目标水温；

4、s2：基础运行频率计算，根据采集到的数据，利用预设的“环境温度-基础频率”映射模型，计算当前环境温度下的压缩机基础运行频率，其中，所述环境温度越低，基础运行频率越高；环境温度越高，基础运行频率越低；

5、s3：pid偏差调节计算，根据采集到的数据计算当前水温与目标水温的温度差，然后将温度差输入pid控制器中计算出频率修正量；

6、s4：目标频率融合，将基础运行频率与频率修正量进行融合，计算出压缩机的最终目标运行频率；

7、s5：限幅执行控制，控制压缩机按照最终目标运行频率运行，并对所述最终目标运行频率进行安全限幅处理。

8、本发明采用环境温度前馈基础频率匹配结合水温pid反馈修正的复合控制方案，有效克服了传统单一pid控制仅依赖水温反馈、调节滞后的固有缺陷，通过环境温度实时自适应输出压缩机基础运行频率，提前匹配不同环境工况下泳池水体的散热损耗，实现制热能力的前置预判调节；再通过水温温差pid修正动态补偿水温偏差，精准校准制热输出，从而使压缩机能够按照最终目标运行频率运行；同时配合频率安全限幅策略，保证压缩机始终工作在合法额定区间。相较于传统纯反馈控制，本发明方案大幅提升热泵水温调节响应速度，避免环境温度波动带来的制热滞后与水温波动问题，有效抑制pid积分累积造成的频率超调，减少压缩机无效高频运行与频繁调节损耗，显著降低设备能耗，在兼顾泳池恒温控制精度、保障用户使用舒适度的同时，提升热泵整机运行稳定性，延长压缩机使用寿命，适配全季节复杂环境工况。

9、优选地，在所述步骤s2中包括：基于热泵的热力学特征曲线，测定在不同环境温度下维持水温恒定所需的理论基准制热量，并将该制热量映射为压缩机基础运行频率，从而构建出所述“环境温度-基础频率”映射模型。

10、本方案依托热泵实际热力学特征曲线构建“环境温度-基础频率”映射模型，通过测定不同环境温度下维持水温恒定所需的理论基准制热量，并将其精准映射为压缩机基础运行频率，使前馈控制参数完全贴合热泵真实制热特性，有效规避了传统经验拟合模型存在的工况适配偏差问题，大幅提升基础频率输出精度，降低后续 pid 反馈修正的调节负荷，可精准匹配不同环境下的水体散热损耗，减少系统调节偏差与水温震荡，显著提升热泵工况适配性、恒温稳定性及运行能效。

11、优选地，在所述步骤s2中，还可以采用分段线性函数的方式来构建“环境温度-基础频率”映射模型；所述分段线性函数公式为：

12、fbase=k(tstandardtamb)+fmin

13、其中，fbase为基础运行频率，k为温度系数，tstandard为标准基准温度，tamb为环境温度，fmin为最低维持频率。

14、在本发明方案中还可以采用分段线性函数构建“环境温度-基础频率”映射模型，能够精准表征环境温度与压缩机基础频率之间的变化趋势，契合热泵热力学变化规律。并且模型运算逻辑简单，能够大幅减少主控芯片实时计算量，保障前馈控制响应速度；同时模型内温度系数、基准温度、最低维持频率等参数独立可调，便于针对不同热泵机型现场标定。相比于复杂非线性拟合模型，本方案降低程序开发难度，简化调试流程，易于工程批量落地，在保证前馈调节精度的同时，有效控制硬件运行负荷。

15、优选地，在所述步骤s4和步骤s5之间还设有死区判断步骤，用于防止压缩机频繁进行调节。

16、通过在目标频率融合步骤与限幅执行步骤之间增设死区判断步骤，可在水温偏差较小的情况下抑制压缩机频率调整动作，避免微小水温波动引发压缩机频繁调频，有效减少压缩机反复启停与持续小幅调节带来的损耗，降低设备机械冲击，平稳水温波动幅度，提升泳池水温恒温效果，同时减少能耗，延长压缩机使用寿命。

17、优选地，所述死区判断步骤包括：

18、a1：设置恒温死区范围阈值以及目标水温这两个关键参数；

19、a2：根据当前水温与目标水温计算得到实时的温度差；

20、a3：死区阈值判断，判断所述实时的温度差的绝对值是否小于预设恒温死区范围阈值，若实时的温度差的绝对值小于恒温死区范围阈值，则判定水温处于恒温死区内，保持压缩机上一时刻的运行频率不变；若实时的温度差的绝对值大于或等于恒温死区范围阈值，则正常执行步骤s4计算最终目标运行频率。

21、在本方案中通过预设恒温死区阈值，依据实时水温偏差大小实施分级控制，当水温偏差处于死区范围内时锁定压缩机运行频率，仅在偏差超出阈值后执行频率调节，能够过滤水体微小扰动产生的无效调节指令，避免水温小幅波动造成压缩机持续小幅调频，从而有效缓解控制震荡，降低压缩机频繁调节带来的机械损耗，稳定泳池恒温效果；并且控制逻辑简洁清晰，便于控制器程序实现，在保障控温精度的前提下，优化热泵运行平稳性，减少整机能耗。

22、优选地，当判定水温处于恒温死区内时，还可以进行微调优化，通过屏蔽pid控制器的动态修正作用，仅依靠当前环境温度所对应的基础运行频率维持机组低功耗运行，补偿泳池水体自然散热损耗。

23、当水温落入恒温死区范围内时，屏蔽 pid 动态修正输出，仅依托环境温度对应的基础运行频率维持机组运行，持续补偿泳池水体自然散热损失。既避免 pid 微小偏差引发的持续调节震荡，又无需机组停机，可稳定维持水体温度。在保障恒温效果的同时，规避压缩机频繁调频，降低机械损耗；机组维持低功耗稳态运行，有效减少能量浪费，兼顾控温稳定性与整机运行能效。

24、优选地，在所述死区判断步骤中还包括：滞环防跳变逻辑：

25、当压缩机处于恒温死区范围内的维持运行状态时，仅当所述实时的温度差的绝对值大于扩大阈值时，才重新启动pid偏差调节计算与目标频率融合计算，用于防止水温在死区范围边界反复波动导致运行频率忽大忽小；其中，所述扩大阈值为预设的恒温死区范围阈值的若干倍。

26、在本方案中通过引入滞环防跳变逻辑，使压缩机组处于死区维持工况时，仅在水温偏差超出扩大阈值后方重新启动pid调节与频率融合计算，利用扩大阈值与恒温死区阈值形成差值区间，避免水温在死区临界位置小幅波动造成控制逻辑频繁切换，消除压缩机频率反复震荡现象。该逻辑无需复杂运算，易于控制器实现，进一步抑制调频振荡，减少压缩机频繁调整带来的负荷波动，提升泳池水温稳定度，降低机组机械损耗，优化长期运行能效。

27、优选地，将所述死区设置为动态死区，根据当前环境温度和/或水温变化率来动态调整恒温死区范围阈值，从而实现不同工况下的自适应恒温控制。

28、本方案依据环境温度和/或水温变化率动态调整恒温死区阈值，实现死区宽度自适应调节。在低温环境、水温快速变化时可适当拓宽死区，抑制频繁调频；环境温度适宜、水温平稳时收窄死区，保障控温精度。从而突破固定死区参数无法适配全工况的局限，兼顾恒温控制精度与机组运行平稳性，能够适配多变户外工况，减少不必要的频率调节，降低压缩机损耗，提升泳池热泵全工况自适应调控能力与综合运行能效。

29、优选地，在所述步骤s5中，还包括对所述最终目标运行频率进行安全限幅处理，使压缩机运行频率维持在预设最低启动频率与最大额定频率之间。

30、本步骤通过对最终目标运行频率实施安全限幅，将压缩机频率约束在最低启动频率与最大额定频率区间内，避免了目标频率过低造成压缩机无法正常启动，同时防止频率超出额定上限引发过载运行，保障压缩机硬件安全，降低故障风险，提升泳池热泵整机运行可靠性。

31、另一方面，本发明还提供了一种基于环境温度自适应调节的泳池热泵控制系统，所述系统包括：

32、数据采集模块：用于实时采集泳池当前水温、环境温度以及读取用户设定的目标水温；

33、基础运行频率计算模块：用于根据采集到的数据，利用预设的“环境温度-基础频率”映射模型，计算当前环境温度下的压缩机基础运行频率，其中，所述环境温度越低，基础运行频率越高；环境温度越高，基础运行频率越低；

34、pid偏差调节计算模块：根据采集到的数据计算当前水温与目标水温的温度差，然后将温度差输入pid控制器中计算出频率修正量；

35、目标频率融合模块：将基础运行频率与频率修正量进行融合，计算出压缩机的最终目标运行频率；

36、限幅执行控制模块：控制压缩机按照最终目标运行频率运行，并对所述最终目标运行频率进行安全限幅处理。

37、该控制系统通过各功能模块协同工作，构建环境温度前馈结合水温pid反馈的复合调控架构。数据采集模块实时获取多维度工况参数，基础频率计算模块依据环境温度预判散热损失输出前馈基础频率，pid偏差调节计算模块完成水温偏差闭环修正，目标频率融合模块实现两类频率有效结合，限幅执行控制模块保障压缩机安全运行。从而有效克服传统单一pid调节滞后缺陷，加快水温调节响应速度，抑制频率超调震荡，提升泳池恒温精度，降低机组能耗，增强热泵复杂工况适应能力。

38、又一方面，本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述基于环境温度自适应调节的泳池热泵控制方法。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

40、1、响应速度快：引入环境温度作为前馈控制，在水温尚未发生明显变化前，已根据环境冷暖趋势调整了压缩机的基础输出频率，克服了pid纯反馈的滞后性的问题。

41、2、节能高效：在环境温度较高时，自动降低基础频率，避免压缩机高频运行造成的电力浪费；在低温环境下，提前提升频率，确保制热效果，实现了能效与舒适度的平衡。

42、3、恒温精度高：“前馈（环境温度）+ 反馈（水温pid）”的复合控制策略，大幅减小了水温波动范围，提高了泳池恒温的稳定性。