一种电子膨胀阀控制方法及热泵系统与流程

1.本发明属于自动控制技术领域，具体地说，涉及一种电子膨胀阀控制方法及热泵系统。


背景技术：

2.电子膨胀阀结构和控制方法类似螺杆直线步进电机，用线圈驱动磁转子部件正反向分步转动，并将磁转子部件的旋转运行转化为丝杆的上下运动，由丝杆带动与之连接的阀杆上升或下降，控制电子膨胀阀的流量大小。
3.传统方法步进电机控制的步进量为一个脉冲，整步控制，一个脉冲在位置控制中形成固定的位移量，对应直线位移量达可达到0.01mm，但在电子膨胀阀控制中，一个脉冲的位移量可能造成被控温度变化2度到3度，对于需要精确控制温度的环境，不能满足要求。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术电子膨胀阀的开度调节控制中必须以整步进行控制，导致流量调节精确度低的技术问题，提出了一种电子膨胀阀控制方法，可以提高调节精度。
5.为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：一种电子膨胀阀控制方法，包括以下步骤：确定电子膨胀阀的一级调节周期t1；分别确定电子膨胀阀在各一级调节周期t1内的开度m，且所述开度m的精度至少保留小数点后一位，所述开度m的整数部分为n，小数部分为a，n为自然数，0≤a＜1，m=n a;对所述电子膨胀阀进行开度调节，包括：调节电子膨胀阀的开度至n，并且保持时间t1，以及调节电子膨胀阀的开度至n 1，并且保持时间t2，其中t1 t2=t1。
6.进一步的，还包括：将一级调节周期t1划分成k个二级调节周期t2，t2=t1/k ,k为正整数；分别在每个二级调节周期内对所述电子膨胀阀进行开度调节，包括：调节电子膨胀阀的开度至n，并且保持时间t1’，以及调节电子膨胀阀的开度至n 1，并且保持时间t2’，其中t1’= t1/k，t2’= t2/k。
7.进一步的，t1’和t2
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的确定方法为：t1’=(1-a)*t1/k;t2’=a*t*t1/k。
8.进一步的，当a＞0.5时，首先调节电子膨胀阀的开度至n 1，满足保持时长后调节电子膨胀阀的开度至n；当a＜0.5时，首先调节电子膨胀阀的开度至n，满足保持时长后调节电子膨胀阀的开度至n 1。
9.进一步的，当a=0.5时，首先调节电子膨胀阀的开度至n 1，满足保持时长后调节电
子膨胀阀的开度至n。
10.进一步的，所述开度m用转子的步数表征，转子的最小调节单位为1步。
11.进一步的，电子膨胀阀在各一级调节周期t1内的开度m确定方法为：检测系统当前温度并作为pid调节函数的当前输入量，经pid计算得到电子膨胀阀的目标开度，也即开度m。
12.进一步的，电子膨胀阀的一级调节周期t1的取值范围为60秒～200秒。
13.进一步的，电子膨胀阀的二级调节周期t2的取值范围为10秒～100秒。
14.本发明同时提出了一种热泵系统，其包括压缩机、蒸发器以及冷凝器，所述压缩机、蒸发器以及冷凝器组成的冷媒循环管路中设置有电子膨胀阀，所述电子膨胀阀按照前面任一条所记载的电子膨胀阀控制方法执行控制。
15.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的电子膨胀阀控制方法，当根据实际需要的冷媒通过量对应的电子膨胀阀的开度精确至小数部分，使得在一个一级调节周期内分别在开度n保持一段时间，在开度n 1保持一段时间，在该一级调节周期内实际通过量大于单独开度为n时的通过量，小于单独开度为n 1时的通过量，本方案的冷媒实际通过量更接近冷媒通过量需求,可以提高冷媒通过精度。
16.结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1 是本发明提出的热泵系统的一种实施例系统原理示意图；图2是本发明提出的热泵系统的一种实施例中电子膨胀阀调节曲线图。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
20.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.实施例一制冷设备一般通过电子膨胀阀实现冷媒流量的控制。其中，制冷设备包括但不限于冰箱、冷柜、空调、热泵系统等利用冷媒实现能量转移的设备。制冷设备的温度对于冷媒的流量大小十分敏感，因此，冷媒的流量控制精度对于制冷设备的温度控制精度具有直接影响。
22.电子膨胀阀是利用步进电机的原理，用线圈驱动磁转子部件（以下简称转子）正向或者反向转动，并将转子的旋转运行转化为丝杆的上下运动，由丝杆带动与之连接的阀杆上升或下降，控制电子膨胀阀的流量大小。由于转子为整步运动，电子膨胀阀在用于开度流量的控制中，转子转动一步给冷媒带来的流量差异可能造成被控温度变化2度到3度，无法满足精确控温的需求。基于此，本实施例提出了一种电子膨胀阀控制方法，包括以下步骤：
确定电子膨胀阀的一级调节周期t1。在制冷设备的控制过程中，按照设定或者计算的控制周期对运行过程中的温度参数、压力参数等参数进行判断，并根据判断结果实现各种电控元件的调节，以满足系统达到目标温度的需求，同时保证系统运行安全。本实施例中的一级调节周期t1一般是指系统运行的控制周期，当然，也可以是自主定义或者计算的调节周期。
23.分别确定电子膨胀阀在各一级调节周期t1内的开度m，制冷设备的控制过程中，温度检测元件及压力检测元件实时检测其所在环境的温度和压力，控制单元按照控制周期对温度参数、压力参数等参数进行判断，根据当前参数控制电控元件动作，实现增加或者减少或者保持冷媒通过量，以达到设定目标温度，同时保证系统运行安全。
24.冷媒的通过量是实现调节至目标温度的直接参数，在具体控制中，冷媒的通过量由电子膨胀阀的开度控制，因此，可根据各参数确定各一级调节周期t1内电子膨胀阀的开度m, 开度m的整数部分为n。由于电子膨胀阀整步动作，在常规的控制中，开度m用转子的步数表征，所获取的开度m一般为整数步，并按照该整数步控制电子膨胀阀按照整数步动作。本实施例中，电子膨胀阀仍然是按照整数步动作，但是，本方案中开度m的精度至少保留小数点后一位，是为了在后面的控制动作中实现冷媒流量的精确控制。
25.优选的，本实施例中转子的最小调节单位为1步。
26.当开度m的小数部分不为零时，如果在当前的一级调节周期内将电子膨胀阀的开度调节至n，n＜m,实际冷媒的通过量达不到计算值，如果在当前的一级调节周期内将电子膨胀阀的开度调节至n 1，n 1＞m，实际冷媒的通过量超过计算值，冷媒的通过量精度均不高。基于此，本方案中的对电子膨胀阀进行开度调节步骤，包括：如图2所示，调节电子膨胀阀的开度至n，并且保持时间t1，以及调节电子膨胀阀的开度至n 1，并且保持时间t2，其中t1 t2=t1。本步骤中通过将一级调节周期t1进一步细分，使得电子膨胀阀的开度在开度n保持一段时间，在开度n 1保持一段时间，在开度n和在开度n 1的总时间为一个一级调节周期t1，在该一级调节周期内，冷媒的实际通过量为n*t1/t1与（n 1）*t2/t1之和，也即实际通过量大于单独开度为n时的通过量，小于单独开度为n 1时的通过量，本方案的冷媒实际通过量更接近冷媒通过量需求，也即控制精度更高。
27.为了减小开度变化造成的流量波动，还包括将一级调节周期t1划分成k个二级调节周期t2，t2=t1/k ,k为正整数。
28.分别在每个二级调节周期内对电子膨胀阀进行开度调节，包括：调节电子膨胀阀的开度至n，并且保持时间t1’，以及调节电子膨胀阀的开度至n 1，并且保持时间t2’，其中t1’= t1/k，t2’= t2/k。
29.也即，在每个二级调节周期内，使得电子膨胀阀的开度在开度n保持一段时间，在开度n 1保持一段时间，在开度n和在开度n 1的总时间为一个二级调节周期t2，如此直至完成k个二级调节周期t2，也即一个一级调节周期t1。完成一个一级调节周期时，在开度n和在开度n 1的总时间为一个一级调节周期t1。k值可以根据实际需要设置，k越大，划分的二级调节周期t2越小，开度变化造成的流量波动越小。
30.在开度计算步骤中，根据各参数所确定的各一级调节周期t1内电子膨胀阀的开度m的精度至少保留小数点后一位，开度m的整数部分为n，小数部分为a，n为自然数，0≤a＜1，m=n a;
t1’和t2
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的确定方法为：t1’=(1-a)*t1/k;t2’=a*t*t1/k。
31.本方案中根据电子膨胀阀的开度m的小数部分的值分别确定开度为n时的保持时长和开度为n 1时的保持时长。
32.通过上式计算，无论在一个二级调节周期t2内，还是在一个一级调节周期t1内，电子膨胀阀的开度有效值= n*(1-a) (n 1)*a=n a，也即，与实际计算值相等，实现了电子膨胀阀流量的高精度调节。
33.当a＞0.5时，首先调节电子膨胀阀的开度至n 1，满足保持时长后调节电子膨胀阀的开度至n；也即，当a＞0.5时，计算所得的开度m与n 1更接近，因此首先调节电子膨胀阀的开度调大至n 1步，在电子膨胀阀的开度调大时，可以使冷媒快速流过，满足计算时长后开度再调至n，制冷剂流量减小，实现微调至制冷剂的目标流量。在电子膨胀阀的开度调小时，首先调节电子膨胀阀的开度调小至n 1步，可以快速减少冷媒的流通量，满足计算时长后开度再调至n，实现微调至制冷剂的目标流量，均可快速达到调节效果的同时，满足调节精度。
34.当a＜0.5时，首先调节电子膨胀阀的开度至n，满足保持时长后调节电子膨胀阀的开度至n 1。此时计算所得的开度m与n更接近，在开度为n时的保持时间也相对较长一些，因此首先调节电子膨胀阀的开度调至n步，满足计算时长后调至n 1步，有利于减小冷媒流量波动，维持系统稳定。
35.当a=0.5时，可以首先调节电子膨胀阀的开度至n 1，满足保持时长后调节电子膨胀阀的开度至n，也可以首先调节电子膨胀阀的开度至n，满足保持时长后调节电子膨胀阀的开度至n 1，本实施例中优选首先调节电子膨胀阀的开度至n 1，满足保持时长后调节电子膨胀阀的开度至n。可以实现快速达到调节效果，同时不会造成冷媒流量较大波动。
36.电子膨胀阀在各一级调节周期t1内的开度m确定方法为：检测系统当前温度并作为pid调节函数的当前输入量，经pid计算得到电子膨胀阀的目标开度，也即开度m。
37.当然，开度m的确定方法不限于上述方式，还可以是采用如吸气过热度或者排气过热度等方式计算电子膨胀阀的开度。采用现有的计算方式即可，在此不作赘述。
38.一级调节周期t1根据制冷系统特性确定，不宜过大，过大会导致系统调节能力差，降低系统快速响应能力。一级调节周期t1同样不宜过小，过小则系统调整频繁，不利于系统稳定，本实施例中优选电子膨胀阀的一级调节周期t1的取值范围为60秒～200秒。
39.一级调节周期t1应是二级调节周期t2的整数倍。虽然二级调节周期越小，因开度变化造成的流量波动越小，但是二级调节周期t2不能过小，否则导致电子膨胀阀发热，影响系统制冷效果。本实施例中优选电子膨胀阀的二级调节周期t2的取值范围为10秒～100秒。
40.实施例二本实施例提出了一种热泵系统，如图1所示，其包括压缩机11、蒸发器14以及冷凝器12，压缩机11、蒸发器14以及冷凝器12组成的冷媒循环管路中设置有电子膨胀阀13，本实施例中的电子膨胀阀按照实施例一中所记载的电子膨胀阀控制方法执行控制。具体可参见实施例一记载，在此不做赘述。
41.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实
施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。