VRF多联式变频空调系统控制策略研究 硕士论文.doc

分类号   密 级 UDC 学校代码 10500 工程硕士学位论文题 目：VRF多联式变频空调系统控制策略研究英文题目：Industrial Ethernet Servo Control based on LINUX System学位申请人姓名：申请学位领域名称：控制工程指导教师姓名：二一五年五月分类号 密 级 UDC 学校代码 10500 工程硕士学位论文 题 目 VRF多联式变频空调系统控制策略研究 英文题目 Industrial Ethernet Servo Control based on LINUX System研究生姓名（签名） 校内导师姓名（签名） 职 称 校外导师姓名（签名） 职 称 申请学位领域名称 领域代码 论文答辩日期 学位授予日期 学院负责人（签名） 评阅人姓名 评阅人姓名 2015年 5月 5 日学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：                               日期：     年   月   日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文作者签名：               指导教师签名：日期：     年    月    日           日期：     年    月     日摘 要 与传统空调机比较，变频式空调机具有提高冷却效率、省电和温度控制性能等优点。由于同时在多个房间提供冷气服务已渐成为多数家庭对空调的需求，在价格、省电效率与空间占用的考量下，变频空调机的市场主流已渐由单机系统转移至一对多系统，再由一对多系统转移至 VRF 多联式变频空调系统。在 VRF 多联式变频空调系统中，冷媒透过分配器分配至各室内机，也可能有一个以上的压缩机驱动多个蒸发器，其动态较传统一对多系统更为复杂，而控制策略的设计难度也更高。在近几年来，变速度装置上的研究有很大的进步，因此也能改善与增进许多空调机性能的空间。为了充分发挥变频式空调机的性能，本论文引进一般在探讨空调机控制架构未加入的室内、外风扇。室外风扇主要影响冷凝温度，而此温度亦为决定系统效率的关键因素。室内风扇牵涉层面甚广，举凡温度控制、噪音抑制及湿度调整等，皆受室内风扇影响甚大。本论文中，针对温度控制的层面进行室内风扇控制策略探讨。目标为藉由调变室内风扇转速，改善空调系统的瞬时反应；调变室外风扇转速，提升系统整体的效率。目录摘 要I目录II第1章 绪论11.1 研究动机与目的11.2 文献回顾21.3 本文架构4第2章 蒸汽压缩循环和即有控制架构简介52.1 蒸汽压缩循环简介52.2 串联式控制架构简介8第3章 VRF多联式变频空调系统鉴别103.1 系统鉴别简介103.2 VRF多联式变频空调机的模型鉴别113.3房间动态理论模型的推导16第四章 VRF 多联式变频控制器设计与实验结果18第五章 旁通阀控制器设计及实验结果27第六章 VRF 多联式变频空调系统暖气鉴别406.1 暖气模型鉴别406.2 房间动态模型的鉴别446.3 暖气控制架构策略466.4 一对四分流控制机制48第七章 暖气控制实验结果507.1 设定同冷凝相温，控制相同室温507.2 控制设定同室内温55第八章 结论与未来工作59参考文献60 致谢62第1章 绪论1.1 研究动机与目的 由于近几年在变速度装置上的研究有很大的进步，开启了以变频方式改善空调机系统性能和效率上的可能性。虽然单机式变频空调机的性能如省电效率、恒温控制等已较传统定频系统高出甚多，但由于同时在多个房间提供冷气服务已渐成为多数家庭对空调机的需求，在价格、省电效率与空间占用的考虑下，变频空调机的市场主流已由单机系统转移至一对多系统，再由一对多系统转移至VRF多联式变频空调系统在单机式变频空调机中，为了调整热交换器的能力(capacity)去配合实际的热负载，压缩机的转速可以连续调整。风扇的转速可调整蒸发器与冷凝器等热交换器的热传率。膨胀阀开口度的变化，使得冷媒的流率和压力得以改变。结合这些可变组件所构成空调机后，系统呈现一多输入多输出(multi-input-multi-output)行为，且在输入、输出间会有耦合(coupling)的现象发生。而在一对多变频空调系统中，单一个压缩机需同时驱动多个蒸发器。以一对三变频空调机为例，其基本架构如图1.1 所示 图1.1：一对三变频空调系统架构图 而VRF多联式变频空调系统中，为了减低冷媒在管路传输时的损失，在室入侧设置了分配器，且冷媒在此分配器中流经膨胀阀，进行降压降温的动作；和以往一般变频空调机不同，膨胀阀放置在室外侧，冷媒先在室外进行降压降温的动作后再送至室内机。另外为了增加分配冷媒流经各房间流量的能力，在分配器里加装了旁通阀，使得空调机在泄载时，可利用旁通阀把多余的冷媒送回室外机，而不会经过室内机。图1.2 显示具四台室内机VRF基本架构。 图1.2：一对四VRF多联式变频空调系统架构图1.2 文献回顾 在过去的文献中，文献1提出一对三空调系统的静态模型与分析；文献2提出一个将子系统分解来建构模型的方法，用于协助分析可变阶数系统及设计控制器，只是在这篇文章中，并未提及后续的控制器设计。文献3为一对多空调系统提出一个新的回授线性化控制器设计，当中的仿真结果显示，此控制器对于蒸发器壁温及过热度有良好的控制性能。文献4以平均空泡分率(mean void fraction)5及移动边界法(moving boundary approach)6为一对三空调系统建立模型；这边文献的结果明确地显示，系统的输入与输出间有着强烈的耦合效应；同时也指出，采用多输入多输出的设计方法，效果较以多个单输入单输出架构所设计出的控制器好。 以上的研究文献，皆着重于空调机本身的动态控制(蒸发器过热度与蒸发器两相区壁温)；室内房间温度一律被视为一固定不变的温度值，而未被当成系统的状态变量。除了文献7，其提出模糊逻辑运算法(fuzzy control algorithm)，以控制房间温度达到不同的设定值；然而，其控制性能仅以计算机仿真验证，并没有实际的实验结果。另外值得一提的是，8 与 9为文献资料中极少见着眼于 VRF 多联式变频空调系统的研究，但其主要是利用 EnergyPlus 软件仿真 VRF 系统动态，控制部份并未作任何探讨。发现对应不同的压缩机频率，当 EEV 控制两个蒸发器出口的过热度相同（都为 4oC）时，系统总制冷量都达到最大。在充灌量一定的情况下，室外机换热器出口过冷度只与运转频率有关。清华大学石文星24以单元式变频空调为例，对各种调节因素（室外机风量、压缩机频率、电子膨胀阀开度）和扰动因素（室内、外机环境干、湿球温度、室内机风量），对系统运行状态参数（蒸发、冷凝压力、过热度、过冷度）和性能参数（制冷、热量、耗电量）的影响进行了大量的模拟研究，研究结果对指导系统的优化运行具有重要的意义。此外，石文星也对多元 VRF 系统各调节因素、扰动因素对系统状态参数和性能参数的影响进行了研究。但由于研究的侧重点不同，其主要研究了给定蒸发压力和冷凝压力的情况下，各性能参数受调节扰动因素影响的关系。这为后续继续研究能耗最小工况点的确定奠定了基础。邵双全25通过模拟的方法，在制冷工况下，对采用室内机膨胀阀控制制冷量，室内机风机连续调节控制换热器出口过热度恒定（5），压缩机频率控制总制冷量的解耦控制方法进行了研究。指出该控制方法存在多解，在保证最大风量的基础上，蒸发压力越高，系统能效比越高。对于室内机风机不可调时，他指出可以通过室内机膨胀阀控制制冷量，压缩机控制吸气口过热度。为保证压缩机吸气口过热度，室内机有的回液，有的过热度较大，室内机回液虽然可以调节压缩机吸气过热度，但会增加吸气阻力，使系统的能效比有所降低。两种控制方法存在节能的潜力，有待进一步研究。对于能耗最小压缩机吸气压力如何确定，文中没有涉及。VRF 系统整体能耗性能研究文献中的研究主要涉及到各种外部参数，如室内、外温度，负荷特性等因素对系统能耗性能的影响。而对于控制策略以及制冷循环设定值的影响研究则基本没有涉及。薛卫华对一一拖三，采用网络控制方法的热泵式 VRF 空调系统制热运行能耗进行了研究。其得出室外机输出功率随室外温度的升高而降低，随室内设定温度的升高而增大。并指出当系统部分负荷率在45%70%变化时， VRF 空调系统的能效比最高。薛卫华还采用模拟的方法对某一实际建筑中的 VRF 空调系统进行了全年运行季节的动态能耗计算，得到了运行季节的平均季节能效比SEER，以此来评价 VRV 空调机组的节能情况。为了能更有力地说明 VRV空调机组的节能性，该文选用普通风冷螺杆式热泵机组作为冷热源，对所选建筑采用风机盘管加新风系统进行空调系统设计，并根据样本参数计算该空调系统的全年能耗及季节能效比 SEER，将其数值与 VRF 空调系统进行比较。经过比较可以得到，在冬、夏季运行季节中，VRF 空调系统的季节能效比均高于螺杆式风冷热泵空调系统，在部分负荷时，VRF空调系统的节能性能更为显著。由此说明，VRF 空调机组的节能性优于螺杆式风冷热泵空调系统。庄逸宏30对热回收型 VRF 系统在热湿环境下的能耗性能进行了全年全工况测量和分析。并与传统 CAV 空调系统能耗性能进行了比较，指出在相同热负荷特性的基础上，采用 VRF 系统的建筑物其每单位面积空调年耗电指标要比采用 CAV 系统的建筑低 16%，文中未提及控制策略对系统性能的影响。VRF 系统节能优化技术研究文献中 VRF 系统的节能优化技术研究主要包括两个方面的内容：一是系统初始的优化设计。这主要包括对系统各个组成部件的优化，以提高各部件的性能。以及优化系统匹配，充分发挥各部件的优势，提高系统的效率。二是优化系统控制，这主要包括现代控制技术的应用，控制算法的优化和控制系统的改善。而对系统层次的运行循环优化则基本没有涉及。系统组成部件的优化近年来，这一领域的研究最为活跃也最为见效。其突出成果是变频技术、电子膨胀阀在制冷空调系统中的广泛应用。它不仅为创造舒适环境、实现空调设备的高效节能运行提供了技术保证，而且为 VRF 系统的开发和发展提供了坚强的技术基础。压缩机变容量控制方法这一领域的研究近年来较为活跃。首先是对压缩机变容性能的改善；压缩机由最初的变容性能差的往复式、滚动单转子式发展到变容性能较好的滚动双转子式以及涡旋式。其次，压缩机变容控制方式也由以前的 On/Off 控制、热气旁通、蒸发温度控制、余隙容积控制、多压缩机控制和气缸卸载控制等发展到压缩机变转速控制。 在系统鉴别与实验方面。文献8提出由系统鉴别的方法建立出空调机的模形，针对鉴别而模拟出的模形来设计控制器，最后采用内外循环与串联架构的分流控制器，并利用实验来印证结果。 1.3 本文架构 本论文第一章说明研究动机与目的，第二章说明蒸气压缩循环和现今所用的控制架构，第三章说明如何做 VRF 的系统鉴别及房间动态推导，第四章说明控制架构和实验结果，第五章为旁通阀控制器设计及实验结果，第六章为 VRF 多联式变频空调系统暖气鉴别，第七章为暖气控制实验结果，第八章为结论与未来工作。第2章 蒸汽压缩循环和即有控制架构简介 章节2.1将简单介绍蒸汽压缩循环及冷媒在各组件中的状态。章节2.2则说明串联式控制架构。 2.1 蒸汽压缩循环简介 空调机主要由下列的几种基本组件组成：、冷凝器 (Condenser)、蒸发器 (Evaporator)、 压缩机(Compressor)、膨胀阀 (ExpansiveValve)、室内风扇 (Indoor Fan)、室外风扇 (Outdoor Fan)，其为应用在蒸汽压缩循环(Vapor Compression Cycle)理论下运转机器。各组件在蒸汽循环下示意图与对应冷媒压力 -焓值图，如图 2.1 与图 2.2所示：图2.1：空调机各组件示意图图2.2：对应图2.1压力-焓值图 接下来介绍空调机中各个组件在蒸汽压缩循环功能简介： A. 蒸发器： 冷媒流经蒸发器时为等压吸热过程(12)，从房间吸收热量产生相变化达到房间降温目的。在蒸发过程中，冷媒流动使冷媒从低温低压液气态吸热变成低温低压气态冷媒(如下图2.3)，最后流入压缩机。从下图2.3得知，冷媒在蒸发器中流动依状态可区分两相区(Node 1-液气共存相)与过热区(Node 2-气相)。 图2.3：蒸气压缩循环蒸发器模型B. 冷凝器： 冷媒在冷凝器中为等压放热过程(34)，利用凝结的相变化释放热量至室外。在冷凝过程中，冷媒从气态高温高压放热成液气共存态，然后成液态高温高压，最后流入膨胀阀。从下图2.4得知，冷媒在冷凝器流动从状态可分为过热区(Node 1-气相)、两相区(Node 2-液气共存相)与过冷区(Node 3-液相)。 图2.4：蒸气压缩循环蒸发器模型上述蒸发器和冷凝器又统称为热交换器(Heat exchanger)与环境进行热交换。当热交换器对应风扇运转时，对空气作强制对流。冷媒在热交换器中吸收或释放的热传量可用(2.1)式简化表示： (2.1) 其中为冷媒质量流率，为冷媒流经热交换器前后焓值改变量。 C. 压缩机： 马达将蒸发器高温低压气态冷媒，压缩成高温高压气态冷媒，此过程为绝热压缩或是等熵压缩(23)。当压缩机转速增加，消耗功会上升，造成蒸发器冷媒质量流率增加但压力降低；同时，注入冷凝器冷媒质量流率和压力会上升。压缩机转速上升造成蒸发器和冷凝器间的压差增加，导致蒸发器温度下降和冷凝器温度上升，造成热交换器与环境的热交换能力增加。流经压缩机冷媒质量流率可以表示(2.2)式： (2.2)其中为压缩机转速、Vc 为等效扫气容积(effective displacement volume)、为压缩机入口处冷媒密度、Cc为余隙比(clearance ratio)、Pc 与Pe 分别代表冷凝器与蒸发器内冷媒压力、k为比热比。 压缩机作功能力可表为(2.3)式： (2.3)其中R为气体常数、Ter 为蒸发器出口冷媒温度。 由(2.2)式与(2.3)式中也可发现，当压缩机作功愈大冷凝器与蒸发器间压差也会愈大，造成热交换器吸收或释放能量能力提高。 D. 膨胀阀： 膨胀阀为节流装置，藉由调整开口度大小影响冷媒冷凝器与蒸发器的压力差与质量流率，此过程中为等焓膨胀(41)。利用步进马达调整开口度。流经膨胀阀冷媒质量流率可以表示如(2.4)式： (2.4) 为孔口流量系数(orifice coefficient) 、为膨胀阀开口度、为冷凝器出口冷媒密度 2.2 串联式控制架构简介 对于运作蒸气压缩循环的空调机，选取适当的过热度来维持空调机的最佳的效能，也保证无液态冷煤进入压缩机而造成损坏；而蒸发温度则代表着空调机的吸热能力，控制架构如下图2.5所示。 图2.5：文献8的控制架构文献8串联控制架构，分成内外循环两部份，说明如下： 外循环：外循环控制器藉由房间真实温度和使用者设定温度( )的差值，计算出蒸发温度设定值()，进而调节蒸发器吸热能力。内循环： 内循环为控制器为二输入二输出(如图2.6)，由、算出压缩机转速()及膨胀阀开口度( )，藉由压缩机和膨胀阀去改变蒸发器过热度()和蒸发温度( )(如图2.7)，其中冷媒蒸发温度设定值()则由外循环 控制器算出。过热度的设定值( ) 为定值，其参数为空调机设计者所设定。 图2.6：内循环控制器的输入及输出图2.7：空调机的输入及输出另外，压缩机转速和膨胀阀开度均有上下限，且内循环控制器都有积分器(I Gain)。当压缩机和膨胀阀发生饱和，控制会造成积分终结(Integral Windup)的现象，导致空调系统的瞬时表显迟缓，更甚造成系统不稳定。为了应付积分终结，在控制架构中加入反积分终结补偿器(Anti-windup Compensator)(如文献9)。第3章 VRF多联式变频空调系统鉴别 章节3.1说明系统鉴别的原理及方法。章节3.2为此空调机系统鉴别及其模型。章节3.3为房间动态模型推导。 3.1 系统鉴别简介 为了了解VRF多联式变频空调系统的系统动态，将输入与输出间所得到的转移函数，进而用来设计控制器。所使用的系统鉴别方法为连续时间模型系统鉴别（Continuous-time model identification），以下将简介基本原理，详细过程可参考文献8。 假设物理系统可表示为(3.1)式中的n阶的转移函数，其中ai ，bi 为系统未知参数： (3.1)为求得此未知参数，设计低通滤波器如下(3.2)式 (3.2)其中，为一时间常数。将(3.2)式代入(3.1)式中得到下式(3.3) (3.3)又其中 (3.4)因此，系统输入输出模型可以被简化为(3.5)式： (3.5)将(3.5)式重新整理，可将y(t)表示为(3.6)式： (3.6)其中 (3.7)为系统参数，为实验所得输入输出数据。利用最小平方误差法(Least-Squares Estimation Method)可得到： (3.8)因此解出，将此系数代入原系统，即得到系统转移函数Go(s)。在后面中，将利用此方法来建立空调机线性系统模型。3.2 VRF多联式变频空调机的模型鉴别 在一对四VRF多联式变频空调机系统中，选择压缩机转速、四个房间的膨胀阀开口度作为系统输入，所有的室内外风扇转速以固定转速运转，四个蒸发器的两相区壁温及四个过热度作为输出。 图3.1：VRF系统鉴别架构 在这模型中，由系统的物理特性推导得到，且从文献8中，可得知每一输入与每一输出间相对次数为一阶。为了简化分析，假设系统模型结构如(3.9)式所示： (3.9) 在(3.9)式中，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8代表蒸发器动态的主极点位置，bij(i=18，j=15)为系统控制增益。另外符号表示此模型对操作点进行线性化，输入输出都是相对于操作点的激发与响应经由鉴别实验可求得模型参数的和。经由鉴别实验可求得模型参数的a1a8 和bij。实验所使用的四个蒸发器，吸热能力皆是3600W，冷凝器的能力则为14000W。所使用冷媒为R-410A。蒸发器的两相区温度及过热度由T-type热电耦量测。T-type热电耦的操作范围为-270到400间，其精密度为0.1。四个实验的房间大小分别为44.16、34.63、40.19、39.69立方公尺。压缩机转速范围为1200 rpm至7200 rpm；膨胀阀开口度范围为0500 Pulses。 进行系统鉴别实验时，我们将室内风扇皆设定为最大转速，室外风扇转速设定为780rpm，并选定压缩机转速=2000rpm与四个膨胀阀大小分别为=120 pulses、=100 pulses、=220 pusles、=200 pusles。在系统平衡后，藉由分别提供压缩机和各膨胀阀一组方波讯号(如图3.2)来激发各个房间的蒸发器两相温度及过热度，记录输入输出对时间的数据，其响应结果如图3.3所示。将这些记录下来的数据，由3.1节所介绍鉴别方法，可估测出模型中的各个参数，而所得到系统模型如(3.10)式所示：图3.2：系统鉴别输入图 图3.3：系统鉴别输出图 为了验证模型的准确性，以相同的实验输入代入(3.10)式中进行模拟，将实验与模拟输出比较，由图3.3蓝线与红线所示，其趋势大致上合乎实际输出值，故经由系统鉴别实验所得模型，可表现出系统动态。 3.3房间动态理论模型的推导 由于房间大小及各种物理条件，皆会因人、因时、因地而异；因此，以物理定律推导出一个具有一般性的房间模型。 由能量守恒定律，蒸发器所在的房间动态可以(3.11)式所式： (3.11) 其中T表示室内温度，C表示房间的热容，为相对应热负载，为蒸发器吸热率(heat transfer rate)，其表示如(3.12)所示：(3.12) 其中 为蒸发器两相区与相对应房间的热对流系数，为蒸发器过热区与室内房间的热对流系数。(假设室内风扇转速固定、为定值)，De为蒸发器外径，le为蒸发器两相区长度，Le为蒸发器总长度，Te、Tes为蒸发器两相区温度及过热区的温度，又其中Te、Tes可以表示如下： (3.13)将(3.13)代入(3.11)、(3.12)式，则房间的动态可以改写如下： (3.14) 其中 (3.15) (3.16) 假设房间热容主要成分为空气，可将C近似为，其中为空气密度1.2Kg/m3，为房间体积，四个房体积分别为44.16m3、34.63m3、40.19m3、36.96m3，且其空间配置如图3.4所示，为房间内空气比热1000kj/kg.K，Le为蒸发器总长为22.4m，De为蒸发器外径7mm，蒸发器总长及蒸发器的外径四个房间皆为相同的规格。假设两相区长度占蒸发器总长90%以上，则过热度对房间动态的影响可以忽略，故(3.15)改写成： (3.17) 估计为75Wm-2 K-1 ，经由面参数带入后得到四个房间的动态方程式(3.18)。 (3.18) 图3.4：空间配置图在硬件的空间配置上(如图 3.4)，二个分配器分别放置在房间 B 及房间 C 里，其中房间 B 的分配器把冷媒再配给房间 A 及房间 B 的室内机；而房间 C 的分配器则把冷媒分配给房间 C 及房间 D 的室内机。也就是说房间 A、B 共同一个分配器；房间 C、D 共同一个分配器。而分配器中放置了二个膨胀阀分别控管冷媒流量给对应房间。四个房间大小分别为：房间 A 4.958 平方米、房间 B 3.91 平方米、房间 C 4.537 平方米、房间 D 4.172 平方米，并且四个房间的高度皆相同，都为 2.68 米。四个房间内的热交换器能力值皆为 3.6Kw；而室外机的能力值则为 14kW。第四章 VRF 多联式变频控制器设计与实验结果由蒸气压缩循环的鉴别及室内动态鉴别可以得到线性低阶的 DEAC 模型，动态模型可以写成状态方程式如下式：在分流控制的架构下，利用压缩机转速()控制蒸发器入口温度(Te)，膨胀阀开口度()去控制过热度(Tsh)。首先，把压缩机和蒸发器入口温度间的回授控制写成方程序，如下式： （8）其中，是回授增益矩阵，把(8)式代入(7)式得到(9)式： （9）消除在上并由B22非对角项输入的影响。将原本耦合的输入，转换成由 表示的新输入矢量其中，是新的输入矢量。使用此一新定义的输入矢量(10)和压缩机的控制法则(8)，则整个系统动态可转换成： 其中，且其相对应控制简图如图 2 所示图 4.1：一对四 VRF 多联式变频空调系统分流控制简图在图 4.1 中, 子系统由两个循环组成：暂时假设有边界，把看成有边界的噪声。外循环根据室内温度设定值控制室内温度，并且经由控制器计算出过热度设定值。经由外循环所计算出的过热度设定值，再由内循环进行过热度的控制。此处针对动态采用这个内外循环架构的理由，主要是因为过热度的动态的时间常数，远较房间动态的时间常数小，因此采用将两个循环串联的架构。直观地，若内循环控制器K2(s) 可使内循环的动态更快，则当于设计外循环控制器K2(s) 时，便可以合理忽略和间的动态，并简单地视室内动态为受控体(plant)。制冷运行时室内机出口过热度和制热时室内机出口过冷度对换热器换热性能影响较大。当换热器出口过热（冷）度增加时，换热器换热量减小，这一方面是由于随着出口过热（冷）度的增加，换热器两相区换热面积减少，单相区换热面积增加，制冷剂侧换热系数减少造成的；另一方面则是由于，随着过热（冷）度的增加，制冷剂侧和空气侧换热温差减小。传统单元式空调系统，室内机换热器运行工况较为单一，换热器出口过热（冷）度在各种不同运行工况下保持恒定，因此在一些研究中可采用集总参数模型进行模拟分析。一拖多 VRF 系统中，室内机换热器在不同的运行工况下，换热性能变化较大。因此为使换热器模型更具有通用性，有必要建立分段参数模型。采用分区的方法，对换热差异较大的.其中，A 2、B22、A3都斜对角化，所以中两个子系统间是解耦，而动态的解耦允许控制器K2和K3是解耦的。同时注意到，从到和到的系统动态，都是一阶系统。因此，为了简化控制器设计与降低系统的稳态误差，K2和K3控制器皆以比例式积分控制的形式实现(PI control)。由于的内外循环动态结构使然，K2和K3的设计方法不是相当直观。下面提出的定理，可以用来设计确保系统稳定的K2和K3。 根据文献8所提出的控制架构，在此设计出一组控制器，并为了验证控制器性能在一对四 VRF 多联式变频空调系统，在以下的实验中，其控制器K1、K2、K3的设定控制参数如下： 若设定温度为：A房间=26，B房间=26，C房间=26，D房间=26。其实验结果如图4.1、4.2、4.3、4.4所示。由图4.1可知，控制能快速的将A、B、C、D房间温度由一开始的3031，控制到使用者所设定温度，且能达到恒温控制。从其相对应膨胀阀开度可知，膨胀阀一开始开度较大，随着温度渐渐到达后，其开度会缓缓下降。当系统全体制热，且部分负荷比大于 60%时，可以得到与上节描述的全体制冷工况下相同的结论：在相同室内机负荷率下，不同的运行时间段，室外机运行工况可能存在显著差异。但随着运行时间的推移，各室内机启停状态趋向于交错进行，室外机运行工况趋于平稳。图 2.17 为系统部分负荷比为 53%全体制热工况下（工况 5），室内温度变化和室外机运行工况。在该部分负荷比下，大部分时间里各室内机启停运行状态交错，室外机运行工况较为稳定；但在某些时间段，出现所有室内机同时处于停止运行状态，室内瞬时总负荷为 0 的情况。此时室外机压缩机先工作在最小运行频率下，当吸气口压力低于保护压力时，则压缩机停止运行。 图4.1：一对四VRF多联式变频空调实验房间温度结果 图4.2：一对四VRF多联式变频空调实验控制输入结果 图4.3：一对四VRF多联式变频空调实验蒸发器入口温度控制结果图4.4：一对四VRF多联式变频空调实验过热度控制结果为了测詴控制器在不同设定温度下强健性，在以下的实验中，设定温度为：A房间与C房间皆设定为26，B房间与D房间皆设定为24。其实验如图4.5、4.6、4.7、4.8所示。由图4.5可知，控制器在设定各分配器温度差 2时，仍能将各个室内温度控制至使用者设定值。在时间约为 15 分钟后，各间温度皆能到达设定值。各个相对应膨胀阀开度也随着温度渐渐到达后，其开度会缓缓下降，最后到达一稳定的开度值。图4.5：一对四VRF多联式变频空调实验房间温度控制结果(不同设定温度)图4.6：一对四VRF多联式变频空调实验控制输入结果(不同设定温度)图4.7：一对四VRF多联式变频空调实验蒸发器入口温度控制结果(不同设定温)图4.8：一对四VRF多联式变频空调实验过热度控制结果(不同设定温度)第五章 旁通阀控制器设计及实验结果 在VRF多联式变频空调中，与一般的一对多空调系统最大的不同点就在于旁通阀的设计。在一般的一对多空调系统中，利用前一章节所提到的控制架构，可将各个房间温度控制在使用者的设定下，且各个房间可依照使用者的习惯各自设定不同的温度，套用在VRF多联式变频空调系统上亦可执行。然而在实际的使用空调机上，并不是所有的室内机都是开