(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 106598094 A(43)申请公布日 2017.04.26
(21)申请号 201611034406.7(22)申请日 2016.11.18
(71)申请人 惠州市德赛西威汽车电子股份有限
公司
地址 516006 广东省惠州市仲恺高新区和
畅五路西103号(72)发明人 吴家明 隋延春
(74)专利代理机构 广州三环专利代理有限公司
44202
代理人 章兰芳(51)Int.Cl.
G05D 23/19(2006.01)G05F 1/625(2006.01)B60H 1/32(2006.01)
(54)发明名称
一种外控式变排量压缩机的控制系统及方法
(57)摘要
本发明提供了一种外控式变排量压缩机的控制系统与方法，在蒸发器温度控制电路设定第一PID控制模块，来对蒸发器目标温度值与蒸发器实际温度值的温度差值作运算处理得到目标电流，并将此目标电流与电磁阀实际电流的电流差值作为电磁阀电流控制回路的输入，由第二PID控制模块做运算处理后得到相应占空比的PWM电流信号，由此PWM电流信号来控制压缩机的排量，使实际电磁阀电流接近目标电磁阀电流，从而使实际蒸发器温度接近目标蒸发器温度，进而实现了蒸发器温度和电磁阀电流同步精准控制。同时，通过查找不同的PID参数，能够确保在不同的环境温度、不同的蒸发器目标温度设定下，均能精确控制蒸发器温度接近蒸发器目标温度，应用范围更广也更高效智能。
权利要求书2页 说明书5页 附图4页
CN 106598094 ACN 106598094 A
权 利 要 求 书
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1.一种外控式变排量压缩机的控制系统，其特征在于：设有第一PID控制模块及连接所述第一PID控制模块的蒸发器目标温度设定模块、蒸发器实际温度采集模块和第一PID参数选定模块，所述蒸发器目标温度设定模块设定的蒸发器目标温度值与蒸发器实际温度采集模块采集的蒸发器实际温度值的温度差值输入所述第一PID控制模块，所述第一PID控制模块结合PID参数选定模块选定的第一PID参数对所述温度差值作第一次对比判断和赋值运算后，输出目标电流；
还设有用于获取并处理所述目标电流的第二PID控制模块及连接所述第二PID控制模块的实际电流采集模块、PWM输出模块，所述PWM输出模块还连接所述实际电流采集模块；所述第一PID控制模块输出的目标电流作为电磁阀目标电流，所述实际电流采集模块用于采集电磁阀实际电流，所述电磁阀目标电流与电磁阀实际电流的电流差值输入第二PID控制模块，所述第二PID控制模块对所述电流差值结合第二PID参数作第二次对比判断和赋值运算后，输出调节电流到所述PWM输出模块，所述PWM输出模块根据所述调节电流输出对应的PWM电流信号，所述外控式变排量压缩机根据所述PWM电流信号进行阀门的开度调节，并将所述PWM电流信号返回到实际电流采集模块。
2.如权利要求1所述的一种外控式变排量压缩机的控制系统，其特征在于：所述蒸发器目标温度设定模块、蒸发器实际温度采集模块、第一PID控制模块及PID参数选定模块组成蒸发器温度控制电路；所述第二PID控制模块、实际电流采集模块及PWM输出模块组成电磁阀电流控制电路。
3.如权利要求2所述的一种外控式变排量压缩机的控制系统，其特征在于：所述蒸发器温度控制电路还设有连接PID参数选定模块的鼓风机风速采集模块和环境采集模块；所述PID参数选定模块根据当前的鼓风机风速采集模块的风速和环境温度采集模块的环境温度查找PID参数表，获取第一PID参数；所述PID参数表为前期试验中标定的环境温度、风速与第一PID参数的对照表格；所述PID参数表固化在程序软件中供第一PID控制模块直接调取。
4.如权利要求2所述的一种外控式变排量压缩机的控制系统，其特征在于：所述蒸发器温度控制电路每隔1s-3s执行一次，所述电磁阀电流控制电路每隔0.1s-0.5s执行一次。
5.如权利要求2所述的一种外控式变排量压缩机的控制系统，其特征在于：所述PWM电流信号对所述蒸发器实际温度采集模块有反馈作用。
6.一种外控式变排量压缩机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.蒸发器目标温度设定模块与蒸发器实际温度采集模块获取当前蒸发器目标温度设定值与蒸发器实际温度值并作差值运算，再将温度差值输入到第一PID控制模块；
S2.所述第一PID控制模块结合PID参数选定模块选定的第一PID参数对所述温度差值作第一次对比判断和赋值运算后，输出目标电流到第二PID控制模块；
S3.第二PID控制模块将目标电流与实际电流采集模块的实际电流作差，得到电流差值；
S4.第二PID控制模块结合第二PID参数对所述电流差值作第二次对比判断和赋值运算后，输出调节电流到所PWM输出模块；
S5.PWM输出模块根据所述调节电流输出PWM电流信号。
S6.外控式变排量压缩机根据所述PWM电流信号进行阀门的开度调节，并将所述PWM电流信号返回到实际电流采集模块。
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权 利 要 求 书
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7.如权利要求6所述的一种外控式变排量压缩机的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，第一次对比判断和赋值运算过程为：
若所述温度差值大于或等于温差承受值，所述第一PID控制模块根据温度差值和PID参数选定模块选定的第一PID参数运算得到初始目标电流后，再将所述初始目标电流与目标电流上限值和目标电流下限值做比较，若初始目标电流大于所述目标电流上限值，则所述目标电流上限值赋值为目标电流，若所述初始目标电流小于目标电流上限值并大于目标电流下限值，则所述初始目标电流赋值为目标电流，若所述初始目标电流小于目标电流下限值，则所述目标电流下限值赋值为目标电流；
若所述温度差值小于所述温差承受值，则将程序根据蒸发器目标温度设定值而运算出的预设电流赋值为目标电流。
8.如权利要求6所述的一种外控式变排量压缩机的控制方法，其特征在于，在所述步骤S4中，第二次对比判断和赋值运算过程为：
若所述电流差值小于电流差承受值，则将实际电流作为调节电流输出；若所述电流差值大于所述电流差承受值的2倍，则将电流差值的二分之一输入到第二PID控制模块并参与运算，得到调节电流；
若所述电流差值大于电流差承受值并且小于所述电流差承受值的2倍，则将电流差值输入到第二PID控制模块并参与运算，得到调节电流。
9.如权利要求6所述的一种外控式变排量压缩机的控制方法，其特征在于：所述步骤S1-S2每隔1s-3s执行一次，所述步骤S3-S5每隔0.1s-0.5s执行一次。
10.如权利要求7或8所述的一种外控式变排量压缩机的控制方法，其特征在于：所述温差承受值为0.5℃；所述电流差承受值为10mA。
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说 明 书
一种外控式变排量压缩机的控制系统及方法
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技术领域[0001]本发明涉及变排量压缩机控制技术领域，尤其涉及一种外控式变排量压缩机的控制系统及方法。
背景技术[0002]随着汽车工业的迅猛发展，人们对汽车空调性能及其舒适性的要求不断提升，汽车科技界对于汽车空调技术的研究更加深入，对于非独立式定排量压缩机汽车空调系统来说，一方面，在车内温度波动较大情况下，因系统频繁开停产生的不可逆损失使系统能耗有所增加；另一方面，压缩机周期性离合对汽车发动机工作也会造成严重干扰。由此，为了满足汽车空调负荷的要求，变排量压缩机应运而生。[0003]外控式变排量压缩机具有无离合器吸放、轻量化等特点使得汽车的驾驶性能的提高更多，最优化的排量控制也使得燃料消耗降低更多。外控式变排量压缩机是在原机械调节阀的基础上增加了一个电磁调节阀。电磁调节阀通过改变其电流来调节曲轴箱内的压力从而实现阀门的开度调节：控制曲轴箱压力等于压缩机的吸气压力时，阀门开口最大，压缩机处于最大排量；控制曲轴箱压力高于吸气压力后，阀门开口减小，压缩机的排量减小。[0004]但传统的算法只考虑变排量压缩机对蒸发器温度的控制，在没有考虑电流保护的情况下，电磁阀的电流过大或者过小都会对电磁阀造成损坏，而使电磁阀寿命收到影响；另外空调制冷系统是一个复杂的非线性系统，传统的算法只考虑单一工况下对控制参数的整定，从而造成在其他工况下，控制效果较差。发明内容[0005]本发明提供一种外控式变排量压缩机的控制系统及方法，解决了设置一种用于控制蒸发器温度和电磁阀电流的蒸发器温度控制电路和电磁阀电流控制电路相结合的系统，并在此系统上设定一种应用于蒸发器温度控制电路和电磁阀电流控制电路的双电路PID控制的控制方法，来实现蒸发器温度和电磁阀电流同步精准控制的技术问题。[0006]为解决以上技术问题，本发明提供一种外控式变排量压缩机的控制系统，设有第一PID控制模块及连接所述第一PID控制模块的蒸发器目标温度设定模块、蒸发器实际温度采集模块和第一PID参数选定模块，所述蒸发器目标温度设定模块设定的蒸发器目标温度值与蒸发器实际温度采集模块采集的蒸发器实际温度值的温度差值输入所述第一PID控制模块，所述第一PID控制模块结合PID参数选定模块选定的第一PID参数对所述温度差值作第一次对比判断和赋值运算后，输出目标电流；[0007]还设有用于获取并处理所述目标电流的第二PID控制模块及连接所述第二PID控制模块的实际电流采集模块、PWM输出模块，所述PWM输出模块还连接所述实际电流采集模块；所述第一PID控制模块输出的目标电流作为电磁阀目标电流，所述实际电流采集模块用于采集电磁阀实际电流，所述电磁阀目标电流与电磁阀实际电流的电流差值输入第二PID控制模块，所述第二PID控制模块对所述电流差值结合第二PID参数作第二次对比判断和赋
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说 明 书
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值运算后，输出调节电流到所述PWM输出模块，所述PWM输出模块根据所述调节电流输出对应的PWM电流信号，所述外控式变排量压缩机根据所述PWM电流信号进行阀门的开度调节，并将所述PWM电流信号返回到实际电流采集模块。[0008]进一步地，所述蒸发器目标温度设定模块、蒸发器实际温度采集模块、第一PID控制模块及PID参数选定模块组成蒸发器温度控制电路；所述第二PID控制模块、实际电流采集模块、及PWM输出模块组成电磁阀电流控制电路。[0009]更进一步地，所述蒸发器温度控制电路还设有连接PID参数选定模块的鼓风机风速采集模块和环境采集模块；所述PID参数选定模块根据当前的鼓风机风速采集模块的风速和环境温度采集模块的环境温度查找PID参数表，获取第一PID参数；所述PID参数表为前期试验中标定的环境温度、风速与第一PID参数的对照表格；所述PID参数表固化在程序软件中供第一PID控制模块直接调取。[0010]优选地，所述蒸发器温度控制电路每隔1s-3s执行一次，所述电磁阀电流控制电路每隔0.1s-0.5s执行一次。[0011]进一步地，所述PWM电流信号对所述蒸发器实际温度采集模块有反馈作用。[0012]本发明还提供一种外控式变排量压缩机的控制方法，包括以下步骤：[0013]S1.蒸发器目标温度设定模块与蒸发器实际温度采集模块获取当前蒸发器目标温度设定值与蒸发器实际温度值并作差值运算，再将温度差值输入到第一PID控制模块；[0014]S2.所述第一PID控制模块结合PID参数选定模块选定的第一PID参数对所述温度差值作第一次对比判断和赋值运算后，输出目标电流到第二PID控制模块；[0015]S3.第二PID控制模块将目标电流与实际电流采集模块的实际电流作差，得到电流差值；[0016]S4.第二PID控制模块结合第二PID参数对所述电流差值作第二次对比判断和赋值运算后，输出调节电流到所PWM输出模块；[0017]S5.PWM输出模块根据所述调节电流输出PWM电流信号。[0018]S6.外控式变排量压缩机根据所述PWM电流信号进行阀门的开度调节，并将所述PWM电流信号返回到实际电流采集模块。[0019]进一步地，所述步骤S2中，第一次对比判断和赋值运算过程为：[0020]若所述温度差值大于或等于温差承受值，所述第一PID控制模块根据温度差值和PID参数选定模块选定的第一PID参数运算得到初始目标电流后，再将所述初始目标电流与目标电流上限值和目标电流下限值做比较，若初始目标电流大于所述目标电流上限值，则所述目标电流上限值赋值为目标电流，若所述初始目标电流小于目标电流上限值并大于目标电流下限值，则所述初始目标电流赋值为目标电流，若所述初始目标电流小于目标电流下限值，则所述目标电流下限值赋值为目标电流；[0021]若所述温度差值小于所述温差承受值，则将程序根据蒸发器目标温度设定值而运算出的预设电流赋值为目标电流。[0022]进一步地，在所述步骤S4中，第二次对比判断和赋值运算过程为：[0023]若所述电流差值小于电流差承受值，则将实际电流作为调节电流输出；[0024]若所述电流差值大于所述电流差承受值的2倍，则将电流差值的二分之一输入到第二PID控制模块并参与运算，得到调节电流；
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若所述电流差值大于电流差承受值并且小于所述电流差承受值的2倍，则将电流
差值输入到第二PID控制模块并参与运算，得到调节电流。[0026]优选地，所述步骤S1-S2每隔1s-3s执行一次，所述步骤S3-S5每隔0.1s-0.5s执行一次。[0027]优选地，所述温差承受值为0.5℃；所述电流差承受值为10mA。[0028]本发明提供的一种外控式变排量压缩机的控制系统与方法，在蒸发器温度控制电路设定第一PID控制模块，来对蒸发器目标温度值与蒸发器实际温度值的温度差值作运算处理得到目标电流，并将此目标电流与电磁阀实际电流的电流差值作为电磁阀电流控制回路的输入，由第二PID控制模块做运算处理后得到相应占空比的PWM电流信号，由此PWM电流信号来控制压缩机的排量，使实际电磁阀电流接近目标电磁阀电流，从而使实际蒸发器温度接近目标蒸发器温度，进而实现了蒸发器温度和电磁阀电流同步精准控制。在系统只有一个输出量的情况下，控制蒸发器温度控制电路与电磁阀电流控制电路以不同时间频率运行，避免了两电路因为工作频率相近产生共振，从而保护电磁阀。同时，通过查找不同PI参数，能够确保在不同的环境温度、不同的蒸发器目标温度设定下，均能精确控制蒸发器温度接近蒸发器目标温度，应用范围更广也更高效智能。附图说明[0029]图1是本发明实施例提供的一种外控式变排量压缩机的控制系统的模块结构图；[0030]图2是本发明实施例提供的一种外控式变排量压缩机的控制系统的第二PID参数选定实现框图；[0031]图3是本发明实施例提供的一种外控式变排量压缩机的控制方法的工作流程图；[0032]图4是本发明实施例提供的一种外控式变排量压缩机的控制方法的第一次对比判断和赋值运算的算法流程图；[0033]图5是本发明实施例提供的一种外控式变排量压缩机的控制方法的第二次对比判断和赋值运算的算法流程图。
具体实施方式[0034]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下仅为较佳实施例，不构成对本发明保护范围的限制。[0035]参见图1，是本发明实施例提供的一种外控式变排量压缩机的控制系统的模块结构图。在本实施例中，所述的一种外控式变排量压缩机的控制系统，设有第一PID控制模块10及连接所述第一PID控制模块10的蒸发器目标温度设定模块11、蒸发器实际温度采集模块12和第一PID参数选定模块13，所述蒸发器目标温度设定模块11设定的蒸发器目标温度值Tobj与蒸发器实际温度采集模块12采集的蒸发器实际温度值Treal的温度差值δT输入所述第一PID控制模块10，所述第一PID控制模块10结合PID参数选定模块13选定的第一PID参数对所述温度差值δT作第一次对比判断和赋值运算后，输出目标电流Aobj；[0036]还设有用于获取并处理所述目标电流Aobj的第二PID控制模块20及连接所述第二PID控制模块20的实际电流采集模块21、PWM输出模块22，所述PWM输出模块22还连接所述实际电流采集模块21；所述第一PID控制模块20输出的目标电流Aobj作为电磁阀目标电流，所
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述实际电流采集模块21用于采集电磁阀实际电流，所述电磁阀目标电流与电磁阀实际电流Areal的电流差值δA输入第二PID控制模块20，所述第二PID控制模块20对所述电流差值δA结合第二PID参数作第二次对比判断和赋值运算后，输出调节电流Aadj到所述PWM输出模块22所述PWM输出模块22根据所述调节电流Aadj输出对应的PWM电流信号，所述外控式变排量压缩机根据所述PWM电流信号进行阀门的开度调节，并将所述PWM电流信号返回到实际电流采集模块21，并且所述PWM电流信号对所述蒸发器实际温度采集模块12有反馈作用。[0037]在本实施例中，所述蒸发器目标温度设定模块11、蒸发器实际温度采集模块12、第一PID控制模块10及PID参数选定模块13组成蒸发器温度控制电路1并以此作为主电路，所述蒸发器温度控制电路1每隔固定时间段1s-3s执行一次，这里取2s；所述第二PID控制模块20、实际电流采集模块21及PWM输出模块22组成电磁阀电流控制电路2并作为副电路，所述电磁阀电流控制电路每隔固定时间段0.1s-0.5s执行一次，这里取0.3s。[0038]参见图2，是本发明实施例提供的一种外控式变排量压缩机的控制系统的第二PID参数选定实现框图。在本实施例中，所述蒸发器温度控制电路1还设有连接PID参数选定模块13的鼓风机风速采集模块14和环境采集模块15；所述PID参数选定模块13根据当前的鼓风机风速采集模块14的风速Vwind和环境温度采集模块15的环境温度Tout查找PID参数表，获取第一PID参数；所述PID参数表为前期试验中标定的环境温度Tout、风速Vwind与第一PID参数的对照表格；所述PID参数表固化在程序软件中供第一PID控制模块20直接调取。[0039]参加图3，是图3是本发明实施例提供的一种外控式变排量压缩机的控制方法的工作流程图。在本实施例中，一种外控式变排量压缩机的控制方法，包括以下步骤：[0040]S1.蒸发器目标温度设定模块11与蒸发器实际温度采集模块12获取当前蒸发器目标温度设定值Tobj与蒸发器实际温度值Treal并作差值运算，再将温度差值δT输入到第一PID控制模块10；[0041]S2.所述第一PID控制模块10结合PID参数选定模块13选定的PID参数对所述温度差值δT作第一次对比判断和赋值运算后，输出目标电流Aobj到第二PID控制模块20；[0042]S3.第二PID控制模块20将目标电流Aobj与实际电流采集模块21的实际电流Areal作差，得到电流差值δA；[0043]S4.第二PID控制模块20结合第二PID参数对所述电流差值δA作第二次对比判断和赋值运算后，输出调节电流Aadj到所PWM输出模块23；[0044]S5.PWM输出模块23根据所述调节电流Aadj输出PWM电流信号。[0045]S6.外控式变排量压缩机根据所述PWM电流信号进行阀门的开度调节，并将所述PWM电流信号返回到实际电流采集模块21。[0046]参考图4，是本发明实施例提供的一种外控式变排量压缩机的控制方法的第一次对比判断和赋值运算的算法流程图。在所述步骤S2中，第一次对比判断和赋值运算过程为：[0047]若所述温度差值δT大于或等于温差承受值Tmax，所述第一PID控制模块10根据温度差值δT和PID参数选定模块13选定的PID参数运算得到初始目标电流Ast后，再将所述初始目标电流Ast与目标电流上限值Aup和目标电流下限值Adn做比较，若初始目标电流Ast大于所述目标电流上限值Aup，则所述目标电流上限值Aup赋值为目标电流Aobj，若所述初始目标电流Ast小于目标电流上限值Aup并大于目标电流下限值Adn，则所述初始目标电流赋值Ast为目标电流Aobj，若所述初始目标电流Ast小于目标电流下限值Adn，则所述目标电流下限值Adn赋值
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为目标电流Aobj；[0048]若所述温度差值δT小于所述温差承受值Tmax，则将程序根据蒸发器目标温度设定值Tobj而运算出的预设电流Apre赋值为目标电流Aobj。[0049]参考图5，是本发明实施例提供的一种外控式变排量压缩机的控制方法的第二次对比判断和赋值运算的算法流程图。在所述步骤S4中，第二次对比判断和赋值运算过程为：[0050]若所述电流差值δA小于电流差承受值Amax，则将实际电流Areal作为调节电流Aadj输出，防止因静态误差而频繁调节输出；[0051]若所述电流差值δA大于所述电流差承受值Amax的两倍，则将电流差值的二分之一1/2δA输入到第二PID控制模块20并参与运算，得到调节电流，防止最终输出的PWM电流信号出现超调和震荡现象；[0052]若所述电流差值δA大于电流差承受值Amax，并且小于所述电流差承受值的2倍2Amax，则将电流差值δA输入到第二PID控制模块20并参与运算，得到调节电流Aadj。[0053]在本实施例中，所述步骤S1-S2每隔固定时间段1s-3s执行一次，这里选取2s为一个循环，所述步骤S3-S5每隔固定时间段0.1s-0.5s执行一次，这里选取0.3s为一个循环；所述温差承受值Tmax为0.5℃；所述电流差承受值Amax为10mA。[0054]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
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