基于CO2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法及装置与流程

基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法及装置
技术领域
1.本发明属于压缩机控制技术领域，具体涉及一种基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法及装置。


背景技术：

2.电动汽车热管理系统大都采用热泵系统，而电动压缩机在整个汽车控制中扮演着极为重要的角色，它关系整个三电系统运行的安全性。同时，空调系统负责调控车内温度，也很直接的与用户舒适性相关联。
3.在co2热泵系统压缩机转速pid控制过程中，由于系统的温度响应相对调节速度来说相对滞后，就会出现压缩机达到某一转速条件下，实际已可以满足系统需求，但由于温度响应较慢，在系统响应的过程中，压缩机还在不断调节，就会使系统出现较大超调，导致系统实际温度稳定时间偏大，体现在出风口温度的体验感温差也会较大，导致舒适性差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法及装置，解决co2热泵系统温度控制超调而无法快速稳定的问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法，包括：
7.压缩机转速pid控制以目标温度与实际温度之间的差值作为输入，以压缩机转速控制量作为输出；
8.实时获取目标温度与实际温度之间的差值，进行分段式控制：
9.若差值的绝对值超过预设温度阈值，则co2热泵系统进入快速调节阶段；快速调节阶段中，p、i与d三个参数设置相对较大；
10.若差值的绝对值未超过预设温度阈值，则co2热泵系统进入慢调阶段；慢调阶段中，p、i与d三个参数设置相对较小；
11.若差值的绝对值稳定在第一特定范围内，则co2热泵系统进入稳定阶段；稳定阶段中，p、i与d三个参数设置为固定值，分别为k
p5
、k
i5
与k
d5
；
12.在实际温度首次达到目标温度后，根据温度超调量调节积分与微分系数：
13.若温度超调量超过预设超调阈值，则co2热泵系统震荡较大，设置积分与微分系数分别为max(k
i5
，k
i51
)与max(k
d5
，k
d51
)；
14.若温度超调量未超过预设超调阈值，则co2热泵系统震荡较小且趋于稳定，设置积分与微分系数分别为min(k
i5
，k
i53
)与min(k
d5
，k
d53
)；
15.若温度超调量稳定在第二特定范围内，则co2热泵系统稳定，设置积分与微分系数分别为min(k
i5
，k
i55
)与min(k
d5
，k
d55
)；
16.其中，k
i55
、k
i53
与k
i51
为积分系数设定值且k
i55
小于k
i53
小于k
i51
小于慢调阶段积分系数，k
d55
、k
d53
与k
d51
为微分系数设定值且k
d55
小于k
d53
小于k
d51
小于慢调阶段微分系数；
17.根据压缩机转速控制量控制co2热泵系统的电动压缩机。
18.进一步的，快速调节阶段与慢调阶段中，根据不同的温差设置不同的p、i与d参数，温差越大，对应的p、i与d参数越大。
19.进一步的，第一特定范围为1度以内。
20.进一步的，k
p5
、k
i5
与k
d5
均为零。
21.进一步的，co2热泵系统震荡较大与co2热泵系统震荡较小且趋于稳定时，根据不同的温度超调量设置不同的积分系数设定值与微分系数设定值，温度超调量越大，对应的积分系数设定值与微分系数设定值越大。
22.进一步的，第二特定范围为1度以内。
23.一种基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制装置，该装置采用上述中任意一项所述的基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法。
24.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
25.本发明提供一种基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法及装置，可在实际控制中有效的减小系统超调，可使实际温度快速稳定在目标温度
±
1度附近，可使空调出风口温度快速稳定，提升驾乘可靠及舒适感。
附图说明
26.图1是本发明的基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法框图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
28.co2热泵系统的压缩机采用pid控制方式将实际温度控制在目标温度
±
1度范围内，但实际测试中发现系统响应后会有很大的超调量，导致温度波动较大，系统稳定时间长。为了减小超调，让系统快速控制稳定，提出本发明的基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法及装置，可在实际控制中有效的减小系统超调，可使实际温度快速稳定在目标温度
±
1度附近，可使空调出风口温度快速稳定，提升驾乘可靠及舒适感。
29.为了在一定程度上减小系统超调量，本发明提供一种基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法，在实际压缩机pid调节时采用变参数调节法，如图1所示，具体方法如下：
30.1、压缩机转速pid控制以目标温度与实际温度之间差值作为输入，以压缩机转速控制量作为输出。
31.2、目标温度与实际温度的温差首先输入至pid参数选取器，以选取合适的pid控制参数；pid参数选取器内部参数如下：
32.在系统的响应阶段，温差应合理考虑实际系统温度差值与调节需求，对表1及具体温差数值进行设定，t
1-tn应涵盖所调节工况温差分布，p、i、d三参数应符合温差大时参数设置相对较大，系统进入快速调节阶段；温差较小时参数设置相对较小，系统进入慢调阶段；
当温差稳定在
±
1度或
±
2度以内一段时间，参数设置为固定值，甚至系统pid也可停止调节。
33.表1pid参数选取器内部参数表
[0034][0035]
表中，左侧为升温工况，右侧为降温工况。左侧从快速调节阶段至稳定阶段，温差为正值；右侧从快速调节阶段至稳定阶段，温差为负值。温度差值的绝对值超过预设温度阈值，例如5度以上，p、i、d三参数设置相对较大，系统进入快速调节阶段；一旦温度差值的绝对值低于5度，系统就会进入慢调阶段，p、i与d三个参数设置相对较小。当温度差值的绝对值稳定在1度以内时，即目标温度与实际温度之间的差值维持在
±
1度以内一段时间，说明系统进入稳定阶段。稳定阶段里，p、i与d三个参数设置为固定值，分别为k
p5
、k
i5
与k
d5
，甚至pid可停止调节，即k
p5
、k
i5
与k
d5
均设置为零值。其中，快速调节阶段和慢调阶段可根据不同的温差设置不同的p、i与d参数，温差越大，对应的p、i与d参数越大。
[0036]
需要说明的是，稳定阶段的优先级高于慢调阶段。即：稳定阶段中温度差值的绝对值也满足慢调阶段的条件，但pid参数设置优先选用稳定阶段所设置的pid参数。
[0037]
3、通过以上pid参数优化了系统的响应时间，为了使系统快速稳定，在系统响应首次达到目标温度后，采取根据超调量对积分与微分系数进行查表。如表2所示，系统超调过大时，系统进入震荡较大阶段，增大积分、微分系数；在震荡较小趋于稳定时减小积分、微分系数；具体系数的选取做如下处理：
[0038]
系统震荡较大阶段，温差t
51
：max(k
i5
，k
i51
),max(k
d5
，k
d51
)
[0039]
系统震荡较大阶段，温差t
52
：max(k
i5
，k
i52
),max(k
d5
，k
d52
)
[0040]
系统震荡趋于稳定，温差t
53
：min(k
i5
，k
i53
),min(k
d5
，k
d53
)
[0041]
系统震荡趋于稳定，温差t
54
：min(k
i5
，k
i54
),min(k
d5
，k
d54
)
[0042]
系统已经稳定，温差t
55
：min(k
i5
，k
i55
),min(k
d5
，k
d55
)
[0043]
表2积分与微分系数查找表
[0044][0045]
在实际温度首次达到目标温度后，在表2中先进行积分与微分系数查找。温度超调量超过预设超调阈值，例如3度，则认为震荡较大；然后根据超调温差在表2中查找相应的积
分与微分系数，再与稳定阶段的积分与微分系数相比较，确定最终的积分与微分系数。温度超调量越大，对应的积分系数设定值与微分系数设定值越大。表2中，k
i55
、k
i53
与k
i51
为积分系数设定值且k
i55
小于k
i53
小于k
i51
小于慢调阶段积分系数，k
d55
、k
d53
与k
d51
为微分系数设定值且k
d55
小于k
d53
小于k
d51
小于慢调阶段微分系数。
[0046]
若温度超调量稳定在1度以内一段时间，则认为co2热泵系统稳定。
[0047]
需要说明的是，系统稳定的优先级高于co2热泵系统震荡较小且趋于稳定。系统震荡较大以及系统震荡趋于稳定，可根据不同的温差设置不同的积分与微分系数。
[0048]
步骤2与步骤3组合使用，步骤2使系统快速响应，步骤3以调节积分及微分环节为主，比例环节为辅，使系统快速稳定。
[0049]
通常情况下，co2热泵系统先进入快速调节阶段，然后进入慢调阶段，接着实际温度首次达到目标温度，最后进入稳定阶段。
[0050]
本发明还提供一种基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制装置，该装置采用上述中任意一项所述的基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法。
[0051]
本发明的实际验证结果如下：
[0052]
使用该方法前各工况响应时间以及稳定时间如表1所示。
[0053]
表1各工况响应时间以及稳定时间表
[0054]
[0055]
使用该方法后：
[0056]
工况一中实际水温响应速度保持在2min以内，稳定后的偏差在
±
1℃以内；
[0057]
工况二中水温的响应速度保持在2min以内，稳定后最大偏差
±
1℃以内；
[0058]
工况三中水温响应速度保持在2min以内，稳定后最大偏差
±
1℃以内。
[0059]
由上可见，系统超调及稳定时间有了明显改善。
[0060]
综上所述，本发明的基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法及装置意在解决co2热泵系统压缩机在实际控制中超调导致的系统无法快速稳定的问题，实用性强，控制效果好，压缩机控制可满足乘员舱内空调温度体感舒适性。
[0061]
需要指出，根据实施的需要，可将本技术中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
[0062]
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法，其特征在于，包括：压缩机转速pid控制以目标温度与实际温度之间的差值作为输入，以压缩机转速控制量作为输出；实时获取目标温度与实际温度之间的差值，进行分段式控制：若差值的绝对值超过预设温度阈值，则co2热泵系统进入快速调节阶段；快速调节阶段中，p、i与d三个参数设置相对较大；若差值的绝对值未超过预设温度阈值，则co2热泵系统进入慢调阶段；慢调阶段中，p、i与d三个参数设置相对较小；若差值的绝对值稳定在第一特定范围内，则co2热泵系统进入稳定阶段；稳定阶段中，p、i与d三个参数设置为固定值，分别为k
p5
、k
i5
与k
d5
；在实际温度首次达到目标温度后，根据温度超调量调节积分与微分系数：若温度超调量超过预设超调阈值，则co2热泵系统震荡较大，设置积分与微分系数分别为max(k
i5
，k
i51
)与max(k
d5
，k
d51
)；若温度超调量未超过预设超调阈值，则co2热泵系统震荡较小且趋于稳定，设置积分与微分系数分别为min(k
i5
，k
i53
)与min(k
d5
，k
d53
)；若温度超调量稳定在第二特定范围内，则co2热泵系统稳定，设置积分与微分系数分别为min(k
i5
，k
i55
)与min(k
d5
，k
d55
)；其中，k
i55
、k
i53
与k
i51
为积分系数设定值且k
i55
小于k
i53
小于k
i51
小于慢调阶段积分系数，k
d55
、k
d53
与k
d51
为微分系数设定值且k
d55
小于k
d53
小于k
d51
小于慢调阶段微分系数；根据压缩机转速控制量控制co2热泵系统的电动压缩机。2.根据权利要求1所述的基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法，其特征在于，快速调节阶段与慢调阶段中，根据不同的温差设置不同的p、i与d参数，温差越大，对应的p、i与d参数越大。3.根据权利要求1所述的基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法，其特征在于，第一特定范围为1度以内。4.根据权利要求1所述的基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法，其特征在于，k
p5
、k
i5
与k
d5
均为零。5.根据权利要求1所述的基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法，其特征在于，co2热泵系统震荡较大与co2热泵系统震荡较小且趋于稳定时，根据不同的温度超调量设置不同的积分系数设定值与微分系数设定值，温度超调量越大，对应的积分系数设定值与微分系数设定值越大。6.根据权利要求1所述的基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法，其特征在于，第二特定范围为1度以内。7.一种基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制装置，其特征在于，该装置采用权利要求1至6中任意一项所述的基于co2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法。

技术总结
本发明公开了一种基于CO2热泵系统的电动压缩机分段式控制方法及装置，该方法包括：压缩机转速PID控制以目标温度与实际温度之间的差值作为输入，以压缩机转速控制量作为输出；实时获取目标温度与实际温度之间的差值，进行分段式控制：快速调节阶段中，PID三个参数设置相对较大；慢调阶段中，PID三个参数设置相对较小；稳定阶段中，PID三个参数设置为固定值；在实际温度首次达到目标温度后，根据温度超调量调节积分与微分系数；最后根据压缩机转速控制量控制CO2热泵系统的电动压缩机。本发明可在实际控制中有效的减小系统超调，可使实际温度快速稳定在目标温度


技术研发人员：王安吉 杜文龙 付静 王旭红 张亚国
受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/8/9