蒸气压缩系统及用于控制蒸气压缩系统的方法

摘要

一种控制包括变速压缩机的蒸气压缩系统的方法。使用所述压缩机的速度及室外空气温度的值和所述压缩机的排放温度的值之间的映射来确定所述压缩机的期望排放温度。确定用于将当前排放温度转换为所述期望排放温度的转换函数，使得所述转换函数是连续的并且该转换函数的变化率受到限制。接下来，控制所述蒸气压缩系统的阀，使得基于所述转换函数将所述排放温度转换为所述期望排放温度。

权利要求

1.一种用于控制包括变速压缩机的蒸气压缩系统的方法，所述方法包括以下步骤：使用所述压缩机的速度及室外空气温度的值和所述压缩机的排放温度的值之间的映射来确定所述压缩机的期望排放温度；

确定用于将当前排放温度连续地转换为所述期望排放温度的转换函数，所述转换函数是时间的函数，所述期望排放温度作为所述转换函数的输入，所述转换函数的输出是速率受限的期望排放温度，从而平滑地输出所述期望排放温度，并且，所述转换函数的所述输出的变化率被限制为与所述压缩机的热时间常数成比例；以及控制所述蒸气压缩系统的阀，使得基于所述转换函数将所述排放温度转换为所述期望排放温度，其中所述方法的步骤由处理器执行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中控制的步骤包括：接收实际排放温度的测量结果；

使用所述期望排放温度和所述转换函数来确定所述速率受限的期望排放温度；

将所述实际排放温度与所述速率受限的期望排放温度相比较，以确定误差；以及生成用于修正所述阀的开口的命令，使得所述误差减小。

3.根据权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括：重复所述控制的步骤，直到所述实际排放温度达到所述期望排放温度为止。

4.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：基于所述压缩机的质量、构成所述压缩机的材料的导热系数或所述室外空气温度或者它们的组合来确定所述转换函数的所述输出的变化率。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述转换函数为低通滤波器。

6.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：将所述转换函数确定为时间常数与所述压缩机的热时间常数成比例的一阶低通滤波器。

7.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：根据下式确定所述转换函数

y[k]＝a*u[k]+(1-a)*y[k-1]，其中y[k]是所述转换函数在时间步长k处的输出，u[k]是在时间步长k处对所述转换函数的输入，y[k-1]是所述转换函数在前一个时间步长处的输出，并且参数a是值在0和1之间的平滑因子。

8.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：使用所述系统的模型来确定所述映射。

9.一种用于控制包括变速压缩机的蒸气压缩系统的方法，所述方法包括以下步骤：确定期望排放温度；

确定用于将当前排放温度连续地转换为所述期望排放温度的转换函数，所述转换函数是时间的函数，所述期望排放温度作为所述转换函数的输入，所述转换函数的输出是速率受限的期望排放温度，从而平滑地输出所述期望排放温度，并且，所述转换函数的所述输出的变化率被限制为与所述压缩机的热时间常数成比例；

使用所述转换函数来对所述期望排放温度进行滤波，以产生速率受限的期望排放温度；以及控制所述蒸气压缩系统的阀，使得实际排放温度与速率受限的期望排放温度之间的误差最小化，其中所述方法的步骤由处理器执行。

10.根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括：确定所述压缩机的速度的值、室外空气温度的值和所述压缩机的排放温度的值之间的映射；

使用所述映射、所述压缩机的所述速度和所述室外空气温度来确定所述期望排放温度。

11.一种蒸气压缩系统，所述蒸气压缩系统包括：

压缩机，所述压缩机具有用于在该系统中压缩以及泵送制冷剂的速度，其中所述压缩机的所述速度是可变的并且由压缩机控制装置控制，所述压缩机控制装置被构造成响应于一个或更多个环境参数的改变来确定并调整所述压缩机的所述速度；

阀，所述阀用于在所述蒸气压缩系统的高压部和低压部之间提供可调整压力，其中膨胀阀由阀控制装置控制；

第一温度传感器，所述第一温度传感器用于测量所述压缩机的实际排放温度；

第二温度传感器，所述第二温度传感器用于测量室外空气温度；

存储器，所述存储器用于存储所述压缩机的所述速度及所述室外空气温度的值和所述压缩机的所述排放温度的值之间的映射；

处理器，所述处理器操作性地连接到所述存储器，所述压缩机控制装置和所述第二温度传感器，以使用所述室外空气温度、所述压缩机的所述速度和所述映射来确定期望排放温度，并且，确定用于将当前排放温度连续地转换为所述期望排放温度的转换函数；以及反馈控制器，所述反馈控制器用于生成针对所述阀控制装置的命令，以减小由所述第一温度传感器测量的所述实际排放温度与根据转换函数确定的速率受限的期望排放温度之间的误差，所述处理器将所述转换函数确定为时间的函数，所述期望排放温度作为所述转换函数的输入，所述转换函数的输出是速率受限的期望排放温度，从而平滑地输出所述期望排放温度，并且，所述转换函数的所述输出的变化率被限制为与所述压缩机的热时间常数成比例。

12.根据权利要求11所述的系统，所述系统进一步包括：转换模块，所述转换模块用于通过用所述转换函数对所述期望排放温度进行滤波来确定所述速率受限的期望排放温度。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，使用所述处理器来实现所述转换模块和所述反馈控制器。

说明书

蒸气压缩系统及用于控制蒸气压缩系统的方法

技术领域

[0001] 本发明总体涉及蒸气压缩系统，并且更具体地涉及控制蒸气压缩系统的操作。

背景技术

[0002] 诸如热泵、制冷和空气调节系统的蒸气压缩系统被广泛使用于工业和住宅应用中。蒸气压缩系统是电能的较大消费主体，并且需要冷却和加热的有效手段。期望改进蒸气压缩循环的操作效率，而不会增加蒸气压缩系统的部件成本。

[0003] 将变速压缩机、变位阀和变速风扇引入到蒸气压缩循环已大大改进了操作灵活性。然而，灵活性提高的这些可变致动器需要严格控制制冷剂质量的流量。通过蒸发制冷剂实现环境(例如，房间内的空间或杂货店中的陈列柜)的冷却。冷却包括蒸发工艺，由此物质从液体转换为蒸气。，该工艺在热量被制冷剂吸收时发生，从而从待冷却的空间去除热量。在此工艺期间，当一些制冷剂在液相中并且一些制冷剂在气相中时，制冷剂被认为是两相混合物。

[0004] 该蒸发工艺发生在通常被称为蒸发器的热交换器中。对于最节能的操作，应该严格控制进入蒸发器的制冷剂的量。理想的情况下，具有部分液体及部分蒸气的两相混合物的制冷剂进入蒸发器，并且随着制冷剂离开蒸发器而经由蒸发工艺完全转换为蒸气。如果太少的制冷剂进入蒸发器，则在制冷剂离开蒸发器之前所有的制冷剂过早转换为气相，这意味着相当大的一部分的蒸发器表面积未用于执行冷却，从而减小了系统的效率。相反，如果太多的制冷剂被允许进入蒸发器，则仍在部分液相状态下使制冷剂离开蒸发器，这意味着充分发挥潜力来执行有益的冷却并未在蒸发器中得以执行，还减小了效率。此外，制冷剂的离开蒸发器的液体成分可以被摄取到压缩机中，这可能潜在地导致损坏。

[0005] 蒸发工艺一般是恒温过程(蒸发温度取决于蒸发期间的材料属性和制冷剂压力)。在完全蒸发之后，另外传递到气相制冷剂的热量导致制冷剂温度的温度提高。提高的气相温度与蒸发温度之间的温度差被称为过热温度。离开蒸发器且已完全蒸发为气相的制冷剂呈现大于蒸发温度的温度，换句话说，具有正的过热温度。适当控制蒸发器出口处的制冷剂过热温度优化了效率，并且保护蒸气压缩设备。

[0006] 为了直接测量制冷剂过热，各种方法确定通向蒸发器的进口处的蒸发温度，这需要测量蒸发压力。在测量蒸发压力之后，可以使用制冷剂性能来计算蒸发温度。还测量蒸发器出口处的蒸气温度，并且将过热计算为测量的出口蒸气温度与蒸发温度的差。这种直接测量方法需要至少一个压力传感器和一个(通常多于两个)温度测量仪器。用于测量制冷剂压力的传感器是昂贵且通常不可靠的，因此过热的直接测量通常受限于非常昂贵的系统，其可能要容忍高部件成本并且提供冗余的感测手段。

[0007] 胜于直接地测量过热，可以使用不那么昂贵的温度传感器来估算过热。例如，U.S.6,769,264描述了一种用布置在蒸发器热交换器的进口和出口附近的两个专用温度传感器来估计过热的方法。虽然该方法可估算合理精度的过热温度，但该方法仍需要特别位于热交换器上的位置的额外专用温度传感器。所述额外传感器增加了机器成本。

[0008] U.S.5,311,748教导的是，可使用压缩机排放温度(离开压缩机的制冷剂温度)和室外空气温度的组合以控制过热这样的方式来控制制冷剂。使用这些传感器计算出控制正确的制冷剂量的阀位置。虽然该方法避免了不必要的热交换器温度或压力传感器，但是该方法不适合具有变速压缩机的蒸气压缩系统。

[0009] 鉴于以上考虑，在本领域中需要有一种测量进入蒸发器的制冷剂量以优化具有变速压缩机的蒸气压缩系统的效率和成本的方法。

发明内容

[0010] 本发明的一些实施方式确定蒸发器正确的制冷剂量，无需使用压力传感器或不依赖于专用的热交换器温度传感器。例如，本发明的一个实施方式只使用出于备用原因(诸如设备保护及监测)装设的蒸气压缩系统的传感器。以这种方式，可以保持有效操作，同时保持部件成本降至最低。

[0011] 此外，本发明的各种实施方式明确地应用于变速压缩机，其影响排放温度以及阀位置而破坏蒸气压缩系统的操作。实际上，一些实施方式调节具有变速压缩机的蒸气压缩系统的过热，并且采用不需要额外的传感器的方式。

[0012] 本发明的一些实施方式基于以下实现策略：排放温度使小的正过热温度变化与室外空气温度和压缩机速度有关。进一步认识到，这两个因素可以考虑计算实现期望的过热温度的正确的排放温度。

[0013] 本发明的一些实施方式基于另一实现策略：在变速蒸气压缩系统中，压缩机速度可作为用户启动室内设定点温度的改变的回应而突然改变，导致排放温度突然改变。然而，由于压缩机速度的可变性质和独立控制，排放温度的这种突然改变可能破坏整个蒸气压缩系统的操作。

[0014] 因此，本发明的一些实施方式的目的是提供用于稳定地操作用减小的多个传感器和变速压缩机操作的蒸气压缩系统的各种部件的控制的一种系统和一种方法。

[0015] 因此，一个实施方式公开了一种用于控制包括变速压缩机的蒸气压缩系统的方法。所述方法包括以下步骤：使用所述压缩机的速度及室外空气温度的值和所述压缩机的排放温度的值之间的映射来确定所述压缩机的期望排放温度；确定用于将当前排放温度转换为所述期望排放温度的转换函数，使得所述转换函数是连续的并且该转换函数的变化率受到限制；以及控制所述蒸气压缩系统的阀，使得基于所述转换函数将所述排放温度转换为所述期望排放温度。所述方法的步骤由处理器执行。

[0016] 另一实施方式公开了一种用于控制蒸气压缩系统的方法，所述方法包括以下步骤：确定期望排放温度；使用转换函数对所述期望排放温度进行滤波，以产生速率受限的排放温度；以及控制所述蒸气压缩系统的阀，使得实际排放温度与速率受限的排放温度之间的误差最小化。所述方法的步骤由处理器执行。

[0017] 又一实施方式公开了一种蒸气压缩系统，所述蒸气压缩系统包括：压缩机，所述压缩机具有用于在该系统中压缩以及泵送制冷剂的速度，其中所述压缩机的所述速度是可变的并且由压缩机控制装置控制，所述压缩机控制装置被构造成响应于一个或更多个环境参数的改变来确定并调整所述压缩机的所述速度；阀，所述阀用于在所述蒸气压缩系统的高压部和低压部之间提供可调整压力，其中阀控制装置控制膨胀阀。所述系统还包括：第一温度传感器，所述第一温度传感器用于测量所述压缩机的实际排放温度；第二温度传感器，所述第二温度传感器用于测量室外空气温度；存储器，所述存储器用于存储所述压缩机的所述速度及所述室外空气温度的值和所述压缩机的所述排放温度的值之间的映射；处理器，所述处理器操作性地连接到所述存储器，所述压缩机控制装置和所述第二传感器，以使用所述室外空气温度、所述压缩机的所述速度和所述映射来确定期望排放温度；以及反馈控制器，所述反馈控制器用于生成针对所述阀控制装置的命令，以减小由所述第一温度传感器测量的所述实际排放温度与根据转换函数确定的速率受限的期望排放温度之间的误差。

附图说明

[0018] 图1是根据本发明的一个实施方式的蒸气压缩系统的框图；

[0019] 图2A是根据本发明的一个实施方式的蒸气压缩系统的压缩机的排放温度、压缩机的速度和室外空气温度之间的映射的图示；

[0020] 图2B是代表根据本发明的另一实施方式的映射的表；

[0021] 图3A是排放温度的改变值与实际排放温度值和期望排放温度值之间的误差之间的时间相关的关系；

[0022] 图3B是采用结合图3A描述的一些原理的根据本发明的一个实施方式用于控制蒸气压缩的方法的框图；

[0023] 图4A是根据另一实施方式的反馈控制回路的示意图；

[0024] 图4B是根据另一实施方式用于控制蒸气压缩系统的方法的框图；以及[0025] 图5是根据本发明的一个实施方式凭经验确定转换函数的平滑因子的图示。

具体实施方式

[0026] 本发明的各种实施方式提供以下系统和方法：用于使用限制的多个传感器和处理信号来控制蒸气压缩系统的制冷剂量，使得系统的稳定性得以保持并且优化了效率。为了描述一些实施方式的原理，示例性蒸气压缩系统为以冷却模式(即，去除来自室内环境的热量)操作的空气调节器。然而，该示例并不意在限制本发明的范围，并且各种实施方式拟定涵盖蒸气压缩系统(以冷却以及加热模式操作的空气调节器、冷水机、冷冻机，等)的所有操作模式。

[0027] 图1示出了根据本发明的一些实施方式的蒸气压缩系统100的框图。系统100的示例为实施蒸气压缩循环的任何加热、通风、空气调节(HVAC)系统。通常情况下，使用具有能由控制系统控制的操作的蒸气压缩系统致动器来实施蒸气压缩循环。

[0028] 高压下的液体制冷剂被释放到低压容器(例如蒸发器107)中。由于压力的大大减少，制冷剂开始蒸发，这去除了来自围绕蒸发器的空气的热量，从而降低空气温度。从蒸发器去除的热量一般被认为是以冷却模式操作的系统的热负荷。为了增加制冷剂与空气之间的热交换，风扇108可以用于迫使空气横跨蒸发器移动。

[0029] 进入蒸发器的制冷剂可以由限流装置控制。限流装置阻挡制冷剂管的足够部分，以限制制冷剂质量流量并建立两个压力区域：限流器上游的高压区域；以及下游的低压区域。在该示例中，限流装置是用于在蒸气压缩系统的高压部和低压部之间提供可调整压力降的膨胀阀。膨胀阀可以包括由从阀控制装置109接收命令104的电动步进电机103致动的变位阀102。阀的其它实施方案是可行的。

[0030] 蒸气压缩系统的额外部件用于回收离开蒸发器的低压蒸气制冷剂并且将制冷剂返回至高压液体状态。所述系统可以包括压缩机101，压缩机101具有用于压缩以及泵送制冷剂穿过系统的速度，其中压缩机的速度是可变的，并且由压缩机控制装置110控制。压缩机控制装置被构造成响应于一个或更多个环境参数的改变而确定以及调整压缩机的速度。

[0031] 环境参数的示例包括但不限于：由用户设置的期望温度、系统的热负荷以及蒸发器和冷凝器处的空气温度。这些环境参数中诸如室内温度的一些参数具有针对蒸气压缩系统的用户的期望值，即设定点。例如，设定点可以是一个变量，例如是室内温度。另外，设定点可以是一组多个变量，诸如室内空气的温度和相对湿度。

[0032] 压缩机101从蒸发器摄取低压制冷剂并且将制冷剂压缩为高压蒸气。在变速蒸气压缩系统中，压缩机从压缩机控制装置110接收命令105，其指定压缩机的速度。通过使压缩机速度变化，质量流量和压力比可以基于热负荷和温度设定点进行调整。

[0033] 离开压缩机的高压蒸气被发送到另一热交换器，即冷凝器106，其用于将包含在高温高压制冷剂中的热量去除至周围环境。随着热量从制冷剂中去除，制冷剂冷凝为液体状态。类似于蒸发器，风扇114可以用于横跨冷凝器来移动空气，以增加热交换率。离开冷凝器而得到的制冷剂具有高压且处于液体状态，并且穿过限流装置以完成循环。

[0034] 本发明的一些实施方式基于以下实现策略：在压缩机的速度、室外空气温度和压缩机的排放温度之中存在映射关系，并且映射可以用于控制蒸气压缩系统的过热，这在下面更详细地描述。

[0035] 因此，在一些实施方式中，系统100还包括：第一温度传感器111，第一温度传感器111用于测量压缩机101的排放温度；第二温度传感器112，第二温度传感器112用于测量室外空气温度；存储器113，存储器113用于存储压缩机的速度的值、室外空气温度的值和压缩机的排放温度的值之间的映射。所述系统还可以包括处理器116，处理器116操作性地连接到存储器113、压缩机控制装置110和第二温度传感器112。处理器116被构造成使用映射和室外空气温度的值以及压缩机的速度来确定期望排放温度。反过来，期望排放温度可以用于控制过热。

[0036] 系统100还可以包括反馈控制器118，反馈控制器118用于生成针对阀控制装置109的命令，以减小由第一温度传感器111测量的当前排放温度和期望排放温度之间的误差。在各种实施方式中，使用转换函数使期望排放温度平滑化，以产生速率受限的排放温度。如下面描述的，与突然转换对比，将当前排放温度连续地转换为期望排放温度来确定转换函数。以这样的方式，系统100的操作得以稳定。

[0037] 在一些实施方式中，转换函数由转换模块117生成，使得转换函数是连续的并且转换函数的变化率受到限制。在替代实施方式中，转换函数由处理器116生成。然而，其它实施方案是可能的。例如，在一些实施方式中，处理器116用于实施控制器109、110和118中的一个或更多个。在替代实施方式中，使用额外的处理器来实施控制器。

[0038] 经过无数次的实验认识到，过热可以根据下值唯一确定：(i)压缩机速度；(ii)室外空气温度；以及(iii)压缩机排放温度。因此，通过控制速度和温度，可以控制过热温度。

[0039] 图2A示出了流形201，描述的示例为压缩机的排放温度、压缩机的速度和室外空气温度之间的映射200。然而，在具有变速压缩机的蒸气压缩系统中，压缩机速度通常例如响应于一个环境参数的改变由压缩机控制模块110独立确定。类似地，无法控制室外空气温度。因此，一些实施方式测量或以其它方式确定压缩机的速度和室外空气温度，并且依据映射200来确定压缩机的排放温度。膨胀阀用于将排放温度控制为期望排放温度。以这种方式，可以间接控制过热。

[0040] 图2A的流形(manifold)201可以使用蒸气压缩系统的模型来确定，或者经由实验凭经验确定，其中蒸发器过热可以使用传感器和不存在于商业系统中的仪表来测量。在实验期间，膨胀阀用于将蒸发器过热直接调节为小的正值，并且诸如压缩机速度和室外空气温度的条件是变化的。在这些不同条件下测量排放温度，并且可以绘制单独的实验202结果以确定最适合经验数据的流形201。流形可以凭参数或凭经验表示。一些实施方式把映射200表达为公式或查找表。

[0041] 图2B示出了表210，该表代表压缩机220的速度、室外空气温度230和排放温度240之间的映射。通常情况下，表210被预定并存储在存储器中。在操作蒸气压缩系统期间，处理器116可以基于例如压缩机控制装置110设置的压缩机速度值、由第二温度传感器112设置的室外温度值来确定一组值250。

[0042] 在一些实施方式中，压缩机控制装置基于室外温度来确定压缩机的速度。在这些实施方式中，表210可以只包括压缩机的速度和压缩机的排放温度之间的映射。在这些实施方式中，经由压缩机控制装置间接地考虑室外空气温度。映射的其它变化是可能的。例如，一个实施方式将映射存储为压缩机速度和室外空气温度的函数。

[0043] 响应于期望排放温度的确定，反馈控制器可以生成针对阀控制装置的命令，以减小由第一温度传感器测量的当前排放温度和由处理器116使用映射200确定的期望排放温度之间的误差。

[0044] 然而，对于使用变速压缩机的一些系统，如下面描述的，响应于压缩机速度的突然改变的阀控制的突然改变可能破坏系统的操作。具体而言，反馈控制器作用在误差信号上，并且误差信号的幅度和频率含量可以确定闭环系统的稳定性。由此，一些实施方式根据转换函数来确定速率受限的期望排放温度，以将当前排放温度连续地转换为期望排放温度。

[0045] 例如，在许多蒸气压缩系统中，通常响应于期望温度的改变来修正变速压缩机的速度。例如，用户可以减小恒温器的设定点。室温设定点的这种突然改变通常伴随着压缩机速度的相应突然改变。因为压缩机速度是映射200的组成部分，所以相应的期望排放温度也可能突然改变。

[0046] 图3A示出了排放温度的值的改变310与实际排放温度和期望排放温度之间的误差320之间的时间相关关系315。例如，如果期望排放温度301突然改变，则提供给反馈控制器用来驱动膨胀阀的误差信号304也会突然改变，通常情况下以大的幅度改变。

[0047] 误差信号的这种大的突然改变可能引起蒸气压缩系统的破坏。例如，如果用户改变环境参数，例如减小恒温器设定点，则压缩机控制装置使压缩机速度突然提高，以减小蒸发器处的制冷剂温度，从而减少温度。根据映射200，提供给阀控制装置来控制膨胀阀的期望压缩机排放温度有相应提高。为了实现排放温度的提高，阀控制装置命令阀减少其开口。这导致进入蒸发器的制冷剂量减少。因为蒸发器的热传递取决于制冷剂的温度和质量流量两者的，所以通过使阀闭合，制冷剂的质量流量可以减小以抑制此热传递。结果，蒸气压缩机系统无法实现期望的室温，并且压缩机控制装置会命令压缩机进一步提高速度，最终引起最大压缩机速度的失控条件以及最小阀开口。

[0048] 应认识到，可以通过使提供给阀控制装置的信号适当地滤波或成形来避免这种破坏情形。再次参照图3A，突然而不连续的函数301代表期望压缩机排放温度的改变，可以被平滑303而将当前排放温度312转换为期望排放温度314，使得转换连续化并且限制转换的变化率。可以根据将速率受限的期望排放温度确定为时间的函数的转换函数完成平滑化。与不连续的转换301对比，限定转换303的转换函数是连续的。限制变化率的转换函数确保转换的平滑，并且意味着在从先前值转换为新的排放温度值期间转换函数在所有的时间情况下可微分的。

[0049] 通过限制转换函数的变化率，速率受限的排放温度303和实际排放温度302之间的差导致误差信号305更小。该误差信号不会使由反馈控制器控制的蒸气压缩系统的操作破坏。

[0050] 如本文中使用的，期望排放温度是使用映射200确定的压缩机的排放温度。期望排放温度的示例为值314。速率受限的期望排放温度为使用转换函数确定的排放温度。在一个实施方式中，转换函数的输入为期望排放温度，输出为代表不同时间点的速率受限的期望排放温度的转换303。

[0051] 实际排放温度为在不同时间点测量的排放温度。实际排放温度的示例为信号302。在一些实施方式中，实际排放温度被反馈控制器驱动至期望的排放值，其取为对应一对实际排放温度和速率受限的期望排放温度的输入，以确定误差信号305的误差。

[0052] 反馈控制器命令以驱动误差信号为零这样的方式增加或减少阀的开口。例如，增大阀开口会增加制冷剂流量并且导致实际排放温度的相应减少。相反，减小阀开口会导致实际排放温度的相应提高。根据这种大致关系，例如具有积分作用的反馈控制器基于相应对速率受限的期望排放温度和实际排放温度之间的差的误差信号进行操作，可以用于以驱动误差信号为零这样的方式来控制阀。

[0053] 图3B示出了用于控制包括变速压缩机的蒸气压缩系统的方法的框图。该方法采用结合图3A描述的一些原理。可以使用处理器399实施该方法。该方法使用室外空气温度及压缩机的排放温度值和压缩机333的速度值以及室外空气温度之间的映射200来确定330压缩机的新的排放温度(TD)335的值335。映射200的示例为流形201或表210。通常情况下，响应于蒸气压缩系统的压缩机的速度改变来确定新的排放温度值。

[0054] 接下来，该方法生成340转换函数345，以将先前排放温度值转换为新的排放温度值，使得转换函数是连续的并且限制转换函数的变化率。先前值的示例为由该方法的先前迭代确定的新的值335。

[0055] 使用转换函数345，该方法控制蒸气压缩系统的阀，使得基于转换函数将排放温度从当前值转换为新的值。例如，在一些实施方式中，命令修正阀的开口，使得使用转换函数在瞬间测量的当前排放温度和瞬间确定的期望排放温度之间的误差得以减小。以这样的方式，该系统的控制是有效的但使系统留在稳定条件下。

[0056] 图4A和图4B示出了根据另一实施方式的反馈控制回路的示意图以及用于控制蒸气压缩系统的方法的框图。由第二温度传感器112测量420室外空气温度，第二温度传感器112定位在与冷凝器相互作用的室外空气的流动路径中。另外地，通过直接测量压缩机速度或者经由压缩机控制装置110的通信来确定421压缩机速度。然后将室外空气温度411和压缩机速度105提供给转换模块402，转换模块402确定422期望排放温度。可以使用处理器116来实施转换模块402。

[0057] 然后该期望排放温度405被滤波并且速率受到限制423以提供速率受限的期望排放温度406。可以使用转换函数345来确定速率受限的期望排放温度。可以联线预定或确定转换函数。独立地确定424例如由第一温度传感器111测量的实际排放温度。

[0058] 将速率受限的期望排放温度406和实际排放温度407相比较425，以确定误差信号408。将该误差信号提供给反馈控制器404，反馈控制器404确定426针对膨胀阀的命令。然后将该命令104提供给膨胀阀，导致阀相应地移动427，以最小化误差。

[0059] 反馈控制回路提供了转换函数的一流实施方案。在反馈控制回路的每一个步骤使排放温度的改变迭代地平滑，引起阀位置的调整。可以重复这样的步骤，直到实际排放温度到达期望排放温度为止。

[0060] 因为与热物理学关联的自然行为，压缩机的排放温度无法瞬间改变为任意值。压缩机是相对较大的部件并且包括钢或其它金属合金。热量的瞬间改变被材料的较大热电容滤波，并且由压缩机的热时间常数决定，温度因此缓慢反应。因此，在一些实施方式中，基于压缩机的质量、构成压缩机的材料的导热系数或室外空气温度或它们的组合来确定转换函数的变化率。

[0061] 例如，具有材料密度p、体积V、热电容cp和表面积A的压缩机的能量平衡给出以下微分公式：

[0062] dT/dt＝-1/tau*(T-Ta)

[0063] 其中tau是热时间常数并由下式给出：

[0064] tau＝p*V*cp/(h*A)

[0065] T是压缩机排放温度，Ta是外部空气温度，而h是压缩机和空气之间的热传递系数。该微分公式的解法是一阶指数函数。

[0066] 一些实施方式基于以下实现策略：为了保持内部反馈控制器的误差信号较小，压缩机的期望排放温度的改变应该跟踪压缩机的自然反应。

[0067] 因此，在一些实施方式中，转换函数的变化率与压缩机的热时间常数成比例。例如，转换函数可以被确定为低通滤波器，例如，时间常数成比例或等于压缩机的热时间常数的一阶低通滤波器。这样的滤波的一个实现策略是离散时间、一阶指数移动平均公式。例如，在一个实施方式中，根据下式确定转换函数：

[0068] y[k]＝a*u[k]+(1-a)*y[k-1]，

[0069] 其中y[k]是转换函数在时间步长k处的输出，u[k]是在时间步长k处对转换函数的输入，而y[k-1]是转换函数在前一个时间步长处的输出。

[0070] 参数a是值在0和1之间的平滑因子。平滑因子可以被确定为转换函数的变化率。为了更小的a值，输出响应更慢并且速率限制更严重。低通滤波器中a的值可以使用蒸气压缩系统的模型或凭经验由多种方法确定。

[0071] 图5示出了根据本发明的一个实施方式凭经验确定转换函数的平滑因子的图示。例如，执行以下实验：压缩机速度501突然从初始值502增加到最终值503，并且记录排放温度504的测量结果。然后将参数a确定506为最好产生匹配实验数据的响应505的值。

[0072] 用于确定低通滤波器的时间常数的另一种方法解析地使用上面给出的用于tau的公式。热时间常数是根据压缩机的设计已知的参数的函数，参数包括确定热电容cp和材料密度p的压缩机材料组合物以及确定体积V和表面积A的尺寸。

[0073] 限制期望排放温度的变化率可与压缩机的某一物理性能有关。压缩机的变化率可能取决于压缩机的质量、构成压缩机的材料的导热系数和室外空气温度。因此，可以根据这些参数的估算来计算适当的速率限制。

[0074] 上面描述的实施方式可以采用任何多种方式实施。例如，实施方式可使用硬件、软件或它们的组合来实施。当在软件中实施时，软件代码可以在任何合适的处理器或处理器的集合上执行，不论设置在单个计算机中或分布在多个计算机之中。这样的处理器可实施为集成电路，在集成电路部件中具有一个或更多个处理器。但是，处理器可使用任何合适的格式的电路来实施。

[0075] 进一步，应该理解的是，计算机可体现为任何多种形式，诸如机架式计算机、台式计算机、膝上型计算机、小型计算机或平板计算机。另外，计算机可具有一个或更多个输入和输出装置。除其它事项外，这些装置可以用于呈现用户界面。可以用于提供用户界面的输出装置的示例包括用于可视的输出呈现的打印机或显示屏以及扬声器或用于听得见的输出呈现的其它声音生成装置。可以用于用户界面的输入装置的示例包括键盘和指向装置，诸如鼠标、触摸垫和数字化平板电脑。作为另一示例，计算机可经由语音识别或其它可听格式来接收输入信息。

[0076] 这样的计算机可由任何合适形式的一种或多种网络互连，包括局域网或广域网，诸如企业网络或因特网。这样的网络可基于任何合适的技术并可根据任何合适的协议进行操作，并且可包括无线网络、有线网络或光纤网络。

[0077] 另外，本文中概述的各种方法或工艺可被编码为能在一个或更多个处理器上执行的软件，其采用各种操作系统或平台中的任何一个。替代地或另外地，除计算机可读存储介质之外，本发明可体现为计算机可读介质，诸如传播信号。

[0078] 另外，本发明的实施方式可体现为方法，其示例已被提供。执行为方法的一部分的动作能以任何合适的方式排序。因此，可建造出以不同于图示的顺序执行动作的实施方式，其可以包括同时执行一些动作，即使在例证性实施方式中示出为连续动作。

[0079] 术语“程序”或“软件”在本文中在一般意义上用来指任何类型的计算机代码或一组计算机可执行指令，其可以采用使计算机或其它处理器程序化，以实施如上面讨论的本发明的各种方面。

[0080] “计算机”指的是能够接受结构化输入、根据规定的规则处理结构化输入并且将处理结果产生为输出的任何设备。计算机的示例包括：计算机；通用计算机；超级计算机；主机；超级迷你计算机；微型计算机；工作站；微型计算机；服务器；交互式电视；计算机和交互式电视的混合组合；以及用于仿真计算机和/或软件的特定应用的硬件。计算机可以具有单个处理器或多个处理器，可以并行和/或不并行操作。计算机还指的是经由用于在计算机之间发送或接收信息的网络而连接到一起的两个或更多个计算机。这样的计算机的示例包括用于经由由网络链接的计算机来处理信息的分布式计算机系统。

[0081] “中央处理单元(CPU)”或“处理器”指的是读取并执行软件指令的计算机或计算机部件。

[0082] “存储器”或“计算机可读介质”指的是用于存储可由计算机访问的数据的任何存储器。示例包括：磁性硬盘；软盘；光盘，比如CD-ROM或DVD；磁带；存储器芯片；以及用于携带计算机可读的电子数据的载波，诸如用于发送以及接收电子邮件或访问网络的电子数据，还有计算机存储器，例如随机存取存储器(RAM)。

[0083] “模块”或“单元”指的是计算机中执行任务或部分任务的基本组成部分。这可以由软件或硬件任一者实施。

[0084] “蒸气压缩系统”指的是基于热力学、流体力学和/或热传递的原理使用蒸气压缩循环移动制冷剂穿过系统的部件的系统。蒸气压缩系统可以是但不限于：热泵、制冷装置和空气调节器系统。蒸气压缩系统的用处超出了调节住宅或商业空间。例如，蒸气压缩循环可以由蒸气压缩系统用于在高性能计算应用中冷却计算机芯片。

[0085] “HVAC”系统指的是实施蒸气压缩循环的任何加热、通风和空气调节(HVAC)系统。HVAC系统跨度达非常广泛的一组系统，范围从只向建筑物的居住者供给室外空气的系统到只控制建筑物的温度的系统、控制温度和湿度的系统。

[0086] “蒸气压缩系统的致动器”指的是具有能由控制系统控制的操作的蒸气压缩系统的任何部件。致动器包括但不限于：压缩机，其具有用于压缩以及泵送制冷剂穿过系统的可变速度；膨胀阀，其用于提供系统的高压部和低压部之间的可调整压降，并且蒸发热交换器且冷凝热交换器，其中每个都含有用于调整穿过热交换器的空气流量的变速风扇。

[0087] “蒸发器”指的是蒸气压缩系统中使通过热交换器的制冷剂在热交换器的整个长度上蒸发的热交换器，这样热交换器出口处的制冷剂的比焓高于热交换器进口处的制冷剂的比焓，并且制冷剂一般从液体变为气体。在蒸气压缩系统中可能存在一个或更多个蒸发器。

[0088] “冷凝器”指的是蒸气压缩系统中使通过热交换器的制冷剂在热交换器的整个长度上冷凝的热交换器，这样热交换器出口处的制冷剂的比焓低于热交换器进口处的制冷剂的比焓，并且制冷剂一般从气体变为液体。在蒸气压缩系统中可能存在一个或更多个冷凝器。

[0089] 权利要求书中用于修改权利要求要素的序数词术语诸如“第一”、“第二”的使用本身并不意味着一个权利要求要素与另一要素的任何优先级、先后或顺序，或执行方法动作的时间顺序，而是仅作为使具有某一名称的一个权利要求要素与具有相同名称的另一要素区分的标记(但供序数词术语使用)，以区分权利要求要素。