空调控制器和用于控制空调系统的方法

摘要

本发明涉及一种控制具有分开的制冷剂回路但是被布置用于调节共同空间的第一空调系统和第二空调系统的控制器。控制器包括多变量调节器，用于确定用于控制第一制冷剂回路和第二制冷剂回路的第一部件的操作从而联合地同时减小共同空间中的环境的设定值与测量值之间的环境误差的控制信号。控制器还包括至少两个单变量调节器，用于接收第一制冷剂回路和第二制冷剂回路的第二部件的操作的设定值与测量值之间的操作误差。控制器分别确定用于控制不同制冷剂回路的操作且减小操作误差的控制信号。控制器还包括查询表，所述查询表存储提高其性能的系统的其他输入的值，并且控制器根据多变量调节器和/或单变量调节器的输出为这两个系统选择特定的输入值。控制器包括电气电路，用于根据确定出的控制信号控制第一空调系统和第二空调系统。

权利要求

1.一种用于控制被布置用于调节共同空间的至少第一空调系统和第二空调系统的控制器，其中，所述第一空调系统的第一制冷剂回路与所述第二空调系统的第二制冷剂回路分开，该控制器包括：

多变量调节器，用于接收来自所述共同空间的一个或更多个设定值信号以及一个或更多个测量值信号，以确定用于控制所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路的第一部件的操作从而联合地同时减小所述设定值信号与所述测量值信号之间的至少一个环境误差的控制信号；

第一单变量调节器，用于接收所述第一空调系统的第二部件的操作的第一设定值信号和测量值信号，并且确定用于控制所述第一空调系统的所述第二部件的操作且减小所述第一空调系统的所述第二部件的第一操作误差的控制信号；

第二单变量调节器，用于接收所述第二空调系统的第二部件的操作的第二设定值信号和测量值信号，并且确定用于控制所述第二空调系统的所述第二部件的操作且减小所述第二空调系统的所述第二部件的第二操作误差的控制信号；

存储器，该存储器存储查询结构，所述查询结构将控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的第三部件的操作的控制信号映射为控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第一部件的操作的所述控制信号的函数；

处理器，用于通过根据由所述多变量调节器确定的控制信号从所述查询结构中选择控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第三部件的操作的所述控制信号来确定控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第三部件的操作的所述控制信号；以及电气电路，用于根据确定出的控制信号控制所述第一空调系统和所述第二空调系统。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述第一部件包括所述第一空调系统和所述第二空调系统的压缩机，并且所述多变量调节器输出所述压缩机的速度，使得由以所输出的速度运行的所述压缩机操作的所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路联合地减小所述环境误差。

3.根据权利要求2所述的控制器，其中，所述共同空间中的环境的值包括所述共同空间中的温度和湿度的值中的一者或其组合，使得联合地确定所述第一空调系统和所述第二空调系统的压缩机的速度，以减小包括所述共同空间中的温度和湿度的设定值与所述共同空间中的温度和湿度的测量值之间的误差的所述环境误差。

4.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路的所述第二部件是阀，

其中，所述第一单变量调节器确定所述第一空调系统的阀的开度，所述第一空调系统的阀的开度减小所述第一空调系统的目标吸入过热与所述第一空调系统的当前吸入过热之间的误差；并且

其中，所述第二单变量调节器确定所述第二空调系统的阀的开度，所述第二空调系统的阀的开度减小所述第二空调系统的目标吸入过热与所述第二空调系统的当前吸入过热之间的误差。

5.根据权利要求1所述的控制器，所述控制器还包括：传感器的集合，用于确定指示所述共同空间中的环境的测量值以及所述第一空调系统和所述第二空调系统的操作的测量值的信号中的一者或其组合；以及联接器的集合，用于将所述信号与环境以及所述第一空调系统和所述第二空调系统的操作的对应目标值进行组合，以产生所述环境误差以及所述第一操作误差和所述第二操作误差。

6.根据权利要求1所述的控制器，其中，基于所述第一空调系统和所述第二空调系统的模型确定所述查询结构。

7.根据权利要求6所述的控制器，其中，所述处理器使用所述第一空调系统和所述第二空调系统的模型，针对所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第一部件的操作，优化所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第三部件的操作。

8.根据权利要求7所述的控制器，其中，用于所述第三部件的所述控制信号是预定的，以优化具有以所述多变量调节器所确定的控制信号进行控制的所述第一部件的所述第一空调系统和所述第二空调系统的总能效。

9.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第一部件包括所述第一空调系统的压缩机和所述第二空调系统的压缩机，其中，所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第三部件包括所述第一空调系统中的风扇和所述第二空调系统中的风扇，并且其中，所述处理器从所述存储器中选择所述第一空调系统和所述第二空调系统中的所述风扇的速度的值，从而优化根据所述第一空调系统和所述第二空调系统中的所述压缩机的速度的值操作的所述第一空调系统和所述第二空调系统的总能效。

10.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路的所述第二部件是阀，

其中，所述第一单变量调节器确定所述第一空调系统的阀的开度，所述第一空调系统的阀的开度减小所述第一空调系统的目标吸入过热与所述第一空调系统的当前吸入过热之间的误差；

其中，所述第二单变量调节器确定所述第二空调系统的阀的开度，所述第二空调系统的阀的开度减小所述第二空调系统的目标吸入过热与所述第二空调系统的当前吸入过热之间的误差；并且

其中，所述处理器基于所述第一空调系统和所述第二空调系统中的所述压缩机的速度的值从所述存储器中选择所述第一空调系统的目标吸入过热的值和所述第二空调系统的目标吸入过热的值。

11.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述第一空调系统是专用室外空气系统(DOAS)，并且其中，所述第二空调系统是可变制冷剂流(VRF)系统。

12.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述多变量调节器接收指示所述设定值信号与所述测量值信号之间的所述环境误差的信号。

13.一种用于控制包括被布置用于调节共同空间的第一空调系统和第二空调系统的至少两个空调系统的控制器，其中，所述第一空调系统的制冷剂回路与所述第二空调系统的制冷剂回路分开，该控制器包括：

多变量调节器，用于同时确定所述第一空调系统的第一压缩机的第一速度和所述第二空调系统的第二压缩机的第二速度，所述第一速度和所述第二速度联合地减小所述共同空间中的温度和湿度的设定值与所述共同空间中的温度和湿度的测量值之间的误差；

第一单变量调节器，用于确定所述第一空调系统的第一阀的第一开度，所述第一开度减小所述第一空调系统的目标吸入过热与所述第一空调系统的当前吸入过热之间的误差；

第二单变量调节器，用于确定所述第二空调系统的第二阀的第二开度，所述第二开度减小所述第二空调系统的目标吸入过热与所述第二空调系统的当前吸入过热之间的误差，其中，独立于所述第二阀的所述第二开度确定所述第一阀的所述第一开度；

存储器，该存储器存储查询结构，所述查询结构将所述第一空调系统和所述第二空调系统中的所述压缩机的速度的值映射到所述第一空调系统和所述第二空调系统中的风扇的速度的值，从而优化根据所述第一空调系统和所述第二空调系统中的所述压缩机的速度的对应值操作的所述第一空调系统和所述第二空调系统的总能效；

处理器，用于使用所述第一压缩机的所述第一速度和所述第二压缩机的所述第二速度从所述查询结构中选择所述第一空调系统的第一风扇的第一风扇速度和所述第二空调系统的第二风扇的第二风扇速度；以及电气电路，用于控制所述第一压缩机以具有所述第一速度、控制所述第二压缩机以具有所述第二速度、控制所述第一阀以具有所述第一开度、控制所述第二阀以具有所述第二开度、控制所述第一风扇以具有所述第一风扇速度并且控制所述第二风扇以具有所述第二风扇速度。

14.根据权利要求13所述的控制器，所述控制器还包括：处理器，用于基于所述第一压缩机的所述第一速度和所述第二压缩机的所述第二速度的函数来确定所述第一阀的所述第一开度和所述第二阀的所述第二开度。

15.根据权利要求13所述的控制器，所述控制器还包括：处理器，用于基于所述第一压缩机的所述第一速度和所述第二压缩机的所述第二速度的函数来确定所述第一空调系统的所述目标吸入过热和所述第二空调系统的所述目标吸入过热。

16.根据权利要求13所述的控制器，其中，所述多变量调节器包括作为线性二次调节器或经由H‑无穷合成方法被计算的控制器中的一者或其组合。

17.一种用于控制包括被布置用于调节共同空间的第一空调系统和第二空调系统的至少两个空调系统的方法，其中，所述第一空调系统的第一制冷剂回路与所述第二空调系统的第二制冷剂回路分开，该方法包括：使用多变量调节器，确定用于控制所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路的第一部件的操作以联合地同时减小来自所述共同空间的设定值与测量值之间的环境误差的控制信号；

使用第一单变量调节器，确定用于控制所述第一制冷剂回路的第二部件的操作且减小所述第二空调系统的所述第二部件的操作的第一设定值与测量值之间的第一操作误差的控制信号；

使用第二单变量调节器，确定用于控制所述第二制冷剂回路的第二部件的操作且减小所述第二空调系统的所述第二部件的操作的第二设定值与测量值之间的第二操作误差的控制信号；

使用操作性连接到存储查询结构的存储器的处理器，通过根据由所述多变量调节器确定的所述控制信号从所述查询结构中选择控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的第三部件的操作的控制信号来确定控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第三部件的操作的所述控制信号，所述查询结构将控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第三部件的操作的控制信号映射为控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第一部件的操作的所述控制信号的函数；并且使用电气电路，根据确定出的控制信号控制所述第一空调系统和所述第二空调系统。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第一部件包括所述第一空调系统的压缩机和所述第二空调系统的压缩机，其中，所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路的所述第二部件包括所述第一空调系统的阀和所述第二空调系统的阀，所述方法还包括：确定所述第一空调系统和所述第二空调系统中的所述压缩机的速度的值，使得所述第一空调系统和所述第二空调系统根据确定出的所述压缩机的速度进行的联合同时操作减小所述环境误差；

基于所述第一空调系统和所述第二空调系统中的所述压缩机的速度的值，确定所述第一空调系统的目标吸入过热的值和所述第二空调系统的目标吸入过热的值；

确定所述第一空调系统的阀的开度，所述第一空调系统的阀的开度减小所述第一空调系统的目标吸入过热与所述第一空调系统的当前吸入过热之间的误差；并且确定所述第二空调系统的阀的开度，所述第二空调系统的阀的开度减小所述第二空调系统的目标吸入过热与所述第二空调系统的当前吸入过热之间的误差。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第一部件包括所述第一空调系统的压缩机和所述第二空调系统的压缩机，其中，所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第三部件包括所述第一空调系统中的风扇和所述第二空调系统中的风扇，该方法还包括：确定所述第一空调系统和所述第二空调系统中的所述压缩机的速度的值，使得所述第一空调系统和所述第二空调系统根据确定出的所述压缩机的速度进行的联合同时操作减小所述环境误差；并且

确定所述第一空调系统和第二空调系统中的所述风扇的速度的值，以优化根据所述第一空调系统和所述第二空调系统中的所述压缩机的速度的值操作的所述第一空调系统和所述第二空调系统的总能效。

说明书

空调控制器和用于控制空调系统的方法

技术领域

[0001] 本发明总体上涉及空调系统，并且更具体地，涉及对多个空调系统的操作的同时控制。

背景技术

[0002] 当代建筑中的居住者的舒适度、健康和安全性取决于各种各样的因素，诸如对空间温度、空间湿度和新鲜空气通风速率以及诸如二氧化碳(CO2)或挥发性有机化合物(VOC)
这样的相关污染物积聚的适当管理。现代建筑中安装了许多不同的空调系统组合，以满足
这一系列要求。遗憾的是，当使用加热、冷却和通风系统的不同组合来调节同一空间时，经
常会出现许多困难。

[0003] 多个空间调节系统的这种组合的一个示例是用于满足由新鲜通风空气施加的潜热负荷的专用室外空气系统(DOAS)和用于满足室内空气的显热负荷的诸如可变制冷剂流
(VRF)系统这样的并行冷却系统的组合。这些系统通常同时运行，以管理总加热/冷却负荷
并且向占用空间供应所需的通风空气。这些系统中的每个经常是被独立设计和控制的，并
且将其他系统的操作当作干扰。这种控制策略使得难以以可靠和节能的方式操作设备。

[0004] 例如，US 7,669,433公开了一种多空调中央控制系统，该系统产生用于不同空调系统的协调操作的时间表，所述不同空调系统包括蒸气压缩循环和不包括含制冷剂元件的
通风系统二者。

发明内容

[0005] [技术问题]

[0006] 然而，组合系统的通信和操作没有教导如何操作系统的组合来实现系统的一些所期望的性能。例如，DOAS可控制供气温度至给定的设定值，而VRF系统可被设计成将空间的
温度调节至不同的指定设定值。在这种情况下，考虑到DOAS系统性能而未操作的VRF系统可
能造成动态系统循环损失、温度波动以及相当低的系统级能效。尽管该现有技术在通风系
统中不包括含制冷剂的部件，但是在通风系统中添加第二蒸气压缩循环使得在集成系统中
引入了众多额外的自由度。虽然这增加了所得整体系统的潜在性能，但是它也可使系统组
合的高效操作更难以实现。

[0007] [问题的解决方案]

[0008] 一些实施方式的目的是提供一种用于联合地控制不同空间调节系统的系统和方法，所述不同空间调节系统具有单独的制冷剂回路并且被布置成调节共同空间。一些实施
方式的另一个目的是减小那些空间调节系统的组合操作的总能耗。实施方式的另一个目的
是联合地控制专用室外空气系统(DOAS)和可变制冷剂流(VRF)系统的组合，以减小组合系
统的能耗。

[0009] 一些实施方式是基于以下认识：正服务于共同空间的多个空调系统的某些行为将通过该空间强烈地联接在一起，而这些系统的其他行为将不会通过该占用空间进行交互并
且可近似为独立的或分离的。结果，构成系统的一些部件被联接并且取决于服务于共同空
间的其他系统的行为，而构成系统的其他部件在很大程度上独立于服务于共同空间的其他
系统的行为。所联接部件的示例包括空调系统的压缩机，因为每个压缩机的速度都改变了
位于占用空间中的热交换器的温度，进而改变了该空间中循环的空气的温度。另一方面，独
立部件的示例包括空调系统的膨胀阀，因为阀的操作影响制冷剂的流速以及对应蒸发器出
口处的过热，但是对空间中空气的温度具有较小的动态影响。

[0010] 为此，一些实施方式基于以下认识：应该针对整个系统联合地确定影响调节空间的系统的相关部件的操作，同时应该针对每个个体的子系统单独地确定独立部件的操作。
例如，应该协调服务于共同空间的多个空调系统的压缩机的操作，以在空间中实现所期望
设定值温度和相对湿度，同时可独立地确定膨胀阀的操作，因为一个系统的膨胀阀的位置
变化没有对其他系统的行为产生强烈影响。

[0011] 此外，一些实施方式基于以下认识：对联接系统的协调控制和操作可导致比可通过独立控制每个系统所实现的能效大的组合系统的能效提高。例如，为每个空调子系统选
择压缩机频率(该选择考虑到其他联接压缩机频率)，这可导致实现联接控制目标，诸如满
足室温和相对湿度设定值，同时将子系统的集合的能耗降低至所述子系统独立操作时将会
引起的能耗。

[0012] 鉴于子系统之间的这些动态相互作用，一些实施方式识别多变量调节器的设定值以确定控制信号，所述控制信号用于在考虑到系统之间联接的情况下控制不同空调系统的
一组“相关”部件的操作，以联合地同时减小共同空间中环境的设定值与测量值之间的误
差。通过考虑系统集合的操作而非针对每个子系统独立地考虑，识别这些设定值。相反，一
些实施方式使用单变量调节器来调节不同空调系统的不同“独立”部件，以减小影响那些空
调系统的操作的分离误差。结果，控制系统中的控制“相关”或“联接”部件的某些元件跨多
个子系统，而控制系统中的控制“独立”部件的其他元件将仅影响特定子系统。

[0013] 以这种方式，作为假定独立性的情况下设计和控制系统并且将其他系统的操作当作干扰的替代，一些实施方式开发了负责间接联接动态的集中控制设计。这种方法会产生
反常结果，因为它意味着这些集成系统的非传统控制结构。例如，在一些实施方式中，用于
包括DOAS和VRF子系统的集成系统的多变量调节器使用系统中的压缩机来控制室内空气温
度以及控制调节空间的相对湿度。由于DOAS和VRF系统二者的压缩机都会影响室内空气温
度和相对湿度，因此该多变量调节器控制这两个变量二者并且协调DOAS和VRF系统二者的
操作，以抵消调节空间中的显热负荷和潜热负荷。相比之下，因为蒸发器过热和阀开度之间
存在强相关性，并且因为膨胀阀在一个子系统中的操作与其他子系统的行为之间的弱相关
性，每个子系统的相应膨胀阀控制个体蒸气压缩系统中蒸发器的过热。

[0014] 一些实施方式基于另一种实现方式，即当联合地控制空调系统的至少一些部件时，可针对该联合控制优化空调系统的不同部件的操作参数。因为常常存在不用于控制性
能变量的附加系统输入，所以可使用基于模型的方法来识别使预计操作条件范围内的总功
耗最小化的附加输入值。例如，DOAS和VRF系统通常具有未被致动用于实现温度或湿度设定
值的附加的风扇。作为使用通常为了系统的独立操作而选择的值用于这些风扇速度的替
代，一些实施方式为间接联接的空调系统的联合操作优化了那些值。例如，一个实施方式联
合地优化DOAS和VRF系统的不同风扇的速度，以减小整体系统的总功耗。

[0015] 因此，一个实施方式公开了一种用于控制被布置用于调节共同空间的至少第一空调系统和第二空调系统的控制器，其中，所述第一空调系统的制冷剂回路与所述第二空调
系统的制冷剂回路分开。该控制器包括：多变量调节器，用于接收来自所述共同空间的一个
或更多个设定值信号以及一个或更多个测量值信号，以确定用于控制所述第一制冷剂回路
和所述第二制冷剂回路的第一部件的操作从而联合地同时减小所述设定值信号与所述测
量值信号之间的至少一个环境误差的控制信号；第一单变量调节器，用于接收所述第一空
调系统的第二部件的操作的第一设定值信号和测量值信号，并且确定用于控制所述第一空
调系统的所述第二部件的操作且减小所述第一空调系统的所述第二部件的第一操作误差
的控制信号；第二单变量调节器，用于接收所述第二空调系统的第二部件的操作的第二设
定值信号和测量值信号，并且确定用于控制所述第二空调系统的所述第二部件的操作且减
小所述第二空调系统的所述第二部件的第二操作误差的控制信号；存储器，该存储器存储
查询结构，所述查询结构将控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的第三部件的操作
的控制信号映射为控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第一部件的操作的
所述控制信号的函数；处理器，用于通过根据由所述多变量调节器确定的所述控制信号从
所述查询结构中选择控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第三部件的操作
的所述控制信号来确定控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的所述第三部件的操
作的所述控制信号；以及电气电路，用于根据确定出的控制信号控制所述第一空调系统和
所述第二空调系统。

[0016] 另一个实施方式公开了一种用于控制包括被布置用于调节共同空间的第一空调系统和第二空调系统的至少两个空调系统的控制器，其中，所述第一空调系统的制冷剂回
路与所述第二空调系统的制冷剂回路分开。该控制器包括：多变量调节器，用于同时确定所
述第一空调系统的第一压缩机的第一速度和所述第二空调系统的第二压缩机的第二速度，
所述第一速度和所述第二速度联合地减小所述共同空间中的温度和湿度的设定值与所述
共同空间中的温度和湿度的测量值之间的误差；第一单变量调节器，用于确定所述第一空
调系统的第一阀的第一开度，所述第一开度减小所述第一空调系统的目标吸入过热与所述
第一空调系统的当前吸入过热之间的误差；第二单变量调节器，用于确定所述第二空调系
统的第二阀的第二开度，所述第二开度减小所述第二空调系统的目标吸入过热与所述第二
空调系统的当前吸入过热之间的误差，其中，独立于所述第二阀的所述第二开度确定所述
第一阀的所述第一开度；存储器，该存储器存储查询结构，所述查询结构将所述第一空调系
统和所述第二空调系统中的所述压缩机的速度的值映射到所述第一空调系统和所述第二
空调系统中的风扇的速度的值，从而优化根据所述第一空调系统和所述第二空调系统中的
所述压缩机的速度的对应值操作的所述第一空调系统和所述第二空调系统的总能效；处理
器，用于使用所述第一压缩机的所述第一速度和所述第二压缩机的所述第二速度从所述查
询结构中选择所述第一空调系统的第一风扇的第一风扇速度和所述第二空调系统的第二
风扇的第二风扇速度；以及电气电路，用于控制所述第一压缩机以具有所述第一速度、控制
所述第二压缩机以具有所述第二速度、控制所述第一阀以具有所述第一开度、控制所述第
二阀以具有所述第二开度、控制所述第一风扇以具有所述第一风扇速度并且控制所述第二
风扇以具有所述第二风扇速度。

[0017] 又一个实施方式公开了一种用于控制包括被布置用于调节共同空间的第一空调系统和第二空调系统的至少两个空调系统的方法，其中，所述第一空调系统的制冷剂回路
与所述第二空调系统的制冷剂回路分开。该方法包括：使用多变量调节器，确定用于控制所
述第一制冷剂回路的第一部件和所述第二制冷剂回路的第一部件的操作以联合地同时减
小来自所述共同空间的设定值与测量值之间的环境误差的控制信号；使用第一单变量调节
器，确定用于控制所述第一制冷剂回路的第二部件的操作且减小所述第二空调系统的所述
第二部件的操作的第一设定值与测量值之间的第一操作误差的控制信号；使用第二单变量
调节器，确定用于控制所述第二制冷剂回路的第二部件的操作且减小所述第二空调系统的
所述第二部件的操作的第二设定值与测量值之间的第二操作误差的控制信号；使用操作性
连接到存储查询结构的存储器的处理器，通过根据由所述多变量调节器确定的所述控制信
号从所述查询结构中选择控制所述第一空气调节系统和所述第二空调系统的第三部件的
操作的控制信号来确定控制所述第一空气调节系统和所述第二空调系统的所述第三部件
的操作的所述控制信号，所述查询结构将控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的所
述第三部件的操作的所述控制信号映射为控制所述第一空调系统和所述第二空调系统的
所述第一部件的操作的所述控制信号的函数；并且使用电气电路，根据确定出的控制信号
控制所述第一空调系统和所述第二空调系统。

[0018] 定义

[0019] 在描述本发明的实施方式时，以下定义通篇(包括上文)适用。

[0020] “蒸气压缩系统”是指使用蒸气压缩循环以基于热力学、流体力学和/或热传递原理使制冷剂移动通过系统的部件的系统。蒸气压缩系统可以是但不限于热泵、制冷和空调
系统。蒸气压缩系统用于住宅或商业空间调节之外的应用。例如，蒸气压缩循环可用于在高
性能计算应用中冷却计算机芯片。

[0021] “HVAC”系统是指实现蒸气压缩循环的任何加热、通风和空调(HVAC)系统。HVAC系统跨范围非常广泛的系统，从仅供应室外空气到建筑物的居住者的系统，到仅控制建筑物
温度的系统，到控制温度和湿度的系统。

[0022] “专用室外空气系统”(DOAS)是指使用单独的设备要么直接地要么结合服务于各占用空间的本地空间或中央(分区域的)HVAC单元，调节引入建筑物中以便通风并且输送到
这些空间的所有室外空气。本地或中央HVAC单元用于维持空间温度设定值要求。

[0023] “可变制冷剂流量(VRF)系统”是指包括与单个或多个冷凝单元连接的多个室内单元的多分体系统。VRF系统是无管道多分体系统的更大容量、更复杂的版本，具有将管道式
风扇盘管单元连接的附加能力。它们不提供通风，所以必需单独的通风系统。

[0024] “蒸气压缩系统的部件”是指蒸气压缩系统的具有可由控制系统控制的操作的任何部件。这些部件包括但不限于：压缩机，其具有用于压缩和抽吸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节压降；以及蒸发热交换器和冷
凝热交换器，每个交换器包含用于调节通过热交换器的空气流速的可变速度风扇。

[0025] “蒸发器”是指蒸气压缩系统中的热交换器，其中，经过热交换器的制冷剂在热交换器的长度内蒸发，使得热交换器的出口处的制冷剂的比焓高于在热交换器的入口处制冷
剂的比焓，并且制冷剂通常从液体变为气体。在蒸气压缩系统中可存在一个或更多个蒸发
器。

[0026] “冷凝器”是指蒸气压缩系统中的热交换器，其中，经过热交换器的制冷剂在热交换器的长度内冷凝，使得热交换器的出口处的制冷剂的比焓低于在热交换器的入口处制冷
剂的比焓，并且制冷剂通常从气体变为液体。在蒸气压缩系统中可存在一个或更多个冷凝
器。

[0027] “制冷剂回路”是指制冷剂管和部件互连成封闭配置，使得制冷剂在一系列部件之间的封闭路径中流动。制冷剂回路可被用于构造封闭的热力循环，以高效地将热能从一个
位置传递到另一个位置。例如，用于蒸气压缩系统的制冷剂回路包括压缩机、冷凝热交换
器、膨胀阀和蒸发热交换器以及用于将制冷剂从每个部件输送到下一个部件的管道。

[0028] “电气电路”是指在诸如处理器、存储器或致动器这样的部件之间传输电气信号的导线的互连。

[0029] “控制信号的集合”是指用于控制蒸气压缩系统的部件的操作的特定输入值。控制信号的集合包括但不限于压缩机的速度、膨胀阀的位置、蒸发器中的风扇的速度以及冷凝
器中的风扇的速度的值。

[0030] “设定值”是指旨在通过操作达到和保持的诸如蒸气压缩系统这样的系统的目标值。术语设定值被应用于特定集合的控制信号以及热力学和环境参数的任何特定值。

[0031] “计算机”是指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产生处理结果作为输出的任何设备。计算机的示例包括通用计算机；超级计算机；大型机；超级微
型计算机；微型计算机；工作站；微计算机；服务器；交互式电视；计算机和交互式电视的混
合组合；以及模拟计算机的特定于应用的硬件和/或软件。计算机可具有单个处理器或可并
行和/或不并行操作的多个处理器。计算机也是指经由用于在计算机之间发送或接收信息
的网络连接在一起的两个或更多个计算机。此计算机的一个示例包括用于经由网络所链接
的计算机处理信息的分布式计算机系统。

[0032] “中央处理单元(CPU)”或“处理器”是指计算机或计算机的读取和执行软件指令的部件。

[0033] “存储器”或“计算机可读介质”是指用于存储计算机可访问的数据的任何存储器。示例包括：磁性硬盘；软盘；如同CD‑ROM或DVD的光盘；磁带；存储芯片；用于携带计算机可读
电子数据的载波，诸如用于发送和接收电子邮件或访问网络的电子数据；以及计算机存储
器，例如，随机存取存储器(RAM)。

[0034] “软件”是指操作计算机的规定规则。软件的示例包括：软件；代码段；指令；计算机程序；以及编程逻辑。智能系统的软件可能能够自学习。

[0035] “模块”或“单元”是指计算机中执行任务或任务的一部分的基本部件。它可用软件或硬件来实现。

[0036] “控制器”、“控制系统”和/或“调节器”是指用于管理、命令、指导或调节其他装置或系统的行为的装置或装置的集合。控制器可由硬件、具有由软件配置的操作的处理器以
及它们的组合来实现。控制器可以是嵌入式系统。

附图说明

[0037] [图1]

[0038] 图1示出了根据一些实施方式的为共同空间提供加热、冷却和/或通风的集成空调系统的示意图。

[0039] [图2A]

[0040] 图2A示出了根据一些实施方式的用于控制至少第一空调系统和第二空调系统的控制器的框图。

[0041] [图2B]

[0042] 图2B示出了图2A的控制器的控制架构的示例性示意图。

[0043] [图2C]

[0044] 图2C示出了根据一个实施方式的包括控制空调系统的不同部件的示例性电气电路的控制器的框图。

[0045] [图3]

[0046] 图3示出了用于控制一些实施方式所使用的蒸气压缩系统的一个或几个致动器的控制信号之间的稳态映射中的凸关系的曲线图。

[0047] [图4A]

[0048] 图4A示出了根据一些实施方式的用于降低空调系统的能耗的系统的示意图。

[0049] [图4B]

[0050] 图4B示出了根据一些实施方式的调节子系统的风扇速度使得整体功耗被最小化的集成系统的控制架构。

[0051] [图5A]

[0052] 图5A示出了根据一些实施方式的用于存储控制输入集合的查询表的示例。

[0053] [图5B]

[0054] 图5B示出了根据一些实施方式的用于存储控制输入集合的查询表的示例。

[0055] [图6]

[0056] 图6示出了控制间接联接的空调系统的控制器的不同实施方式。

[0057] [图7]

[0058] 图7示出了控制间接联接的空调系统的控制器的不同实施方式。

[0059] [图8]

[0060] 图8示出了控制间接联接的空调系统的控制器的不同实施方式。

具体实施方式

[0061] 图1示出了为共同空间130提供加热、冷却和/或通风的集成空调系统100的示意图。该集成系统包括被布置用于调节共同空间130的至少第一空调系统110和第二空调系统
120。系统110和120是分开的系统，即，第一空调系统的第一制冷剂回路与第二空调系统的
第二制冷剂回路分开。例如，第一系统110可包括专用室外空气系统(DOAS)，并且第二空调
系统120可包括可变制冷剂流(VRF)。

[0062] 例如，DOAS处理显热负荷的一部分和寄生潜热负荷。具体地，DOAS对室外空气进行除湿和调质，以满足对该空间的潜在冷却和通风要求二者。VRF系统充当区域水平的加热和
冷却设备，并且通过调节容量以匹配空间中剩余的显热负荷和潜热负荷，为居住者提供空
气循环和热舒适性。

[0063] 这两个系统都包括各种部件，例如，用于执行制冷剂循环的可变设定致动器。例如，DOAS可包括变速压缩装置111、室外热交换器112、变速室外单元风扇113、通常称为再热
盘管114的附加热交换器、膨胀装置115以及蒸发热交换器或冷却盘管116。这些部件全部连
接在闭环串联制冷剂流布置中。经调节的室外空气在连续流过冷却盘管和再热盘管之后在
供气风扇117的作用下直接输送到占用空间，而不新鲜的空气在排气风扇118的作用下被驱
散，以保持占用空间通风良好。

[0064] VRF系统可被实现为制冷剂蒸气压缩系统，该系统包括变速压缩装置121、室外热交换器122、膨胀装置123、室内热交换器124、变速室外单元风扇125和空气循环鼓风机126。

[0065] 取决于经调节的室外空气(OA)的输送方式，DOAS和局部加热/冷却设备(例如，VRF系统)有不同的集成配置。在第一配置中，经调节的室外空气被直接输送到调节空间130。针
对室外空气，这种配置通常需要一些附加的管道系统并且需要进行单独扩散。在第二配置
中，经调节的OA在被输送到区域/空间之前被通过管道输送到本地单元的供应侧并且与本
地单元的供应空气相混合。本地单元只调节再循环的空气。

[0066] 在另一种配置中，DOAS将经调节的OA输送到本地空调装置的进口，其中，经调节的OA与在调节空间中循环的空气相混合，并且该混合物通过单个管道系统和扩散器输送。又
一种配置将经调节的OA输送到靠近每个本地单元的入口的开放式天花板静压空间。OA在被
吸入本地单元的进口之前与静压空间中的再循环空气相混合。

[0067] 图2A示出了根据一些实施方式的用于控制被布置用于调节共同空间(诸如，空间130)的至少第一空调系统(例如，系统110)和第二空调系统(例如，系统120)的控制器的框
图。因为第一系统和第二系统调节共同空间，所以它们被间接联接。然而，这些系统是独立
的，即，第一空调系统的第一制冷剂回路与第二空调系统的第二制冷剂回路分开。

[0068] 控制器包括多变量调节器230和至少两个单变量调节器240和250。多变量调节器230对第一空调系统110和第二空调系统120的一些部件执行联合控制，而至少两个单变量
调节器240和250对系统110和120的一些其他部件执行独立控制。

[0069] 例如，在控制器进行操作期间，多变量调节器230接收包括共同空间中的设定值和测量值的信号235，并且确定控制信号237和239，控制信号237和239控制第一制冷剂回路和
第二制冷剂回路的操作以联合地同时减小设定值和测量值之间的误差235。在一个实施方
式中，第一部件包括第一空调系统和第二空调系统的压缩机，并且多变量调节器输出压缩
机的速度，使得由以所输出的速度运行的压缩机操作的第一制冷剂回路和第二制冷剂回路
联合地减小误差235。

[0070] 该多变量调节器可被实现为一组耦合的线性或非线性方程，其中，调节器基于一组联立方程的解来确定控制输入值。在一些实施方式中，多变量调节器可被表示为p×m控
制器矩阵，并且误差可被表示为m维误差向量。然后，通过将控制器矩阵乘以误差向量来确
定控制值的p维向量。在该实施方式中，通过适宜地确定控制矩阵的元素来负责第一空调系
统和第二空调系统之间的联接。可使用诸如线性二次调节器(LQR)方法或H‑无穷合成方法
这样的本领域已知的标准多变量控制器设计技术来确定控制矩阵的元素。

[0071] 例如，共同空间中的环境的值可包括共同空间中的温度和湿度的值中的一个或其组合，使得联合地确定第一空调系统和第二空调系统的压缩机的速度，以减小环境误差，所
述环境误差包括共同空间中的温度和湿度的设定值与共同空间中的温度和湿度的测量值
之间的误差。

[0072] 例如，在控制器进行操作期间，第一单变量调节器240接收包括第一制冷剂回路的第二部件的操作的设定值和测量值的第一操作信号245的集合，并且确定控制信号247，控
制信号247控制第一制冷剂回路的第二部件的操作，该操作减小第一操作误差。例如，第一
空调系统的第二部件可以是阀，并且第一单变量调节器确定第一空调系统的阀的开度，该
开度减小第一空调系统的目标吸入过热与第一空调系统的当前吸入过热之间的误差。

[0073] 例如，在控制器进行操作期间，第二单变量调节器250接收第二制冷剂回路的第二部件的操作的设定值和测量值之间的第二操作误差255，并且确定控制信号257，控制信号
247控制第二制冷剂回路的第二部件的操作，该操作减小第二操作误差255。例如，第二空调
系统的第二部件可以是阀，并且第二单变量调节器确定第二空调系统的阀的开度，该开度
减小第二空调系统的目标吸入过热与第二空调系统的当前吸入过热之间的误差。

[0074] 控制器还可包括用于根据所确定的控制信号237、239、247和257控制第一空调系统和第二空调系统的电气电路260。

[0075] 图2B示出了图2A的控制器的控制架构200的示例性示意图。该控制架构适于控制间接联接的DOAS和VRF系统。控制架构不仅利用了通过共同调节空间的单独子系统之间的
联接性质，而且还考虑了个体子系统内固有的操作特性。

[0076] 子系统之间的联接在于，调节空间的温度和相对湿度(RH)可受任何子系统的影响。DOAS和VRF系统二者的压缩机速度将影响室内空气温度和RH，并且任一压缩机速度的变
化还将造成室内空气温度和RH变化。相比之下，DOAS或VRF的膨胀阀位置将只对个体系统的
蒸发器过热温度或压缩机排气温度产生显著影响，并且将对其他系统的操作具有最小影
响。考虑到这一事实，在控制架构中使用多变量控制器和分散/单输入‑单输出控制器二者。

[0077] 控制架构200包括多变量反馈调节器201和两个单输入‑单输出(SISO)反馈调节器202和203。反馈调节器201接收误差信号205，误差信号205表示室温和RH的所期望设定值
204与对应信号的测量值207之间的差异。反馈调节器被设计用于选择执行器命令，使得误
差信号被驱动为零。从反馈调节器201输出的致动器命令是两个子系统的压缩机频率命令
206。以这种方式，控制两个子系统的压缩机速度，使得室温和RH测量值满足它们的设定值。

[0078] 分离的SISO反馈控制器202和203(分别用于控制DOAS和VRF系统的吸入过热)接收误差信号209，误差信号209表示子系统的吸入过热温度的所期望设定值208与对应信号的
测量值211之间的差异。从反馈调节器202和203输出的致动器命令分别是DOAS和VRF系统的
膨胀阀位置210。以这种方式，通过分离的控制回路调节膨胀阀位置，使得压缩机过热温度
达到其设定值。

[0079] 图2C示出了根据一个实施方式的包括控制系统110和120中的一个或其组合的不同部件的示例性电气电路260的控制器的框图。这些部件包括蒸发器风扇214、冷凝器风扇
213、膨胀阀215和压缩机212中的一者或其组合。电气电路260包括压缩机控制装置222、膨
胀阀控制装置221、蒸发器风扇控制装置224和冷凝器风扇控制装置223。

[0080] 控制器使用包括调节器230、240和250的反馈调节器220确定针对电气电路260的元件的控制信号。调节器220负责：接受设定值216和指示空调系统的操作270的参数的传感
器225的读数；并且输出用于空调系统的部件的操作的控制信号的集合。

[0081] 例如，控制器可包括在空调系统进行操作期间确定指示共同空间中的环境测量值和第一空调系统和第二空调系统的操作测量值的信号中的一者或其组合的传感器的集合。
控制器还可包括用于将这些信号与环境的对应目标值以及第一空调系统和第二空调系统
的操作的对应目标值进行组合以产生环境误差以及第一操作误差和第二操作误差的联接
器的集合。

[0082] 一些实施方式基于另一种实现方式，即当联合地控制空调系统的至少一些部件时，可针对该联合控制优化空调系统的不同部件的操作参数。例如，因为常常存在不用于控
制性能变量的附加系统输入，所以可使用基于模型的方法来识别使预计操作条件范围内的
总功耗最小化的附加输入值。

[0083] 例如，DOAS和VRF系统通常具有未被致动用于实现温度或湿度设定值的附加的风扇。通常，选择针对这些风扇的控制输入，以使单个设计点处的能耗最小化。然而，通过这样
选择输入值，使系统的能耗在非设计条件下是次优的。

[0084] 为此，作为使用为了系统独立操作而选择的值用于这些风扇速度的替代，一些实施方式优化了用于对间接联接的空调系统进行联合操作的那些值。例如，一个实施方式联
合地优化DOAS和VRF系统的不同风扇的速度，以减小组合系统的总功耗。

[0085] 图3示出了用于控制诸如室外单元风扇速度301这样的蒸气压缩系统的一个或几个致动器的控制信号与性能度量302之间的稳态映射的凸关系303的曲线图。例如，如果该
性能度量是蒸气压缩系统的能量消耗，则关系303表现出对于恒定温度和热负荷而言，存在
使能耗304最小化的致动器命令的一个集合。因此，期望使用使能耗最小化并且使系统效率
最大化的输入的组合来操作蒸气压缩系统。为此，一个实施方式通过开发系统的稳态物理
模型来确定用于大范围操作条件的最佳输入值，以推动建模和优化技术的进步。

[0086] 图4A示出了根据一些实施方式的用于降低空调系统110和120的能耗的系统的示意图。在这些实施方式中，控制器包括处理器420，处理器420用于作为控制第一制冷剂回路
和第二制冷剂回路的第一部件的操作的控制信号237和239的函数确定控制第一空调系统
和第二空调系统的第三部件的操作的控制信号427/429。

[0087] 例如，在一个实施方式中，处理器使用第一空调系统和第二空调系统的模型，针对第一空调系统和第二空调系统的第一部件的操作来优化第一空调系统和第二空调系统的
第三部件的操作。模型可被存储在操作性地连接到处理器420的存储器430中。在该实施方
式中，处理器在空调系统进行操作期间执行优化。

[0088] 在替代实施方式中，针对控制信号237和239的值的不同组合离线执行优化，这允许处理器从存储器中选择为控制信号237/239的当前值预定的控制信号427/429的值。例
如，存储器430可存储查询结构，查询结构将控制第一空调系统和第二空调系统的第三部件
的操作的控制信号427/429映射于控制第一制冷剂回路和第二制冷剂回路的第一部件的操
作的控制信号237/239的函数。例如，使用空调系统的模型预先确定针对第三部件的控制信
号，以优化具有以多变量调节器所确定的控制信号控制的第一部件的第一空调系统和第二
空调系统的总能效。处理器从存储器430中的查询结构中选择控制第一空调系统和第二空
调系统的第三部件的操作的控制信号427/429或者计算该控制信号427/429。

[0089] 图4B示出了根据一些实施方式的调节子系统的风扇速度使得整体功耗被最小化的集成系统100的控制架构400。在这些实施方式中，第一空调系统和第二空调系统的第一
部件包括第一空调系统的压缩机和第二空调系统的压缩机，其中，第一空调系统和第二空
调系统的第三部件包括第一空调系统中的风扇和第二空调系统中的风扇。处理器从存储器
的值中选择第一空调系统和第二空调系统中的风扇的速度，以优化根据第一空调系统和第
二空调系统中的压缩机的速度值操作的第一空调系统和第二空调系统的总能效。

[0090] 控制架构400包括多变量反馈调节器401、提供最佳风扇速度命令411和最佳吸入过热设定值409的查询表或函数402以及两个单输入‑单输出(SISO)反馈调节器403和404。
反馈调节器401接收表示室温和RH的所期望设定值405与对应信号的测量值413之间的差异
的误差信号406。从反馈调节器401输出的致动器命令是子系统的压缩机频率命令406。

[0091] 然后，将压缩机频率命令407馈送到查询表402中，查询表402输出吸入过热设定值409以及在VRF系统408的给定环境条件和室内单元风扇下的子系统的室外单元风扇速度、
供气风扇速度和排气风扇速度的最佳组合。

[0092] 分离的SISO反馈控制器403和404(分别用于控制DOAS和VRF系统的吸入过热)接收误差信号410，误差信号410表示最佳吸入过热设定值409和对应信号的测量值412之间的差
异。从反馈调节器403和404输出的致动器命令分别是DOAS和VRF系统的膨胀阀位置414。以
这种方式，通过分离的控制回路调节膨胀阀位置，使得压缩机过热温度达到其设定值。

[0093] 图5A和图5B示出了根据一些实施方式的用于存储控制输入集合(诸如，集合507)的查询表402的示例。根据性能度量(例如，集成HVAC系统的能耗)，确定存储在查询表中的
每个集合是最佳的。控制输入集合中的每个元素负责集成系统的至少一个部件的操作。例
如，元素501和502分别负责DOAS和VRF系统的室外单元风扇的速度操作，并且这些元素的值
是风扇的每分钟转数(RPM)的值。类似地，元素503和504分别负责供气风扇和排气风扇的速
度的操作。另外，元素505和506负责用于膨胀阀操作的子系统的吸入过热的最佳设定值，并
且这些元素的值是以温度(例如，开尔文)为单元的。

[0094] 控制输入集合由在该集合外部的密钥508(即，包括温度和RH的压缩机速度和环境条件)识别。由于用户通常有权基于他们自身的需要和偏好来改变并行冷却/加热系统(例
如，VRF系统)的室内单元风扇的速度，因此将此速度纳入密钥向量中是合理的。作为密钥向
量的要求之一是可测量的。最佳控制输入明显取决于调节空间中的热负荷。然而，热负荷是
未知的，并且在操作期间是不可测量的。因此，它们不适合于密钥。考虑到热负荷与子系统
的压缩机速度之间存在强烈关系，由反馈控制器选择压缩机速度为替代密钥以替代热负
荷。此外，包括温度和RH的环境条件对热负荷具有显著影响。因此，它们被选择作为密钥的
一部分。

[0095] 作为密钥的函数确定控制输入集合，以根据度量来优化蒸气压缩系统的操作。密钥的函数可例如平滑或内插存储在查询表中的数据，或保持控制输入不变。

[0096] 在一些实施方式中，通过开发系统的稳态物理模型确定用于大范围操作条件的最佳输入值，最佳控制输入的查询表的构造推动建模和优化技术的进步。首先，开发了能够在
大范围的操作条件下预测集成系统性能的基于计算机的稳态模型的集合。这些模型使用对
在蒸气压缩系统中发生的流体机械过程和热传递过程的基于物理学的已建立的描述来描
述制冷剂的热力学。然后，对照实验数据验证这些模型，以确保预测准确性。基于经验证的
模型进行一系列优化，其目的是通过寻求多个系统输入(即，环境条件、压缩机速度、风扇速
度和吸入过热)的最佳组合使集成系统的整体功耗最小化。最后，以上面例示的方式将输入
的最佳值制表。通常，存储在该查询表中的信息是提前生成的，例如，在制造系统时而非在
系统操作期间生成。某些实施方式使用多个查询表。在那些实施方式中，每个查询表与特定
的环境参数关联。基于这些参数，控制模块使用对应于参数值的特定查询表。

[0097] 图6示出了控制间接联接的空调系统的控制器600的替代实施方式。在该实施方式中，处理器基于第一空调系统和第二空调系统中的压缩机的速度值从存储器中选择第一空
调系统的目标吸入过热的值和第二空调系统的目标吸入过热的值。为此，以相同的方式控
制两个子系统的压缩机速度，使得室温和湿度测量值达到其设定值，但是使用分离的控制
回路调节膨胀阀位置，使得压缩机排气温度601达到由查询表602确定的它们的设定值603。

[0098] 图7示出了控制间接联接的空调系统的控制器700的另一实施方式。在该实施方式中，控制风扇速度702，以使集成系统的整体功耗最小化。在该实施方式中，吸入过热设定值
由系统或用户确定，并且未被优化以便缩减查询表701的大小。

[0099] 图8示出了控制间接联接的空调系统的控制器800的另一实施方式。在该实施方式中，使用分离的控制回路调节膨胀阀位置，使得压缩机排气温度801达到其设定值802。该控
制器架构近似于图7中提出的控制器架构，但是膨胀阀用于控制压缩机排气温度值，而非控
制蒸发器过热值。

[0100] 可按众多方式中的任一种来实现本发明的上述实施方式。例如，可使用硬件、软件或其组合来实现实施方式。当用软件实现时，软件代码可在任何合适的处理器或处理器集
合上执行，无论软件代码设置在单个计算机中还是遍布于多个计算机。这些处理器可被实
现为集成电气电路，其中，一个或更多个处理器在集成电路部件中。但是，可使用任何合适
形式的电气电路来实现处理器。

[0101] 另外，本文中概述的各种方法或过程可被编码为可在采用各种操作系统或平台中的任一个的一个或更多个处理器上执行的软件。另外，此软件可以使用多种合适的编程语
言和/或编程或脚本工具中的任一种来编写，并且此软件也可被编译为在框架或虚拟机上
执行的可执行机器语言代码或中间代码。通常，在各种实施方式中，可根据需要组合或分布
程序模块的功能。

[0102] 另外，本发明的实施方式可被实施为方法，该方法的示例已被提供。作为该方法的一部分执行的动作可按任何合适的方式排序。因此，可构造实施方式，在所述实施方式中以
与所例示不同的次序来执行动作，所述实施方式可包括同时执行的一些动作，即使在例示
实施方式中所述一些动作被示出为顺序的动作。

[0103] 在权利要求书中使用诸如“第一”、“第二”的序数词来修饰权利要求要素，这本身不意味着一个权利要求要素超过另一个权利要求要素的任何优先级、位次或顺序，或者不
意味着执行方法中的动作的时间顺序，而是仅仅用作标签来区分具有某个名称的一个权利
要求要素与具有相同名称(如果没有使用序数词的话)的另一个要素来区分权利要求要素。