[发明专利]用于控制空调系统的运行的系统及方法

说明书

一种用于控制在调节环境中产生气流的空调系统的运行的系统，该系统包括：一组传感器，其产生在调节环境中的一组点处的气流的测量结果；存储器，其存储包括第一项和第二项的组合的气流动力学模型，第一项将先前的气流状态转换为当前的气流状态，并且第二项辅助转换；观测器，其通过根据气流动力学模型在时间上向前转换先前的气流状态以减少当前的气流状态中的观测误差，来估计调节环境中的当前的气流状态；以及控制器，其基于当前的气流状态来控制空调系统。模型中的第一项包括气流的物理模型在有限维空间上的投影。气流的物理模型包括调节环境的物理参数，并且投影在第一项中保留调节环境的物理参数。第二项包括物理参数的有界不确定性范围、负增益和观测误差的函数，观测误差是在一组点处气流的测量结果与根据气流模型在一组点处气流的估计结果之间的观测误差。

技术领域

本发明总体上涉及一种空调系统，并且更具体地，涉及控制空调系统的运行。

背景技术

诸如供暖、通风和空气调节(HVAC)系统之类的空调系统已经广泛用于工业和住宅应用。例如，空调系统可以包括变速压缩机、可变位置阀和变速风扇中的一个或组合以用于传递特定热量的蒸汽压缩循环。到传递特定热量的蒸汽压缩系统的命令输入通常不是唯一的，并且组件的各种组合消耗不同量的能量。因此，期望使用使能量最小化并由此使效率最大化的输入的组合来操作蒸汽压缩系统。

常规上，使能量效率最大化的方法依赖于空调系统的物理过程的数学模型的使用。这些基于模型的方法试图描述蒸汽压缩系统的组件的命令输入对系统的热力学行为和所消耗能量的影响。在这些方法中，使用模型来预测满足热负荷要求并最小化能量的输入组合。

HVAC系统的操作改变在调节环境中的定义了空气从调节环境的一个区域向另一区域移动的气流。但是，气流的物理模型具有无限的维度，并且过于复杂而无法在实时控制应用中使用。另外，在空调系统的运行期间，气流的模型也能够改变，参见例如美国专利申请公开US2016/0258644。

为此，需要一种用于使用在系统运行期间产生的气流的实时知识来控制空调系统的系统和方法。

发明内容

一些实施方式的目的是提供一种用于控制空调系统的运行的系统和方法，从而满足该运行的热负荷要求并改善系统的性能。一个实施方式的另一目的是提供这样一种在控制空调系统中使用气流模型的系统和方法。另一实施方式的另一目的是提供这样一种在空调系统的运行期间随着时间改善空调系统的性能的系统和方法。

一些实施方式基于以下知识：空调系统随时间而变化。在一个时间点准确描述蒸汽压缩系统的运行的模型随着系统的改变(例如，由于制冷剂缓慢泄漏或热交换器上的腐蚀积聚而导致)而在以后的时间可能并不准确。另外，空调系统的模型通常忽略了诸如房间尺寸之类的特定于安装的特征，导致空调系统的模型偏离系统的运行。

一些实施方式基于以下认识：在空调系统运行期间产生的气流的知识能够用于优化系统的运行。但是，在空调系统运行期间，气流的模型也能够变化。因此，需要一种用于使用在系统运行期间产生的气流的实时知识来控制空调系统的系统和方法。

一些实施方式解决了确定和更新气流动力学模型的问题，使得该模型准确地表示气流的动力学并且能够适应调节环境中的变化。不幸地是，气流的物理模型，即捕获气流动力学的物理特征的模型，是无限维的并且过于复杂而无法在实时控制应用中使用。因此，一些实施方式使用适于实时更新和控制的低维模型。例如，在一些实施方式中，模型包括降阶模型，该降阶模型的参数数量少于根据Boussinesq(布西内斯克)方程式的气流的物理模型的参数数量，其中Boussinesq方程是偏微分方程式(PDE)，并且其中降阶模型是常微分方程式(ODE)。