一种风阀控制系统及方法

技术领域

本发明涉及空调设备技术领域，尤其是涉及一种风阀控制系统及方法。

背景技术

目前新风系统为了实现对室内温度的控制，通常采用风阀控制装置改变具有新风功能的设备的送风量，而现有的风阀控制装置通常采用机械式传动配合单环角度传感器的方式实现风阀的控制，进而实现对送风量的调节，但该风阀控制装置存在噪声大和送风量调节精度较低的问题。

发明内容

本发明提供一种风阀控制系统及方法，以解决现有的风阀控制装置存在噪声大和送风量调节精度较低的问题，通过采用多闭环PID控制算法对风阀电机模块进行控制，以使风阀电机模块通过磁力传动模块驱动减速箱进行风阀开度的调节，能够提高对风阀送风量的调节精度。此外，通过磁力传动模块实现风阀电机模块与减速箱之间的无接触式传动，从而能够有效降低风阀控制系统的运行噪声。

为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面提供一种风阀控制系统，包括风阀处理模块、风阀电机模块、电机检测模块、风量检测模块、磁力传动模块、减速箱和风阀；

所述风量检测模块设于所述风阀上，用于检测所述风阀的当前时刻风量值并传输至所述风阀处理模块；

所述电机检测模块用于检测所述风阀电机模块的当前时刻位置值、当前时刻速度值和当前时刻电流值并传输至所述风阀处理模块；

所述风阀处理模块用于根据预先接收到的目标风量值、所述当前时刻风量值、所述当前时刻位置值、所述当前时刻速度值和所述当前时刻电流值，采用多闭环PID控制算法生成电机控制信号并传输至所述风阀电机模块；

所述风阀电机模块用于根据所述电机控制信号，通过所述磁力传动模块驱动所述减速箱以通过所述减速箱调节所述风阀的开度。

作为优选方案，所述风阀处理模块用于根据预先接收到的目标风量值、所述当前时刻风量值、所述当前时刻位置值、所述当前时刻速度值和所述当前时刻电流值，采用多闭环PID控制算法生成电机控制信号并传输至所述风阀电机模块，具体包括：

根据所述目标风量值和所述当前时刻风量值，计算获得当前时刻风量差值；

根据预设的k-1时刻风量差值、k-2时刻风量差值、比例系数、积分系数、微分系数、k-1时刻风量差值所对应的期望位置值和所述当前时刻风量差值，计算获得所述当前时刻风量差值所对应的当前期望位置值；其中，k表示当前时刻；

根据所述当前期望位置值和所述当前时刻位置值，计算获得当前时刻位置差值；

根据预设的累积位置差值、k-1时刻位置差值、所述比例系数、所述积分系数、所述微分系数和所述当前时刻位置差值，计算获得所述当前时刻位置差值所对应的当前期望速度值；

根据所述当前期望速度值和所述当前时刻速度值，计算获得当前时刻速度差值；

根据预设的累积速度差值、k-1时刻速度差值、所述比例系数、所述积分系数、所述微分系数和所述当前时刻速度差值，计算获得所述当前时刻速度差值所对应的当前期望电流值；

根据所述当前期望电流值和所述当前时刻电流值，计算获得当前时刻电流差值；

根据预设的累积电流差值、k-1时刻电流差值、所述比例系数、所述积分系数、所述微分系数和所述当前时刻电流差值，计算获得所述当前时刻电流差值所对应的PID输出值，并根据所述PID输出值生成所述电机控制信号。

作为优选方案，所述电机检测模块包括电流检测单元、码盘和数据采集单元；

所述电流检测单元用于检测所述风阀电机模块的当前时刻电流值并传输至所述数据采集单元；

所述码盘用于按照预设的扫描周期获取所述风阀电机模块的当前旋转位置所对应的脉冲值；根据预设的单圈脉冲数和所述脉冲值计算获得所述风阀电机模块的当前旋转角位移并作为所述当前时刻位置值；将所述当前时刻位置值传输至所述数据采集单元；

所述码盘还用于根据预设统计时间段内所获得的脉冲数，计算获得所述风阀电机模块在所述预设统计时间段内的速度值并作为所述当前时刻速度值；将所述当前时刻速度值传输至所述数据采集单元；

所述数据采集单元用于将所述当前时刻电流值、所述当前时刻位置值和所述当前时刻速度值传输至所述风阀处理模块。

作为优选方案，所述风阀电机模块包括电机驱动单元和风阀电机；

所述电机驱动单元用于根据所述电机控制信号，按照所述电机控制信号所对应的位置值要求、速度值要求和电流值要求以PWM方式对所述风阀电机进行驱动；

所述风阀电机用于按照所述位置值要求、所述速度值要求和所述电流值要求，通过所述磁力传动模块驱动所述减速箱以通过所述减速箱调节所述风阀的开度。

作为优选方案，所述磁力传动模块采用转子式永磁传动技术。

作为优选方案，所述系统还包括控制通信模块；

所述控制通信模块用于接收用户终端发出的控制指令，根据所述控制指令确定所述目标风量值并发送至所述风阀处理模块；

所述控制通信模块还用于接收所述风阀处理模块反馈的运行状态，并将所述运行状态发送至所述用户终端。

作为优选方案，所述系统还包括运维通信模块；

所述运维通信模块用于将所述风阀处理模块与运维终端构建通信连接。

作为优选方案，所述系统还包括存储模块；

所述存储模块用于存储预设的逻辑控制程序，并当所述风阀控制系统运行时，将所述逻辑控制程序加载至所述风阀处理模块，以使所述风阀处理模块根据所述目标风量值、所述当前时刻风量值、所述当前时刻位置值、所述当前时刻速度值和所述当前时刻电流值，采用多闭环PID控制算法生成所述电机控制信号并传输至所述风阀电机模块。

作为优选方案，所述系统还包括接口模块；

所述接口模块用于将外部传感器、外部控制设备与所述风阀处理模块连接。

本发明实施例第二方面提供一种风阀控制方法，应用于如第一方面任一项所述的风阀控制系统，包括如下步骤：

设于风阀上的风量检测模块检测所述风阀的当前时刻风量值并传输至风阀处理模块；

电机检测模块检测风阀电机模块的当前时刻位置值、当前时刻速度值和当前时刻电流值并传输至所述风阀处理模块；

所述风阀处理模块根据预先接收到的目标风量值、所述当前时刻风量值、所述当前时刻位置值、所述当前时刻速度值和所述当前时刻电流值，采用多闭环PID控制算法生成电机控制信号并传输至风阀电机模块；

所述风阀电机模块根据所述电机控制信号，通过磁力传动模块驱动减速箱以通过所述减速箱调节所述风阀的开度。

相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于，通过采用多闭环PID控制算法对风阀电机模块进行控制，以使风阀电机模块通过磁力传动模块驱动减速箱进行风阀开度的调节，能够提高对风阀送风量的调节精度。此外，通过磁力传动模块实现风阀电机模块与减速箱之间的无接触式传动，从而能够有效降低风阀控制系统的运行噪声。

附图说明

图1是本发明实施例提供的风阀控制系统的一种优选实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的风阀控制系统的另一种优选实施例的结构示意图；

图3是本发明实施例中的风阀控制方法的流程示意图。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1至图2，本发明实施例提供一种风阀控制系统，包括风阀处理模块101、风阀电机模块102、电机检测模块103、风量检测模块104、磁力传动模块105、减速箱106和风阀107；

所述风量检测模块104设于所述风阀107上，用于检测所述风阀107的当前时刻风量值并传输至所述风阀处理模块101；

所述电机检测模块103用于检测所述风阀电机模块102的当前时刻位置值、当前时刻速度值和当前时刻电流值并传输至所述风阀处理模块101；

所述风阀处理模块101用于根据预先接收到的目标风量值、所述当前时刻风量值、所述当前时刻位置值、所述当前时刻速度值和所述当前时刻电流值，采用多闭环PID控制算法生成电机控制信号并传输至所述风阀电机模块102；

所述风阀电机模块102用于根据所述电机控制信号，通过所述磁力传动模块105驱动所述减速箱106以通过所述减速箱106调节所述风阀107的开度。

在本实施例中，风量检测模块104设于风阀107上，用于检测风阀107的当前时刻风量值，作为其中一种可选的实施例，所述风量检测模块104可以但不仅限于风量传感器，风量检测模块104的检测周期为250ms。

由于风阀107受风阀电机模块102驱动而进行开度调节，为了提高风阀107送风量的调节精度，本实施例采用多闭环PID控制算法对风阀电机模块102进行控制，而多闭环PID控制算法需要通过多参量反馈实现闭环控制，因此本实施例通过电机检测模块103检测风阀电机模块102的当前时刻位置值、当前时刻速度值和当前时刻电流值。

进一步地，风阀处理模块101用于根据预先接收到的目标风量值、当前时刻风量值、当前时刻位置值、当前时刻速度值和当前时刻电流值，采用多闭环PID控制算法生成电机控制信号并传输至风阀电机模块102。值得说明的是，本实施例可以选择风量值、速度值、位置值和电流值中的任意两种、三种或四种反馈环组合实现多闭环PID控制算法，本实施例在此不作具体限定。采用多闭环PID控制算法对风阀电机模块102进行控制，能够大大提高风阀控制系统的稳定性和可靠性。

进一步地，风阀电机模块102用于根据电机控制信号，通过磁力传动模块105驱动减速箱106以通过减速箱106调节风阀107的开度。

值得说明的是，风阀电机模块102与减速箱106之间采用磁力传动技术，通过磁力实现两者之间的无接触式传动，从而能够大大减少系统运行时的噪声。

减速箱106用于桥接磁力传动模块105和风阀，由多级齿轮组成的减速传动部份，通过减速比实现增加传动力矩，并实现精密控制。

风阀107为气流流通开关机构，其不同的开度可以调节气流速实现调温功能。

作为优选方案，所述风阀处理模块101用于根据预先接收到的目标风量值、所述当前时刻风量值、所述当前时刻位置值、所述当前时刻速度值和所述当前时刻电流值，采用多闭环PID控制算法生成电机控制信号并传输至所述风阀电机模块102，具体包括：

根据所述目标风量值和所述当前时刻风量值，计算获得当前时刻风量差值；

根据预设的k-1时刻风量差值、k-2时刻风量差值、比例系数、积分系数、微分系数、k-1时刻风量差值所对应的期望位置值和所述当前时刻风量差值，计算获得所述当前时刻风量差值所对应的当前期望位置值；其中，k表示当前时刻；

根据所述当前期望位置值和所述当前时刻位置值，计算获得当前时刻位置差值；

根据预设的累积位置差值、k-1时刻位置差值、所述比例系数、所述积分系数、所述微分系数和所述当前时刻位置差值，计算获得所述当前时刻位置差值所对应的当前期望速度值；

根据所述当前期望速度值和所述当前时刻速度值，计算获得当前时刻速度差值；

根据预设的累积速度差值、k-1时刻速度差值、所述比例系数、所述积分系数、所述微分系数和所述当前时刻速度差值，计算获得所述当前时刻速度差值所对应的当前期望电流值；

根据所述当前期望电流值和所述当前时刻电流值，计算获得当前时刻电流差值；

根据预设的累积电流差值、k-1时刻电流差值、所述比例系数、所述积分系数、所述微分系数和所述当前时刻电流差值，计算获得所述当前时刻电流差值所对应的PID输出值，并根据所述PID输出值生成所述电机控制信号。

值得说明的是，多闭环也称为串级控制，即在风阀控制系统中采用多个控制器串联工作，通过多参量反馈实现闭环控制。本实施例采用四闭环控制器串联工作(位置、电流、速度、风量)，其中，电流环为最内环，速度环次之，位置次之，风量环为最外环。风量环的输出作为位置环的输入，位置环的输出作为速度环的输入，速度环的输出作为电流环的输入。

在本实施例中，风量环采用增量式PID算法，位置环、速度环和电流环均采用位置式PID算法。

增量式PID算法的表达式如下：

其中，Δu(k)表示当前时刻输出变化值；k

值得说明的是，在实际调温过程中，温度调节是按照增量式的方式进行的，其对应的送风量也是按照增量式的方式来调节的。

位置式PID算法的表达式如下：

其中，u(k)表示当前时刻参量所对应的输出值；k

可以理解的是，风量环中根据预设的k-1时刻风量差值、k-2时刻风量差值、比例系数、积分系数、微分系数、k-1时刻风量差值所对应的期望位置值和所述当前时刻风量差值，计算获得的输出值作为位置环的输入值，即当前时刻风量差值所对应的当前期望位置值。

位置环根据预设的累积位置差值、k-1时刻位置差值、比例系数、积分系数、微分系数和当前时刻位置差值，计算获得的输出值作为速度环的输入值，即当前时刻位置差值所对应的当前期望速度值。

速度环根据预设的累积速度差值、k-1时刻速度差值、比例系数、积分系数、微分系数和当前时刻速度差值，计算获得的输出值作为电流环的输入值，即当前时刻速度差值所对应的当前期望电流值。

作为优选方案，所述电机检测模块103包括电流检测单元201、码盘202和数据采集单元203；

所述电流检测单元201用于检测所述风阀电机模块102的当前时刻电流值并传输至所述数据采集单元203；

所述码盘202用于按照预设的扫描周期获取所述风阀电机模块102的当前旋转位置所对应的脉冲值；根据预设的单圈脉冲数和所述脉冲值计算获得所述风阀电机模块102的当前旋转角位移并作为所述当前时刻位置值；将所述当前时刻位置值传输至所述数据采集单元203；

所述码盘202还用于根据预设统计时间段内所获得的脉冲数，计算获得所述风阀电机模块102在所述预设统计时间段内的速度值并作为所述当前时刻速度值；将所述当前时刻速度值传输至所述数据采集单元203；

所述数据采集单元203用于将所述当前时刻电流值、所述当前时刻位置值和所述当前时刻速度值传输至所述风阀处理模块101。

具体地，电流检测单元201在风阀电机模块102运行时将采集其驱动电流，并以电压的形式最终传输至风阀处理模块101的AD口进行采样，计算获得风阀电机模块102的当前工作电流值。作为其中一种可选的实施例，电流环的周期为50ms，电流单次采样周期为1ms。

码盘202用于按照预设的扫描周期，通过设于码盘202上的编码器获取风阀电机模块102的当前旋转位置所对应的脉冲值，根据单圈脉冲数计算出风阀电机模块102的当前旋转角位移，从而确定当前时刻位置值。作为其中一种可选的实施例，码盘202的扫描周期为200ms，单圈(360度)脉冲数为50。

进一步地，码盘202还用于根据预设统计时间段内所获得的脉冲数，计算获得风阀电机模块102在预设统计时间段内的速度值并作为当前时刻速度值。作为其中一种可选的实施例，统计时间预设为100ms。

作为优选方案，所述风阀电机模块102包括电机驱动单元204和风阀电机205；

所述电机驱动单元204用于根据所述电机控制信号，按照所述电机控制信号所对应的位置值要求、速度值要求和电流值要求以PWM方式对所述风阀电机205进行驱动；

所述风阀电机205用于按照所述位置值要求、所述速度值要求和所述电流值要求，通过所述磁力传动模块105驱动所述减速箱106以通过所述减速箱106调节所述风阀的开度。

具体地，电机驱动单元204作为风阀电机205的驱动部分，根据电机控制信号，采用PWM方式对风阀电机205进行驱动，以使风阀电机205按照电机控制信号所对应的位置值要求、速度值要求和电流值要求运行。可以理解的是，由于四闭环PID控制算法已计算获得当前期望位置值、当前期望速度值和当前期望电流值，因此位置值要求、速度值要求和电流值要求分别对应于当前期望位置值、当前期望速度值和当前期望电流值。

作为优选方案，所述磁力传动模块105采用转子式永磁传动技术。

作为优选方案，所述系统还包括控制通信模块206；

所述控制通信模块206用于接收用户终端发出的控制指令，根据所述控制指令确定所述目标风量值并发送至所述风阀处理模块101；

所述控制通信模块206还用于接收所述风阀处理模块101反馈的运行状态，并将所述运行状态发送至所述用户终端。

具体地，控制通信模块206为风阀控制系统的对外通信接口，负责风阀处理模块101与网关之间的通信，用于接收下行的控制指令及上报当前风阀处理模块101的运行状态。

作为优选方案，所述系统还包括运维通信模块207；

所述运维通信模块207用于将所述风阀处理模块101与运维终端构建通信连接。

具体地，运维通信模块207为风阀控制系统的对外运维接口，负责将风阀处理模块101与运维终端(手机或PAD)上的运维APP构建通信关系，从而实现风阀控制系统的运维功能。作为其中一种可选的实施例，风阀处理模块101与运维终端所构建的通信连接可以为蓝牙连接或WIFI连接，本实施例在此不作具体限定。

作为优选方案，所述系统还包括存储模块208；

所述存储模块208用于存储预设的逻辑控制程序，并当所述风阀控制系统运行时，将所述逻辑控制程序加载至所述风阀处理模块101，以使所述风阀处理模块101根据所述目标风量值、所述当前时刻风量值、所述当前时刻位置值、所述当前时刻速度值和所述当前时刻电流值，采用多闭环PID控制算法生成所述电机控制信号并传输至所述风阀电机模块102。

作为优选方案，所述系统还包括接口模块209；

所述接口模块209用于将外部传感器、外部控制设备与所述风阀处理模块101连接。

具体地，接口模块209为风阀控制系统的输入输出接口部分电路，负责对外部传感器、外部控制设备的采集与控制，可以依据使用场景需求，外接温湿度传感器、门禁传感器或照明控制设备、加湿设备等，实现外部环境检测、与其他控制系统的联动功能。

本发明实施例提供的一种风阀控制系统，通过采用多闭环PID控制算法对风阀电机模块进行控制，以使风阀电机模块通过磁力传动模块驱动减速箱进行风阀开度的调节，能够提高对风阀送风量的调节精度。此外，通过磁力传动模块实现风阀电机模块与减速箱之间的无接触式传动，从而能够有效降低风阀控制系统的运行噪声。

参见图3，本发明实施例第二方面提供一种风阀控制方法，应用于如第一方面任一实施例所述的风阀控制系统，包括如下步骤S1至步骤S4：

步骤S1，设于风阀上的风量检测模块检测所述风阀的当前时刻风量值并传输至风阀处理模块；

步骤S2，电机检测模块检测风阀电机模块的当前时刻位置值、当前时刻速度值和当前时刻电流值并传输至所述风阀处理模块；

步骤S3，所述风阀处理模块根据预先接收到的目标风量值、所述当前时刻风量值、所述当前时刻位置值、所述当前时刻速度值和所述当前时刻电流值，采用多闭环PID控制算法生成电机控制信号并传输至风阀电机模块；

步骤S4，所述风阀电机模块根据所述电机控制信号，通过磁力传动模块驱动减速箱以通过所述减速箱调节所述风阀的开度。

作为优选方案，所述风阀处理模块根据预先接收到的目标风量值、所述当前时刻风量值、所述当前时刻位置值、所述当前时刻速度值和所述当前时刻电流值，采用多闭环PID控制算法生成电机控制信号并传输至风阀电机模块，具体包括如下步骤：

根据所述目标风量值和所述当前时刻风量值，计算获得当前时刻风量差值；

根据预设的k-1时刻风量差值、k-2时刻风量差值、比例系数、积分系数、微分系数、k-1时刻风量差值所对应的期望位置值和所述当前时刻风量差值，计算获得所述当前时刻风量差值所对应的当前期望位置值；其中，k表示当前时刻；

根据所述当前期望位置值和所述当前时刻位置值，计算获得当前时刻位置差值；

根据预设的累积位置差值、k-1时刻位置差值、所述比例系数、所述积分系数、所述微分系数和所述当前时刻位置差值，计算获得所述当前时刻位置差值所对应的当前期望速度值；

根据所述当前期望速度值和所述当前时刻速度值，计算获得当前时刻速度差值；

根据预设的累积速度差值、k-1时刻速度差值、所述比例系数、所述积分系数、所述微分系数和所述当前时刻速度差值，计算获得所述当前时刻速度差值所对应的当前期望电流值；

根据所述当前期望电流值和所述当前时刻电流值，计算获得当前时刻电流差值；

根据预设的累积电流差值、k-1时刻电流差值、所述比例系数、所述积分系数、所述微分系数和所述当前时刻电流差值，计算获得所述当前时刻电流差值所对应的PID输出值，并根据所述PID输出值生成所述电机控制信号。

作为优选方案，所述电机检测模块包括电流检测单元、码盘和数据采集单元；

所述电流检测单元检测所述风阀电机模块的当前时刻电流值并传输至所述数据采集单元；

所述码盘按照预设的扫描周期获取所述风阀电机模块的当前旋转位置所对应的脉冲值；根据预设的单圈脉冲数和所述脉冲值计算获得所述风阀电机模块的当前旋转角位移并作为所述当前时刻位置值；将所述当前时刻位置值传输至所述数据采集单元；

所述码盘根据预设统计时间段内所获得的脉冲数，计算获得所述风阀电机模块在所述预设统计时间段内的速度值并作为所述当前时刻速度值；将所述当前时刻速度值传输至所述数据采集单元；

所述数据采集单元将所述当前时刻电流值、所述当前时刻位置值和所述当前时刻速度值传输至所述风阀处理模块。

作为优选方案，所述风阀电机模块包括电机驱动单元和风阀电机；

所述电机驱动单元根据所述电机控制信号，按照所述电机控制信号所对应的位置值要求、速度值要求和电流值要求以PWM方式对所述风阀电机进行驱动；

所述风阀电机按照所述位置值要求、所述速度值要求和所述电流值要求，通过所述磁力传动模块驱动所述减速箱以通过所述减速箱调节所述风阀的开度。

作为优选方案，所述磁力传动模块采用转子式永磁传动技术。

作为优选方案，所述方法还包括如下步骤：

控制通信模块接收用户终端发出的控制指令，根据所述控制指令确定所述目标风量值并发送至所述风阀处理模块；

控制通信模块接收所述风阀处理模块反馈的运行状态，并将所述运行状态发送至所述用户终端。

作为优选方案，所述方法还包括如下步骤：

运维通信模块将所述风阀处理模块与运维终端构建通信连接。

作为优选方案，所述方法还包括如下步骤：

存储模块存储预设的逻辑控制程序，并当所述风阀控制系统运行时，将所述逻辑控制程序加载至所述风阀处理模块，以使所述风阀处理模块根据所述目标风量值、所述当前时刻风量值、所述当前时刻位置值、所述当前时刻速度值和所述当前时刻电流值，采用多闭环PID控制算法生成所述电机控制信号并传输至所述风阀电机模块。

作为优选方案，所述方法还包括如下步骤：

接口模块将外部传感器、外部控制设备与所述风阀处理模块连接。

本发明实施例提供的一种风阀控制方法，通过采用多闭环PID控制算法对风阀电机模块进行控制，以使风阀电机模块通过磁力传动模块驱动减速箱进行风阀开度的调节，能够提高对风阀送风量的调节精度。此外，通过磁力传动模块实现风阀电机模块与减速箱之间的无接触式传动，从而能够有效降低风阀控制系统的运行噪声。

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。