具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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，图1是本发明实施例提供的一种热泵系统控制方法的流程图，该方法可应用于热泵系统内的控制器，也可以应用于热泵系统自身所属应用场景中的其他控制器，显然，在某些情况下，也可选用网络侧的服务器实现；参照图1，本发明实施例提供的热泵系统控制方法的流程，可以包括：

S100，获取控制参数向量的当前控制值、系统状态向量的当前状态值和系统状态向量的目标状态值。

任一热泵系统往往对应着多个控制参数，相应的，也对应着多个状态参数，因此，本发明实施例中述及的控制参数向量中包括热泵系统对应的多个控制参数，而系统状态向量中则包括热泵系统的多个状态参数。

基于热泵系统的基本常识可知，热泵系统的各个状态参数之间往往有着较强的耦合关系，任一状态参数的改变，都有可能引起其他状态参数的改变，相应的，与状态参数直接对应的控制参数之间也存在着较强的耦合关系，很难界定控制参数与状态参数之间的对应关系，在实际应用中，常常存在多个控制参数影响一个状态参数，或者一个控制参数影响多个状态参数的情况。

因此，在选取控制参数向量以及系统状态参数向量中的参数时，应尽量降低各控制参数之间的耦合与功能重复，以降低调节过程的难度，比如，不能同时选择载冷剂侧入口温度和流量作为控制参数，同时考虑到载冷剂侧入口温度的影响及调节范围远大于流量的影响，因此，应选择载冷剂侧入口温度而不是流量作为控制参数。对于控制参数向量以及系统状态向量中包括的具体参数，本发明不做限定。

具体的，对于控制参数向量的当前控制值，可以是系统启动后的初始值，也可以是其他指定的值，在实际应用中，可以根据控制需求灵活选取；对于系统状态向量的当前状态值，则是与控制参数向量的当前控制值对应的，热泵系统处于稳定状态下的各状态参数的值；而目标状态值则是热泵系统在经过本方法调节控制后最终达到的各状态参数的值。

S110、确定与当前状态值对应的控制参数计算矩阵。

在本实施例以及后续各个实施例中述及的控制参数计算矩阵，都是基于控制参数向量与系统状态向量之间的对应关系得到，基于后续内容还可以进一步看出，控制参数计算矩阵在整个控制过程中，还有可能经过多次的修正或替换，此处暂不展开。

对于与当前状态值对应的控制参数计算矩阵，大致有两种方法可以获得，第一种方法是在多个预设控制参数计算矩阵中选取一个作为当前控制过程中使用的控制参数计算矩阵，第二种方法是根据热泵系统的控制参数向量的当前控制值以及系统状态向量的当前状态值经过计算得到一个与当前状态值对应的控制参数计算矩阵。

本实施例首先第一种方法进行展开介绍，对于第二种方法，将在后续内容中具体实施例的方式展开，此处暂不详述。

对于第一种方法，首先获取热泵系统的多个预设控制参数计算矩阵，在多个预设控制参数计算矩阵中，每一个预设控制参数计算矩阵对应一个系统状态向量的状态基准值，也可以理解为，一个预设控制参数计算矩阵是基于一种相应的、确定的系统状态得到的。

然后，分别计算前述热泵系统的当前状态值与各预设控制参数计算矩阵对应的状态基准值的偏差量，并将所得偏差量最小且偏差量处于预设偏差范围内的预设控制参数计算矩阵，作为与当前状态值对应的控制参数计算矩阵。即在多个预设控制参数计算矩阵中，选取一个与当前状态值最接近的最为本次控制过程中使用的控制参数计算矩阵。

可以想到的是，第一种方法是针对成熟、反复应用的热泵系统而言提出的，对于此种情况之外的热泵系统并不适用。进一步的，前述预设偏差范围可以基于具体的控制精度需求设定，具体取值本发明不做限定。

S120、根据当前状态值、目标状态值以及控制参数计算矩阵，确定控制参数调节向量。

在本实施例以及后续各个实施例中，控制参数调节向量包括控制参数向量中各控制参数的调节值。需要说明的是，本步骤所得的调节值可以理解为各控制参数总的预期变化量，至于是否需要调节到各控制参数对应的调节值，以及调节的具体过程，还需要结合热泵系统的状态参数的变化情况灵活控制，对于这一过程同样将在后续内容中展开。

可选的，控制参数调节向量具体可以基于如下过程得到：

计算目标状态值与当前状态值之差，得到状态参数偏差向量，计算控制参数计算矩阵与状态参数偏差向量之积，所得之积即为控制参数调节向量。

S130、基于当前控制值和控制参数调节向量调节控制参数向量，以使系统状态向量达到目标状态值。

在得到控制参数调节向量后，即可基于前述步骤中得到的当前控制值和控制参数调节向量调节控制参数向量中各个控制参数的值，进而改变系统状态向量中的各个系统参数的值，直至系统状态向量达到目标状态值。

综上所述，本发明提供的热泵系统控制方法，能够替代现有技术中的人工调节方式，并同时对热泵系统中的多个控制参数进行调节，与现有技术相比，能够有效缩短调节耗时，显著提高热泵系统的调节效率。

下面结合具体示例，对S110中确定与当前状态值对应的控制参数计算矩阵的第二种方法进行展开介绍。

可选的，参见图2，图2是现有技术中一种热泵系统的结构示意图，本实施例提供的热泵系统属于一种典型的用于测量实验换热器在不同工况下蒸发换热特性的热力学实验台，对于这一热泵系统，其主要包括：压缩机、冷凝器、储液罐、膨胀阀、前热器、实验换热器、后热器及连接管道等部件，通过控制各换热器载冷剂温度实现对系统各状态参数，包括实验换热器进出口状态的调节控制。

基于这一热泵系统，系统状态向量中的状态参数包括：实验换热器入口压力P^e、实验换热器入口干度xⁱⁿ、实验换热器出口干度x^out、实验换热器质量流率m、压缩机前过热度T^sh、冷凝压力P^c共六个；相应的，控制参数向量同样选取六个控制参数，具体为压缩机转速ω、膨胀阀开度X、冷凝器侧载冷剂温度T^wc、前热器侧载冷剂温度T^wp、实验换热器外部载冷剂温度T^we、后热器侧载冷剂温度T^wa。

将控制参数向量中的各控制参数对应的当前控制值作为初始值输入热泵系统，并将热泵系统进入稳定状态后的各状态参数的当前值作为系统状态向量的当前状态值。

基于上述内容，假设热泵系统控制参数向量的当前控制值采用如下方式表示：

其中，下标“cal”表示当前状态；相应的，系统状态向量的当前状态值则可以表示为：

首先分别调节控制参数向量中的每一个控制参数的当前控制值，并获取调节各控制参数的当前控制值之后，热泵系统处于稳定状态下的系统状态向量的参考状态值。

以对压缩机转速进行调节为例，将压缩机转速调节一定量Δω，则热泵系统控制参数向量改为：

其中，Δω为一能够令热泵系统产生可测量的系统状态变化，同时还能稳定运转的小变化量，对于一般压缩机而言，其值可为数十转每分钟。

待热泵系统处于稳定状态之后，记录此时的系统状态向量对应的状态参考值，计为：

遍历控制参数中的每一个控制参数，执行同样的控制操作，就可以相应的得到对应的系统状态向量的状态参考值。

然后，分别计算各参考状态值与前述当前状态值之差，得到相应的状态变化值。

沿用前例，用S_Δω-S_cal，所得结果即为调节压缩机转速这一控制参数所对应的系统状态向量的状态变化值，可以如下表示：

依次类推，就可以得到与各个控制参数相对应的系统状态向量的状态变化值，然后将所得各个状态变化值进行整理，即可得到状态参数变化矩阵。

需要说明的是，一般情况下，在得到调节某一控制参数后对应的系统状态向量对应的状态参考值之后，直接将该控制参数还原，并控制下一控制参数变化，并不关心上一控制参数调节时热泵系统的稳态状态对应的系统状态向量如何变化为当前控制值对应的当前状态值，直至各控制参数均完成上述调节过程。

最后，计算所得状态参数变化矩阵的逆矩阵，即可得到控制参数计算矩阵。

可以想到的是，对于S110中述及的第一种方法中的各个预设控制参数计算矩阵，也可以按照上述实施例提供的方法得到。

进一步的，基于上述控制参数计算矩阵的得出过程可以看出，每一次调节控制参数的具体取值之后，都会引起状态参数取值的变化，而且每一调节都要等到热泵系统处于稳定状态后才能获取系统的各个状态参数的参数值，可以想到的是，如果控制参数向量中的控制参数个数较多，那么整个获取控制参数计算矩阵的过程将耗费大量的时间和处理器资源，为此，本发明实施例提供一种方法，对热泵系统处于稳定状态时的状态参数值进行预估，经预估的状态值，作为对应的状态参考值。

可选的，将控制参数向量中的每一个控制参数依次作为目标控制参数，调节目标控制参数的当前控制值，并按照调节后的当前控制值控制热泵系统运行，这一过程与前述实施例提供的过程是一致的，不再赘述。

针对每一个目标控制参数的调节过程，在热泵系统运行第一预设时长后，热泵系统已经度过系统状态猛烈变化的阶段，在第二预设时长内获取系统状态向量的多组状态参考值，然后根据各状态参考值确定系统状态拟合函数。

具体的，系统状态拟合函数可以表示为：

y＝a+b·e^-ct

其中，y表示状态参考值，所得状态拟合函数的a值，即为热泵系统处于稳定状态下的所述系统状态向量的参考状态值，b为该状态参数进入第二预设时长后的起始值，t为该状态参数进入第二预设时长后的计时时长，c为拟合参数，可为经验值或标定值。需要说明的是，上述系统状态拟合函数中所有变量和常量是无量纲的数值。

可选的，参见图3，图3是本发明实施例提供的另一种热泵系统控制方法的流程图，在图1所示实施例的基础上，本实施例给出基于当前控制值和控制参数调节向量调节控制参数向量，以使系统状态向量达到目标状态值的具体实现方式。

需要说明的是，由于图3所示实施例是在图1所示实施例的基础上给出的，对于涉及到图1所示实施例中各个执行步骤的具体过程，在本实施例中将不再展开，具体可参照图1所示实施例对应的内容。而本部分仅对新增内容进行介绍。

S200、基于当前控制值和控制参数调节向量，确定控制参数向量的中间控制值。

基于前述内容可知，当前控制值是当前时刻控制热泵系统运行的控制参数值，控制参数调节向量中则记录着每一控制参数对应的调节量，在确定控制参数向量的中间控制值时，主要将前述的当前控制值和控制参数调节向量进行叠加，而为了确保热泵系统的稳定运行，控制参数的具体取值不能出现大幅变化，同时还需要能够引起系统状态的变化，这是本步骤的关键所在。

可选的，可以设置一个预设衰减系数，当然，该预设衰减系数是小于1的，比如可以在0.1-0.4之间选取，计算控制参数调节向量与预设衰减系数的乘积，得到控制参数调节向量的单次调节值，可以想到的是，由于预设衰减系数是小于1的，所得单次调节值肯定小于控制参数调节向量中相对的调节值，然后，将当前控制值与单次调节值之和，作为控制参数向量的中间控制值。

上述方法可以在每一调节过程中使用，从而确保每次调节都不会导致控制参数向量的中间控制值过大，避免热泵系统出现不稳定的情况。

可选的，还可以进一步设置一个预设调节阈值，通过预设调节阈值对控制参数调节向量的大小进行总体控制，具体的，若控制参数调节向量大于预设调节阈值，则按预设比例缩小控制参数调节向量，避免控制参数调节向量总体过大，然后计算缩小后的控制参数调节向量与预设衰减系数的乘积，得到控制参数调节向量的单次调节值。

S210、获取热泵系统按照中间控制值运行并处于稳定状态后，系统状态向量的中间状态值。

按照中间控制值控制热泵系统运行的过程，以及获取热泵系统处于稳定状态后的中间状态值的过程，可以参照前述内容实现，此处不再赘述。

S220、判断中间状态值与目标状态值的偏差是否处于第一预设范围内，若否，执行S230，若是，执行S260。

在本步骤中，第一预设范围是基于目标状态值设置的，目的在于将热泵系统最终控制在一个接近于目标状态值的范围内，当然，最理想的情况是中间状态值与目标状态值相等。对于第一预设范围的选取可以根据具体的控制精度要求设置。

如果中间状态值与目标状态值之间的偏差未处于第一预设范围内，则基于中间控制值和中间状态值调节控制参数向量，以使系统状态向量达到所述目标状态值，具体的调节过程如S230-S250所示；如果中间状态值与目标状态值的偏差处于第一预设范围内，则执行S260。

S230、判断中间状态值与当前状态值的偏差是否处于第二预设范围内，若是执行S240，若否，执行S250。

在热泵系统的中间状态值与目标状态值的偏差未处于第一预设范围内的情况下，需要对中间状态值与当前状态值的偏差是否处于第二预设范围内进行判断。

如前所述，热泵系统的系统状态变化是非线性的，通过一个控制参数计算矩阵往往难以准确表达热泵系统在整个控制过程中，控制参数与状态参数之间的对应关系，因此，需要对是否更新控制参数计算矩阵进行判断，如果中间状态值与当前状态值的偏差处于第二预设范围内，说明当前适用的控制参数计算矩阵还可以衡量或表达控制参数与状态参数之间的对应关系，相反的，如果中间状态值与当前状态值的偏差未处于第二预设范围内，说明当前适用的控制参数计算矩阵已经难以衡量或表达控制参数与状态参数之间的对应关系，需要进行更新。

对于第二预设范围的设置，同样可以基于控制精度的要求选取，此处不再详述。

S240、将当前控制值更新为中间控制值，并将当前状态值更新为中间状态值。

结合图2所示，在中间状态值与当前状态值的偏差处于第二预设范围内的情况下，需要将当前控制值更新为中间控制值，并将当前状态值更新为中间状态值，即将上一次调整后的结果作为下一次调整的初始值，然后返回执行S120步骤，如此往复循环，直至中间状态值与目标状态值之间的偏差处于第一预设范围内。

S250、将当前控制值更新为中间控制值，并将当前状态值更新为中间状态值。

在中间状态值与当前状态值的偏差未处于第二预设范围内的情况下，需要更新控制参数计算矩阵，因此，同样需要将当前控制值更新为中间控制值，并将当前状态值更新为中间状态值，即将上一次调整后的结果作为下一次调整的初始值，然后返回执行S110，获取新的控制参数计算矩阵。

需要说明的是，S240和S250所执行的操作是相同的，可以在执行S230之间进行，本实施例中二者对应的操作放在S230之后，并且分为两个步骤说明，主要是为了便于阐明方案的执行过程。

S260、按照中间控制值控制热泵系统运行。

在中间状态值与目标状态值的偏差处于第一预设范围的情况下，可以认为已经达到预期的调节目的，即可按照中间控制值控制热泵系统运行。

综上所述，本发明实施例提供的控制方法，不仅可以同时实现多个控制参数的调节，使热泵系统最终达到目标状态值，更为重要的是，本实施例提供的热泵系统控制方法，能够将热泵系统的非线性特征，转换为一个或多个线性方程(即控制参数计算矩阵)来表达，在满足控制精度要求的前提下，简化控制过程、缩短整个控制过程的耗时，控制效率更高，实现控制过程的自动化。

进一步的，由于可以根据实际情况修正控制参数计算矩阵，因而具有对系统管路、器件特性参数的自适应性，可在不同系统上进行复用，也可以在系统管路、器件特性参数变化或不清楚的情况下实现对系统的稳定控制。

可选的，在上述任一实施例的实际应用中，热泵系统中大都使用制冷剂，考虑到制冷剂存在气态、两相、液态三种形态，过热度、过冷度、干度无法单独完全表征制冷剂状态，可将过热度、过冷度、干度合成为一个状态用于表征制冷剂状态。合成方式如下：

s＝T^sh+x*K-T^sc

其中s为合成的状态值，T^sh为过热度，x为干度，T^sc为过冷度，K为比例系数，可近似取为所用制冷剂工作温度附近饱和液体相变潜热与饱和气体比热容的数值比值。对于工作在0～40℃的R134a制冷剂，可取K＝140。之后用制冷剂状态s替代过热度、过冷度及干度作为控制算法中的待调节系统状态参数。实际应用中，制冷剂指的是在主管路中循环，发生相变换热的制冷剂，一般包括R134a，R410a等，载冷剂指的是用于与主管路内制冷剂进行换热的流体，不发生相变，一般如水或者乙二醇。

沿用图2所示示例，采用本发明实施例提供的控制方法对图2所示热泵系统进行仿真验证，整个控制过程共持续45000秒，在整个过程中设定压缩机前制冷剂过热度和冷凝压力的设定目标值保持不变，实验换热器入口压力、实验换热器质量流率、实验换热器入口干度和实验换热器出口干度的设定目标值在9000秒，21000秒和33000秒分别进行一次调节，如实验换热器入口压力目标值从3.15bar逐级增加至4.2bar，通过本发明实施例提供的控制算法控制热泵系统参数。

以压缩机前制冷剂过热度和实验换热器入口压力为例，相应的仿真结果可参见图4和图5所示，其中，虚线表示系统设定目标值，实线表示系统实际状态值。结合图示可以看出，在整个调节过程中，在每次系统状态设定目标值改变后，压缩机前过热度和实验换热器入口压力都会逐渐稳定至设定目标值，与此同时质量流率、实验换热器入口干度、实验换热器出口干度也在此几个时间节点发生变化。而在此过程中，当设定目标值发生改变后，本发明实施例提供的控制方法均可有效将系统实际状态值调节至设定目标值，可有效实现状态参数的同时准确调节，使系统状跟随设定目标值的变化而变化。

下面对本发明实施例提供的热泵系统控制装置进行介绍，下文描述的热泵系统控制装置可以认为是为实现本发明实施例提供的热泵系统控制方法，在中央设备中需设置的功能模块架构；下文描述内容可与上文相互参照。

可选的，参见图6，图6是本发明实施例提供的一种热泵系统控制装置的结构框图，本发明实施例提供的热泵系统控制装置，包括：

获取单元10，用于获取控制参数向量的当前控制值、系统状态向量的当前状态值和系统状态向量的目标状态值；其中，控制参数向量包括热泵系统的多个控制参数，系统状态向量包括热泵系统的多个状态参数；

第一确定单元20，用于确定与当前状态值对应的控制参数计算矩阵；

其中，控制参数计算矩阵基于控制参数向量与系统状态向量之间的对应关系得到；

第二确定单元30，用于根据当前状态值和目标状态值以及控制参数计算矩阵，确定控制参数调节向量；

其中，控制参数调节向量包括控制参数向量中各控制参数的调节值；

控制单元40，用于基于当前控制值和控制参数调节向量调节控制参数向量，以使系统状态向量达到目标状态值。

可选的，控制单元40，用于基于当前控制值和控制参数调节向量调节控制参数向量，以使系统状态向量达到目标状态值时，具体包括：

基于当前控制值和控制参数调节向量，确定控制参数向量的中间控制值；

获取热泵系统按照中间控制值运行并处于稳定状态后，系统状态向量的中间状态值；

若中间状态值与目标状态值的偏差未处于第一预设范围内，基于中间控制值和中间状态值调节控制参数向量，以使系统状态向量达到目标状态值；

若中间状态值与目标状态值的偏差处于第一预设范围内，按照中间控制值控制热泵系统运行。

可选的，控制单元40，用于基于中间控制值和中间状态值调节控制参数向量，以使系统状态向量达到目标状态值时，具体包括：

若中间状态值与当前状态值的偏差处于第二预设范围内，将当前控制值更新为中间控制值，并将当前状态值更新为中间状态值；

返回触发第二确定单元30；

若中间状态值与当前状态值的偏差未处于第二预设范围内，将当前控制值更新为中间控制值，并将当前状态值更新为中间状态值；

返回触发第一确定单元20。

可选的，控制单元40，用于基于当前控制值和控制参数调节向量，确定控制参数向量的中间控制值时，具体包括：

获取预设衰减系数；

计算控制参数调节向量与预设衰减系数的乘积，得到控制参数调节向量的单次调节值；

将当前控制值与单次调节值之和，作为控制参数向量的中间控制值。

可选的，控制单元40，用于计算控制参数调节向量与预设衰减系数的乘积，得到控制参数调节向量的单次调节值时，具体包括：

若控制参数调节向量大于预设调节阈值，按预设比例缩小控制参数调节向量；

计算缩小后的控制参数调节向量与预设衰减系数的乘积，得到控制参数调节向量的单次调节值。

可选的，第一确定单元20，用于确定与当前状态值对应的控制参数计算矩阵时，具体包括：

分别调节控制参数向量中的每一个控制参数的当前控制值；

分别获取调节各控制参数的当前控制值之后，热泵系统处于稳定状态下的系统状态向量的参考状态值；

分别计算各参考状态值与当前状态值之差，得到相应的状态变化值；

将各状态变化值的集合作为状态参数变化矩阵；

计算状态参数变化矩阵的逆矩阵，得到控制参数计算矩阵。

可选的，第一确定单元20，用于获取调节各控制参数的当前控制值之后，热泵系统处于稳定状态下的系统状态向量的参考状态值时，具体包括：

将控制参数向量中的每一个控制参数依次作为目标控制参数；

调节目标控制参数的当前控制值，并按照调节后的当前控制值控制热泵系统运行；

在热泵系统运行第一预设时长后，在第二预设时长内获取系统状态向量的多组状态参考值；

根据各状态参考值确定系统状态拟合函数；

根据系统状态拟合函数确定热泵系统处于稳定状态下的系统状态向量的参考状态值。

可选的，第一确定单元20，用于确定与当前状态值对应的控制参数计算矩阵时，具体包括：

获取热泵系统的多个预设控制参数计算矩阵，其中，每一个预设控制参数计算矩阵对应一个系统状态向量的状态基准值；

分别计算当前状态值与各状态基准值的偏差量；

将偏差量最小且偏差量处于预设偏差范围内的预设控制参数计算矩阵，作为与当前状态值对应的控制参数计算矩阵。

可选的，第二确定单元30，用于根据当前状态值和目标状态值以及控制参数计算矩阵，确定控制参数调节向量，具体包括：

计算目标状态值与当前状态值之差，得到状态参数偏差向量；

计算控制参数计算矩阵与状态参数偏差向量之积，得到控制参数调节向量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的核心思想或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。