小型热泵中央空调系统广泛用于小型建筑的供热和供冷。该系统热泵多采用开关控制,控制效果差,而且机组启停频繁易导致压缩机的磨损和老化。本文以启停式小型热泵中央空调系统为研究对象,采用模拟与实验相结合的方法,对其优化控制进行研究。本文针对启停式热泵空调系统提出了一种室内温度的简化双线性控制,该控制算法适用于送风温度波动幅度较大且较为频繁的室内温度控制。搭建了模拟与实验平台,模拟验证和实验验证均表明,该简化双线性控制能够有效地提高室内温度控制的鲁棒性,比传统的PI控制具有更强的抗干扰能力和更精确的温度设定值追踪能力。本文进一步提出了将双线性控制技术与温度设定值重设技术相结合的控制方法以减少热泵机组的启停频率。当热泵机组启动时,采用较小的室内温度设定值；当机组停机时,采用较大的室内温度设定值。在整个控制过程中,采用双线型控制对室内温度设定值进行追踪。模拟结果表明该组合控制方式能够有效的减少热泵机组的启停频次,同时确保室内的热舒适性。本文同时研究了该组合控制方式在相变墙体房间中的控制效果。通过相变墙体提高室内的蓄热／蓄冷能力,进而加强室内温度设定值重设技术的作用效果。研究结果表明,相变墙体不仅能够有效地减小室内温度的波动范围,提高室内温度的控制精度,还能够明显地减少热泵机组的启停频率,对该组合控制方法的控制性能具有显著地加强效果。针对低负荷条件下室内温度失控的问题,本文提出了设置缓冲水箱空调系统的冷冻水回水温度设定值在线优化方法。该优化方法很好地利用了风系统和水系统之间的能量传递和守恒关系,根据房间实时负荷,在线优化冷冻水回水温度设定值,同时充分利用水箱减少热泵机组的启停频率。模拟研究表明,该方法在低负荷条件下能显著地提高室内温度控制的鲁棒性和精确度,同时缓冲水箱能有效地确保热泵机组的启停频次。本文最后提出了以减少启停式小型热泵中央空调系统总运行能耗为目标的节能优化控制方法。该方法以用户设定的热泵机组允许的每小时最大启停次数和冷冻水回水温度允许的变化范围作为约束条件,对系统的相关设定值进行在线优化以获取最佳节能运行效果。该系统水箱以基于用户设定的热泵机组每小时允许的最大启停次数进行优化设计。模拟研究结果表明,该优化控制方法既能确保热泵机组允许的每小时最大启停次数,又能有效地减少系统的总能耗,同时显著地提高室内温度控制的鲁棒性和精确性。