專利名稱：螺桿制冷壓縮機(jī)能量的模糊控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種螺桿制冷壓縮機(jī)能量的模糊控制方法，屬于制冷自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前螺桿制冷壓縮機(jī)在制冷空調(diào)行業(yè)得到了廣泛的運(yùn)用，在以水作為傳熱媒體的中央空調(diào)系統(tǒng)中，常以機(jī)組回水或出水溫度來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)能量，螺桿制冷壓縮機(jī)能量有級(jí)調(diào)節(jié)通常按0％、25％、50％、75％、100％分級(jí)。
1、目前常用一種簡(jiǎn)單的一維模糊控制方法，即用測(cè)量溫度與設(shè)定溫度的偏差作為模糊控制器的輸入量E，以制冷為例，其模糊控制表如下

表中U＝0表示能量維持不變，U＝+1表示能量增加一級(jí)，U＝-1表示能量減少一級(jí)。
空調(diào)系統(tǒng)是個(gè)慢時(shí)變的過(guò)程，為避免壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)的快速擾動(dòng)，其溫度的采樣周期常取1～2Min。該控制方法簡(jiǎn)單，但沒(méi)有考慮溫度變化的速率，采樣周期難以精確確定，對(duì)于小負(fù)荷系統(tǒng)控制動(dòng)作常常延遲。
2、另一種簡(jiǎn)單的控制方法，以溫度的偏差直接對(duì)應(yīng)不同和能量級(jí)數(shù)，以制冷為例，如下

該控制方法控制目標(biāo)浮動(dòng)，在熱負(fù)荷變化時(shí)難以最終將水溫控制在設(shè)定溫度。

發(fā)明內(nèi)容
以上溫差控制方法，就是當(dāng)檢測(cè)的溫度與設(shè)定的溫度之差大于某一數(shù)值(如2℃)時(shí)，啟動(dòng)壓縮機(jī)；當(dāng)?shù)陀谀骋粋€(gè)數(shù)值(如-2℃)時(shí)，壓縮機(jī)停止。這種控制方法不能達(dá)到制冷機(jī)的出力和負(fù)荷匹配。要么溫度高，要么溫度低；并且壓縮機(jī)會(huì)頻繁啟動(dòng)、停止，縮減壓縮機(jī)的使用壽命。
也可以用PID控制器進(jìn)行控制；但用PID控制器進(jìn)行控制時(shí)，要想達(dá)到最優(yōu)控制效果，其參數(shù)是隨對(duì)象的不同而改變的。應(yīng)用固定參數(shù)，其控制效果要么過(guò)調(diào)量太大，要么達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，有些甚至?xí)l(fā)散。
考慮到下次采樣周期中檢測(cè)的溫度值顯然與本次采樣周期中檢測(cè)到的溫度值有關(guān)，也與溫度變化率有關(guān)，有可能利用這些數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)下次采樣周期中檢測(cè)到的溫度的可能值。
本發(fā)明提供的螺桿制冷壓縮機(jī)能量的模糊控制方法，通過(guò)檢測(cè)溫度及溫度變化率，不僅可以知道目前的溫度是否達(dá)到要求，而且還知道下一時(shí)刻溫度會(huì)升高還是會(huì)降低，從而提前進(jìn)行能量的調(diào)控，迅速達(dá)到設(shè)定的要求。這是普通模糊控制器比傳統(tǒng)控制(溫差控制、PID控制)優(yōu)越的地方。但如果將溫差和溫度變化率直接輸入模糊控制器，則模糊控制器的知識(shí)庫(kù)會(huì)很大。如果將溫差分5級(jí)，溫度變化率分5級(jí)，知識(shí)庫(kù)是二維的，就是5×5＝25級(jí)；如果控制精度要求更高的話，知識(shí)庫(kù)將會(huì)更大。
本發(fā)明通過(guò)計(jì)算，將溫度變化率轉(zhuǎn)化成為對(duì)溫差的修正，通過(guò)一維的模糊控制器知識(shí)庫(kù)就可以對(duì)螺桿制冷壓縮機(jī)能量提前進(jìn)行調(diào)控，最終實(shí)現(xiàn)隨熱負(fù)荷的變化對(duì)傳熱媒體(水)溫度進(jìn)行精確快速控制的目的。在下例中一個(gè)9×9＝81的知識(shí)庫(kù)，只用一個(gè)9級(jí)的一維模糊表就可以完成。這不僅可以大幅度較少程序量、減少需要硬件的存儲(chǔ)空間，還提高了運(yùn)算速度。
中央空調(diào)系統(tǒng)中的熱負(fù)荷，即空調(diào)房間和末端水系統(tǒng)，可作為一階慣性環(huán)節(jié)看待G(s)=KTS+1]]>K比例常數(shù)T時(shí)間常數(shù)對(duì)于不同的空調(diào)系統(tǒng)，參數(shù)K、T會(huì)有所不同，普通的PID控制需要根據(jù)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)特性確定PID參數(shù)，因此PID控制難以適應(yīng)不同的空調(diào)系統(tǒng)。
在穩(wěn)定運(yùn)行情況下，熱負(fù)荷與空調(diào)主機(jī)出力的匹配程度可以通過(guò)穩(wěn)態(tài)溫差e(測(cè)量溫度與設(shè)定溫度的偏差)表現(xiàn)出來(lái)。
在以下這個(gè)將溫差分成9級(jí)、不考慮溫度變化率的例子中，其制冷運(yùn)行時(shí)的簡(jiǎn)單一維模糊控制量化表為

其制熱運(yùn)行時(shí)的簡(jiǎn)單一維模糊控制量化表為

表中正數(shù)表示能量增加相應(yīng)級(jí)數(shù)，負(fù)數(shù)表示能量減少相應(yīng)級(jí)數(shù)，0％表示能量維持不變。
實(shí)際運(yùn)行中主機(jī)的熱負(fù)荷是動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，即時(shí)間常數(shù)和比例常數(shù)是變化的，如簡(jiǎn)單地直接套用以上模糊表控制，則系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)振蕩、不穩(wěn)定。如將偏差e和偏差變化率ec共同組成模糊控制規(guī)則表，則所需存貯的數(shù)據(jù)量偏大，控制程序也將變得更為復(fù)雜。對(duì)于將溫差分成9級(jí)、溫度變化率分9級(jí)的情況，知識(shí)庫(kù)將是9×9＝81的二維知識(shí)庫(kù)。
本發(fā)明采用了一種預(yù)測(cè)下次測(cè)量溫度的簡(jiǎn)單模糊控制方法，較好地、簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)了這一控制要求。
將控制水溫隨時(shí)間的變化函數(shù)用泰勒級(jí)數(shù)表達(dá)為(舍去二階高階小量)
T(t+Δt)=T(t)+dT(t)dtΔt]]>Δt采樣周期T(t+Δt)下次測(cè)量預(yù)測(cè)溫度T(t)當(dāng)前水溫dT(t)dtΔt:]]>溫度變化函數(shù)將上式向前差分可變形為T(mén)(t+Δt)＝T(t)+[T(t)-T(t-Δt)]式中T(t-Δt)前一次的測(cè)量溫度即下次采樣周期的預(yù)測(cè)溫度，就是當(dāng)前測(cè)量溫度加上前一次采樣周期溫度的變化數(shù)。這樣再用下一次采樣周期的預(yù)測(cè)溫度與設(shè)定溫度的差值作為模糊控制的輸入量，應(yīng)用以上的模糊控制表進(jìn)行控制。由于充分考慮到了溫度變化快慢的因素，對(duì)壓縮機(jī)的能量進(jìn)行預(yù)測(cè)性調(diào)節(jié)控制，不僅簡(jiǎn)化了模糊控制規(guī)則表，還使控制效果更趨于理想。
根據(jù)系統(tǒng)大小、運(yùn)行環(huán)境參數(shù)、工藝要求參數(shù)、系統(tǒng)響應(yīng)速度等不同條件，并考慮到避免壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)的頻繁動(dòng)作，采樣周期可以設(shè)定為數(shù)十秒或數(shù)分鐘，例如可以是10秒、30秒、45秒、60秒、80秒、100秒、120秒、150秒、180秒等。
每到一個(gè)采樣周期模糊控制器作出一個(gè)調(diào)節(jié)輸出，即增加或減少相應(yīng)的能量級(jí)，能量增加時(shí)如當(dāng)前能量已處于100％狀態(tài)則維持不變，能量減少時(shí)如當(dāng)前能量已處于0％狀態(tài)壓縮機(jī)停機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明提供的螺桿制冷壓縮機(jī)能量的模糊控制方法，由于考慮到了溫度變化的速率，預(yù)測(cè)下次測(cè)量溫度的變化趨勢(shì)提前做出控制，用一維模糊控制表實(shí)現(xiàn)了兩維的模糊控制功能，最終實(shí)現(xiàn)隨熱負(fù)荷的變化對(duì)傳熱媒體(水)溫度精確快速控制的目的。穩(wěn)態(tài)控制誤差和程序跟蹤誤差小，對(duì)過(guò)程動(dòng)態(tài)特性變化的適應(yīng)能力強(qiáng)。
本發(fā)明提供的這種技術(shù)可廣泛應(yīng)用在螺桿式壓縮機(jī)的風(fēng)冷單冷、熱泵及水冷單冷機(jī)組對(duì)制冷(熱)量的控制。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
附圖是一種采用半封閉螺桿制冷壓縮機(jī)生產(chǎn)制造的風(fēng)冷單冷、熱泵及水冷單冷機(jī)組使用的預(yù)測(cè)溫度模糊控制工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1、一種采用半封閉螺桿制冷壓縮機(jī)生產(chǎn)制造的水冷單冷機(jī)組，以機(jī)組回水或出水溫度來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)能量，采用西門(mén)子S7-200可編程控制器，使用的預(yù)測(cè)溫度模糊控制工作流程圖如附圖所示?？刂屏鞒陶f(shuō)明如下機(jī)組得到運(yùn)行指令后，判斷壓縮機(jī)啟動(dòng)條件；如條件滿足，壓縮機(jī)以25％能量狀態(tài)啟動(dòng)運(yùn)行30秒；第一個(gè)采樣周期以實(shí)際測(cè)量溫度作為模糊控制的輸入量進(jìn)行判斷，隨后開(kāi)始計(jì)算預(yù)測(cè)溫度；根據(jù)每一個(gè)采樣周期計(jì)算的預(yù)測(cè)溫度與設(shè)定溫度的差值作為模糊控制的輸入量。
這里考慮到系統(tǒng)響應(yīng)的速度并避免壓縮機(jī)能量調(diào)節(jié)的頻繁動(dòng)作，采樣周期設(shè)定為30秒。
每到一個(gè)采樣周期模糊控制器作出一個(gè)調(diào)節(jié)輸出，即增加或減少相應(yīng)的能量級(jí)，增加時(shí)如當(dāng)前能量已處于100％狀態(tài)則維持不變，能量減少到0％時(shí)壓縮機(jī)立即停機(jī)。
另外螺桿制冷壓縮機(jī)25％能量狀態(tài)不能長(zhǎng)期運(yùn)行，故實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需要增加25％能量狀態(tài)限時(shí)控制，超過(guò)規(guī)定時(shí)間即作出停機(jī)處理；停機(jī)后重復(fù)進(jìn)行啟動(dòng)條件判斷。
控制系統(tǒng)的許多其他輔助功能如除霜控制，故障保護(hù)控制等均應(yīng)與此協(xié)同一致工作。
實(shí)施例2、同實(shí)施例1相同，但半封閉螺桿制冷壓縮機(jī)用于生產(chǎn)制造的是風(fēng)冷單冷、熱泵機(jī)組。
權(quán)利要求
1.一種螺桿制冷壓縮機(jī)能量的模糊控制方法，螺桿制冷壓縮機(jī)以水作為傳熱媒體，以機(jī)組回水或出水溫度調(diào)節(jié)壓縮機(jī)能量，其特征在于以下次采樣周期的預(yù)測(cè)溫度與設(shè)定溫度的差值作為模糊控制的輸入量，每個(gè)采樣周期模糊控制器作出一個(gè)調(diào)節(jié)輸出，增加或減少壓縮機(jī)的能量級(jí)，能量增加時(shí)如當(dāng)前能量已處于100％狀態(tài)則維持不變，能量減少時(shí)如當(dāng)前能量已處于0％狀態(tài)壓縮機(jī)停機(jī)；這里的下次采樣周期的預(yù)測(cè)溫度，就是當(dāng)前測(cè)量溫度加上前一次采樣周期溫度的變化數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺桿制冷壓縮機(jī)能量的模糊控制方法，其特征在于所述的采樣周期為10～180秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的螺桿制冷壓縮機(jī)能量的模糊控制方法，其特征在于所述的螺桿制冷壓縮機(jī)能量的有級(jí)調(diào)節(jié)按0％、25％、50％、75％、100％分級(jí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺桿制冷壓縮機(jī)能量的模糊控制方法，其特征在于所述的下次采樣周期的預(yù)測(cè)溫度與設(shè)定溫度的差值分成9級(jí)，制冷運(yùn)行時(shí)的模糊控制量化表為
制熱運(yùn)行時(shí)的模糊控制量化表為
表中正數(shù)表示能量增加相應(yīng)級(jí)數(shù)，負(fù)數(shù)表示能量減少相應(yīng)級(jí)數(shù)，0％表示能量維持不變。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺桿制冷壓縮機(jī)能量的模糊控制方法，其特征在于所述的采樣周期為30秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的螺桿制冷壓縮機(jī)能量的模糊控制方法，其特征在于所述的采樣周期為30秒。
全文摘要
一種螺桿制冷壓縮機(jī)能量的模糊控制方法，壓縮機(jī)能量的調(diào)節(jié)是根據(jù)機(jī)組回水或出水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的。由于考慮到溫度變化的速率，通過(guò)預(yù)測(cè)下次測(cè)量溫度的變化趨勢(shì)提前做出控制，只用一維模糊控制表即可實(shí)現(xiàn)隨熱負(fù)荷的變化對(duì)傳熱媒體(水)溫度精確快速控制的目的。本發(fā)明提供的這種技術(shù)可廣泛應(yīng)用在螺桿式壓縮機(jī)的風(fēng)冷單冷、熱泵及水冷單冷機(jī)組對(duì)制冷(熱)量的控制。
文檔編號(hào)F25B49/02GK1534259SQ0311608
公開(kāi)日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2003年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者朱平, 仲華, 朱 平 申請(qǐng)人:上海百富勤空調(diào)設(shè)備有限公司