三核極速恒壓變頻控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及變頻恒壓無負(fù)壓變頻供水技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三核極速恒壓變頻 控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 一般為達(dá)到恒壓供水控制系統(tǒng)閉環(huán)控制的需求，在硬件上使用配置為PLC與HMI 設(shè)備通過參數(shù)的設(shè)置和PID控制技術(shù)來控制變頻器的頻率輸出，并控制不同栗組的切換達(dá) 到恒壓供水的目的。
[0003] 傳統(tǒng)的過程控制中對(duì)液位高度等參數(shù)控制都采用PID控制，可以說獲得了很好的 效果。在生產(chǎn)過程中，PID控制已經(jīng)成為歷史最悠久、生命力最強(qiáng)的基本方式。此后，隨著計(jì) 算機(jī)和PLC的發(fā)展，計(jì)算機(jī)和PLC與模糊ID控制技術(shù)完美的結(jié)合，可以通過計(jì)算機(jī)控制PLC 產(chǎn)生PID參數(shù)，控制被控對(duì)象以及反饋數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。模糊控制是近十幾年來迅 速發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)，與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及專家控制并稱為智能控制。模糊控制是以模糊集合論、 模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)控制方法，屬于非線性控制方法。
[0004] 模糊邏輯控制（Fuzzy Logic Control)簡稱模糊控制（Fuzzy Control)，是以模糊 集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。1965年，美國的 L. A. Zadeh創(chuàng)立了模糊集合論；1973年他給出了模糊邏輯控制的定義和相關(guān)的定理。1974 年，英國的E. H. Mamdani首先用模糊控制語句組成模糊控制器，并把它應(yīng)用于鍋爐和蒸汽 機(jī)的控制，在實(shí)驗(yàn)室獲得成功。這一開拓性的工作標(biāo)志著模糊控制論的誕生。模糊控制實(shí)質(zhì) 上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的一大特點(diǎn)是既具有系統(tǒng)化的理 論，又有著大量實(shí)際應(yīng)用背景。模糊控制的發(fā)展最初在西方遇到了較大的阻力；然而在東方 尤其是在日本，卻得到了迅速而廣泛的推廣應(yīng)用。近20多年來，模糊控制不論從理論上還 是技術(shù)上都有了長足的進(jìn)步，成為自動(dòng)控制領(lǐng)域中一個(gè)非?；钴S而又碩果累累的分支。其 典型應(yīng)用的例子涉及生產(chǎn)和生活的許多方面，例如在家用電器設(shè)備中有模糊洗衣機(jī)、空調(diào)、 微波爐、吸塵器、照相機(jī)和攝錄機(jī)等；在工業(yè)控制領(lǐng)域中有水凈化處理、發(fā)酵過程、化學(xué)反應(yīng) 釜、水泥窯爐等的模糊控制；在專用系統(tǒng)和其它方面有地鐵靠站停車、汽車駕駛、電梯、自動(dòng) 扶梯、蒸汽引擎以及機(jī)器人的模糊控制等。模糊控制的基本思想是利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)人的 控制經(jīng)驗(yàn)，而這些經(jīng)驗(yàn)多是用語言表達(dá)的具有相當(dāng)模糊性的控制規(guī)則。模糊控制器（Fuzzy Controller，即FC)獲得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特點(diǎn)：
[0005] ?模糊控制是一種基于規(guī)則的控制。它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場操 作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，因 而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡單，便于應(yīng)用。
[0006] ?由工業(yè)過程的定性認(rèn)識(shí)出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對(duì)那些 數(shù)學(xué)模型難以獲取、動(dòng)態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對(duì)象非常適用。
[0007] ?基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，由于出發(fā)點(diǎn)和性能指標(biāo)的不同，容易導(dǎo)致 較大差異；但一個(gè)系統(tǒng)的語言控制規(guī)則卻具有相對(duì)的獨(dú)立性，利用這些控制規(guī)律間的模糊 連接，容易找到折中的選擇，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。
[0008] ?模糊控制算法是基于啟發(fā)性的知識(shí)及語言決策規(guī)則設(shè)計(jì)的，這有利于模擬人工 控制的過程和方法，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。
[0009] ?模糊控制系統(tǒng)，干擾和參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非 線性、時(shí)變及純滯后系統(tǒng)的控制。
[0010] 模糊PID控制工作原理如下：計(jì)算機(jī)根據(jù)參考輸入和反饋信號(hào)，計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速和 理論轉(zhuǎn)速之間的偏差以及當(dāng)前的偏差變化速度，在模糊推理器中借助模糊經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模糊推 理，模糊推理器輸出PID控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，把它們作為當(dāng)前控制器 的參考進(jìn)行PID控制，由于每一次控制時(shí)控制器的參數(shù)都是根據(jù)具體控制情況進(jìn)行實(shí)時(shí)修 正的，因而能夠做到控制作用的最優(yōu)。
[0011]
[0012] e(t):差值。
[0013] 比例：P = Kp :比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信 號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。
[0014] 積分：I = Kp/Tl :在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān) 系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤 差的或簡稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入"積分項(xiàng)"。積分項(xiàng)對(duì)誤差 取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著 時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此， 比例+積分（PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。
[0015] 微分：D = Kp*TD :在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差 的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失 穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay)組件，具有抑制誤差的 作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化"超前"，即 在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入"比例"項(xiàng)往 往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是"微分項(xiàng)"，它能預(yù)測 誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于 零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比 例+微分（PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。
[0016] P、I、D參數(shù)的預(yù)置是相輔相成的，運(yùn)行現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行如下細(xì)調(diào)：被控 物理量在目標(biāo)值附近振蕩，首先加大積分時(shí)間I，如仍有振蕩，可適當(dāng)減小比例增益P。被控 物理量在發(fā)生變化后難以恢復(fù)，首先加大比例增益P，如果恢復(fù)仍較緩慢，可適當(dāng)減小積分 時(shí)間I，還可加大微分時(shí)間D。
[0017] 現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)：
[0018] 1、傳統(tǒng)的模糊PID控制技術(shù)，為通用性閉環(huán)控制技術(shù)，在恒壓變頻供水領(lǐng)域沒有 突出的技術(shù)優(yōu)勢，在控制過程中在功能上有一定的局限性，在本領(lǐng)域中無法達(dá)到節(jié)能優(yōu)化 的目的。
[0019] 2、公式算法比較復(fù)雜，軟件開發(fā)使用大量代碼，增加系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，降低系統(tǒng)的執(zhí)行效 率，開發(fā)使用難度相對(duì)較大，設(shè)計(jì)靈活性差。
[0020] 3、傳統(tǒng)PID參數(shù)設(shè)置調(diào)試難度相對(duì)較大，控制原理繁瑣，不易理解使用，需具備一 定技能水平的專業(yè)人員進(jìn)行調(diào)試，無法適應(yīng)普通用戶的使用。
[0021] 在實(shí)際使用過程中，系統(tǒng)根據(jù)不同的使用環(huán)境或工況，需要設(shè)置不同的運(yùn)行參數(shù) 來達(dá)到恒定供水壓力的目的，滿足用戶生活用水需求。本發(fā)明主要提供一種簡化、方便、高 效的閉環(huán)控制技術(shù)，原理易懂，操作方便?？蓾M足普通用戶的使用，并針對(duì)恒壓變頻供水領(lǐng) 域的技術(shù)運(yùn)用特點(diǎn)進(jìn)行功能優(yōu)化，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能優(yōu)化的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種三核極速恒壓變頻控制 方法。
[0023] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：
[0024] 1、針對(duì)恒壓（無負(fù)壓）變頻控制領(lǐng)域?qū)Ｓ玫目刂萍夹g(shù)，針對(duì)性的解決了系統(tǒng)低頻 運(yùn)行保護(hù)、設(shè)備休眠等系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的問題，達(dá)到節(jié)能減排的目的。
[0025] 2、簡化公式算法，控制原理通俗易懂，方便設(shè)計(jì)者運(yùn)用開發(fā)及普通用戶使用。在滿 足使用要求的前提下，減少了軟件開發(fā)過程中代碼量，及復(fù)雜程度，縮短開發(fā)周期。
[0026] 3、在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可根據(jù)不同現(xiàn)場工況調(diào)整不同參數(shù)及算法結(jié)構(gòu)，結(jié)合AD/DA 轉(zhuǎn)換，過程變量數(shù)據(jù)處理等，滿足實(shí)際使用需求，提高開發(fā)靈活性，和運(yùn)行可靠性。
[0027] 4、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分采用三核處理，核心之間采用集成化串口數(shù)據(jù)交換，在系統(tǒng) 運(yùn)行過程中，各核心獨(dú)立處理相關(guān)功能及數(shù)據(jù)運(yùn)算，多任務(wù)根據(jù)功能類型不同合理分配，同 步進(jìn)彳丁，提尚整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)彳丁效率。
[0028] 5、采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，減少占用空間，降低產(chǎn)品成本。
[0029] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的。這種三核極速恒壓變頻控 制方法，在控制輸出過程中，系統(tǒng)的輸入?yún)⒖贾礛與實(shí)際值Kn，通過計(jì)算公式:A = N(M-Kn) +F(Kn-Kn-I) -Cu*u與Pout = Pout+A計(jì)算后輸出頻率控制信號(hào)Pout給變頻器，變 頻器輸出相應(yīng)頻率Hz ;使被控對(duì)象（栗）輸出相應(yīng)轉(zhuǎn)速為管網(wǎng)增壓，壓力通過傳感器檢測 反饋信號(hào)，再次得到新的實(shí)際反饋值Kn，原Kn值則變?yōu)镵n-I ;其中，
[0030] A:數(shù)字量頻率輸出值變化系數(shù)；
[0031] N :實(shí)際差值比例系數(shù)（給定值）；
[0032] M :設(shè)定目標(biāo)值；
[0033] Kn :當(dāng)前實(shí)際值（η :第η個(gè)周期）；
[0034] F:過程量差值比例系數(shù)（給定值）；
[0035] Cu :節(jié)能比例優(yōu)化系數(shù)（給定值）；
[0036] U :節(jié)能優(yōu)化值；
[0037] Pout:數(shù)字量頻率實(shí)際輸出值。
[003