（一）技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及換熱控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自適應(yīng)換熱控制算法。

（二）

背景技術(shù)：

目前，在工業(yè)生產(chǎn)中，利用蒸汽或液體對(duì)介質(zhì)加熱是很常見的做法，通常的做法有兩種：單回路控制方法和串級(jí)回路控制方法。一般的單回路控制方法是高溫蒸汽或液體通過換熱器對(duì)待加熱介質(zhì)進(jìn)行加熱完成換熱過程。

如圖1所示，在單回路控制方法的控制過程中，需要對(duì)待加熱介質(zhì)加熱后的溫度進(jìn)行監(jiān)控，為了維持介質(zhì)溫度的平穩(wěn)，需要對(duì)待加熱介質(zhì)的流入量和蒸汽或液體流量進(jìn)行負(fù)反饋控制；單回路控制方法的優(yōu)點(diǎn)在于由兩個(gè)負(fù)反饋控制回路和一個(gè)監(jiān)視回路組成，易于理解和操作實(shí)施。最終可以使輸出工藝介質(zhì)溫度滿足要求，但是由于蒸汽的給定量是根據(jù)工藝介質(zhì)的出口溫度手動(dòng)給定調(diào)整，受操作工程師的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰χ萍s比較大；調(diào)節(jié)時(shí)滯后時(shí)間長。

如圖2所示，在串級(jí)回路控制方法的控制過程中，將高溫工藝介質(zhì)（hp）的溫度ti210作為主回路，蒸汽調(diào)節(jié)回路fc101作為從回路，根據(jù)hp的溫度ti210隨動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽的給定量。該方案實(shí)現(xiàn)了整個(gè)換熱系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，根據(jù)高溫工藝介質(zhì)（hp）的溫度自動(dòng)調(diào)整蒸汽的給定設(shè)定值。串級(jí)回路控制方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了hp的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)操作工程師的能力要求降低，帶溫壓補(bǔ)償?shù)恼羝髁靠梢越档蜏y(cè)量值的誤差。缺點(diǎn)是蒸汽給定的設(shè)定值是根據(jù)hp的溫度“負(fù)反饋”調(diào)整而來，其整定設(shè)定值具有滯后性，調(diào)整蒸汽給定的設(shè)定值時(shí)，“溫度偏離的事件”已經(jīng)發(fā)生，實(shí)際上是對(duì)“溫度偏離的事件”進(jìn)行“亡羊補(bǔ)牢”。

（三）

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種自適應(yīng)換熱控制算法。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種自適應(yīng)換熱控制算法，其特征在于：包括以下步驟：

s1：測(cè)定待換熱物料入口溫度（ti201），待換熱物料出口溫度（ti210），待換熱物料實(shí)時(shí)流量（fi201），換熱介質(zhì)的溫度和壓力補(bǔ)償量（fc101）；

s2：將上述測(cè)量值作為輸入值，輸入常數(shù)生成模塊（fy201ad），經(jīng)過線性擬合得到當(dāng)前待換熱物料質(zhì)量與換熱介質(zhì)的投入質(zhì)量之間的比值k和熱量損耗b；

s3：測(cè)定當(dāng)前待換熱物料流量值（fi201），以當(dāng)前待換熱物料流量值（fi201）、待換熱物料目標(biāo)溫度設(shè)定值（ti210sp）、k和b的值作為輸入值，輸入比值控制計(jì)算模塊（fy201mul），經(jīng)計(jì)算實(shí)時(shí)計(jì)算出換熱介質(zhì)的流量設(shè)定值，根據(jù)換熱介質(zhì)的流量設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

其中，常數(shù)生成模塊（fy201ad）為線性擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊；在待換熱物料目標(biāo)溫度設(shè)定值（ti210sp）不變的情況下，換熱介質(zhì)和換熱物料看做是一次函數(shù)關(guān)系：

fst=k*(to-ti)fp+b,其中：

fst換熱介質(zhì)流量；

to待換熱物料出口溫度（ti210）；

ti待換熱物料入口溫度（ti201）；

fp待換熱物料流量。

進(jìn)一步，一次k和b的值的計(jì)算方法如下：

擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊內(nèi)部是一個(gè)二元一次方程組：

y1=k*(x1-x0)*fp+b,y2=k*(x2-x0)*fp+b；

其中（x1，y1）對(duì)應(yīng)某一時(shí)段的（待換熱物料出口溫度，換熱介質(zhì)實(shí)時(shí)流量）；

（x2，y2）對(duì)應(yīng)另一時(shí)段的（待換熱物料出口溫度，換熱介質(zhì)實(shí)時(shí)流量）；

x0待換熱物料入口溫度（ti201）；

fp對(duì)應(yīng)待換熱物料實(shí)時(shí)流量；

代入后經(jīng)計(jì)算得打k和b的值。

進(jìn)一步，k和b的值的動(dòng)態(tài)計(jì)算方法如下：擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊內(nèi)部是一個(gè)二元一次方程組：y1=k*(x1-x0)*fp+b,y2=k*(x2-x0)*fp+b；

根據(jù)工藝技術(shù)要求，定義出可以允許的待換熱物料出口溫度偏差，即擬合度re；同時(shí)根據(jù)定義每次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊的最小工作時(shí)間間隔t；

換熱系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，（x1，y1）是上一次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊計(jì)算輸出之前的（待換熱物料出口溫度，換熱介質(zhì)實(shí)時(shí)流量）；距離上一次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊計(jì)算輸出大于t時(shí)間后，或者當(dāng)前線性函數(shù)的擬合度r>re，將當(dāng)前的（待換熱物料出口溫度，換熱介質(zhì)實(shí)時(shí)流量）記錄到（x2，y2）中，定時(shí)器時(shí)間t清零，根據(jù)（x1，y1）和（x2，y2）計(jì)算出k，b的值；下次等到時(shí)間大于t時(shí)間后，或者擬合度r>re，開始下一次擬合函數(shù)生成計(jì)算，以此類推。

擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊內(nèi)部是一個(gè)二元一次方程組：y1=k*(x1-x0)*fp+b,y2=k*(x2-x0)*fp+b；根據(jù)工藝技術(shù)要求，定義出可以允許的待換熱物料出口溫度偏差，即擬合度re；同時(shí)根據(jù)定義每次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊的最大偏離溫度c；換熱系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，（x1，y1）是上一次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊計(jì)算輸出之前的（待換熱物料出口溫度，換熱介質(zhì)實(shí)時(shí)流量）；當(dāng)實(shí)際測(cè)量溫度于上一次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊計(jì)算輸出大于最大偏離溫度c后，將當(dāng)前的（待換熱物料出口溫度，換熱介質(zhì)實(shí)時(shí)流量）記錄到（x2，y2）中，根據(jù)（x1，y1）和（x2，y2）計(jì)算出k，b的值；當(dāng)實(shí)際測(cè)量溫度于上一次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊計(jì)算輸出大于最大偏離溫度c，開始下一次擬合函數(shù)生成計(jì)算，以此類推。

上述計(jì)算出來的k，b的值已經(jīng)涵蓋了換熱介質(zhì)測(cè)量誤差，作為比值控制計(jì)算模塊（fy201mul）的參數(shù)輸入。

其中，比值控制計(jì)算模塊（fy201mul）輸出換熱介質(zhì)流量設(shè)定值，其計(jì)算公式為：y=k*(tsp–t0)*fp+b；此公式中各因子代表的意義如下，其中，

tsp：待換熱物料目標(biāo)溫度設(shè)定值（ti210sp）；

fp：當(dāng)前待換熱物料流量值（fi201）；

t0：待換熱物料入口溫度（ti201）；

實(shí)時(shí)換熱介質(zhì)流量設(shè)定值輸入待換熱物料流量控制模塊和換熱介質(zhì)流量控制模塊；所述待換熱物料流量控制模塊用于控制待換熱物料管路上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述換熱介質(zhì)流量控制模塊用于控制換熱介質(zhì)管路上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

更優(yōu)的，還包括s4換熱系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)：選擇換熱面積為額定換熱面積2~2.5倍的換熱器，根據(jù)換熱系統(tǒng)的實(shí)時(shí)負(fù)荷，自動(dòng)通過控制換熱器內(nèi)換熱介質(zhì)的液位，調(diào)節(jié)換熱器的有效換熱面積，待換熱物料的實(shí)時(shí)流量同換熱器內(nèi)換熱介質(zhì)的液位形成反向或正向調(diào)節(jié)。

自適應(yīng)換熱控制算法應(yīng)用于加熱換熱體系，冷卻換熱體系；其中加熱換熱體系的換熱介質(zhì)包括蒸汽換熱介質(zhì)，液體換熱介質(zhì)。

本發(fā)明的有益效果是：

1）本發(fā)明采用常數(shù)生成模塊進(jìn)行線性擬合，然后采用比值控制計(jì)算模塊得到換熱介質(zhì)流量設(shè)定值，對(duì)換熱調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；

2）比值控制算法無需要知道換熱效率和固定熱損耗，其相關(guān)參數(shù)使用自動(dòng)擬合法自動(dòng)生成；

3）參數(shù)自動(dòng)修正，在規(guī)定的條件下，自動(dòng)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修正和微調(diào)；

4）除了控制目標(biāo)設(shè)定值和誤差范圍值以外，自動(dòng)計(jì)算其他所需要的參數(shù)，降低開車時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)和難度。

（四）附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

圖1為單回路控制方法的示意圖；

圖2為串級(jí)回路控制方法的示意圖；

圖3為本發(fā)明控制方法的示意圖。

圖4為本發(fā)明常數(shù)生成模塊線性擬合圖。

（五）具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

包括以下步驟：

s1：測(cè)定待換熱物料入口溫度（ti201），待換熱物料出口溫度（ti210），待換熱物料實(shí)時(shí)流量（fi201），換熱介質(zhì)的溫度和壓力補(bǔ)償量（fc101）；

s2：將上述測(cè)量值作為輸入值，輸入常數(shù)生成模塊（fy201ad），經(jīng)過線性擬合得到當(dāng)前待換熱物料質(zhì)量與換熱介質(zhì)的投入質(zhì)量之間的比值k和熱量損耗b；

其中，常數(shù)生成模塊（fy201ad）為線性擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊；在待換熱物料目標(biāo)溫度設(shè)定值（ti210sp）不變的情況下，換熱介質(zhì)和換熱物料看做是一次函數(shù)關(guān)系：

fst=k*(to-ti)fp+b,其中：

fst：換熱介質(zhì)流量；

to：待換熱物料出口溫度（ti210）；

ti：待換熱物料入口溫度（ti201）；

fp：待換熱物料流量。

k和b的值的計(jì)算方法如下：

擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊內(nèi)部是一個(gè)二元一次方程組：y1=k*(x1-x0)*fp+b,y2=k*(x2-x0)*fp+b；

其中（x1，y1）對(duì)應(yīng)某一時(shí)段的（待換熱物料出口溫度，換熱介質(zhì)實(shí)時(shí)流量）；

（x2，y2）對(duì)應(yīng)另一時(shí)段的（待換熱物料出口溫度，換熱介質(zhì)實(shí)時(shí)流量）；

x0待換熱物料入口溫度（ti201）；

fp對(duì)應(yīng)待換熱物料實(shí)時(shí)流量；

代入后經(jīng)計(jì)算得到k和b的值。

k和b的值的動(dòng)態(tài)計(jì)算方法如下：擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊內(nèi)部是一個(gè)二元一次方程組：y1=k*(x1-x0)*fp+b,y2=k*(x2-x0)*fp+b；

根據(jù)工藝技術(shù)要求，定義出可以允許的待換熱物料出口溫度偏差，即擬合度re；同時(shí)根據(jù)定義每次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊的最小工作時(shí)間間隔t；

換熱系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，（x1，y1）是上一次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊計(jì)算輸出之前的（待換熱物料出口溫度，換熱介質(zhì)實(shí)時(shí)流量）；距離上一次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊計(jì)算輸出大于t時(shí)間后，或者當(dāng)前線性函數(shù)的擬合度r>re，將當(dāng)前的（待換熱物料出口溫度，換熱介質(zhì)實(shí)時(shí)流量）記錄到（x2，y2）中，定時(shí)器時(shí)間t清零，根據(jù)（x1，y1）和（x2，y2）計(jì)算出k，b的值；然后使（x1，y1）=（x2，y2）下次等到時(shí)間大于t時(shí)間后，或者擬合度r>re，開始下一次擬合函數(shù)生成計(jì)算，以此類推。

擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊內(nèi)部是一個(gè)二元一次方程組：y1=k*(x1-x0)*fp+b,y2=k*(x2-x0)*fp+b；根據(jù)工藝技術(shù)要求，定義出可以允許的待換熱物料出口溫度偏差，即擬合度re；同時(shí)根據(jù)定義每次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊的最大偏離溫度c；換熱系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，（x1，y1）是上一次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊計(jì)算輸出之前的（待換熱物料出口溫度，換熱介質(zhì)實(shí)時(shí)流量）；當(dāng)實(shí)際測(cè)量溫度于上一次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊計(jì)算輸出大于最大偏離溫度c后，將當(dāng)前的（待換熱物料出口溫度，換熱介質(zhì)實(shí)時(shí)流量）記錄到（x2，y2）中，根據(jù)（x1，y1）和（x2，y2）計(jì)算出k，b的值；當(dāng)實(shí)際測(cè)量溫度于上一次擬合函數(shù)生成計(jì)算模塊計(jì)算輸出大于最大偏離溫度c，開始下一次擬合函數(shù)生成計(jì)算，以此類推。

s3：測(cè)定當(dāng)前待換熱物料流量值（fi201），以當(dāng)前待換熱物料流量值（fi201）、待換熱物料目標(biāo)溫度設(shè)定值（ti210sp）、k和b的值作為輸入值，輸入比值控制計(jì)算模塊（fy201mul），經(jīng)計(jì)算實(shí)時(shí)計(jì)算出換熱介質(zhì)的流量設(shè)定值，根據(jù)換熱介質(zhì)的流量設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

其中，比值控制計(jì)算模塊（fy201mul）輸出換熱介質(zhì)流量設(shè)定值，其計(jì)算公式為：y=k*(tsp–t0)*fp+b；此公式中各因子代表的意義如下，其中，

tsp：待換熱物料目標(biāo)溫度設(shè)定值（ti210sp）；

fp：當(dāng)前待換熱物料流量值（fi201）；

t0：待換熱物料入口溫度（ti201）；

實(shí)時(shí)換熱介質(zhì)流量設(shè)定值輸入待換熱物料流量控制模塊和換熱介質(zhì)流量控制模塊；所述待換熱物料流量控制模塊用于控制待換熱物料管路上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述換熱介質(zhì)流量控制模塊用于控制換熱介質(zhì)管路上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

實(shí)施例2

采用實(shí)施例1的控制方法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱系統(tǒng)換熱面積和負(fù)荷的調(diào)節(jié)：

s4換熱系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)：選擇換熱面積為額定換熱面積2~2.5倍的換熱器，根據(jù)換熱系統(tǒng)的實(shí)時(shí)負(fù)荷，自動(dòng)通過控制換熱器內(nèi)換熱介質(zhì)的液位，調(diào)節(jié)換熱器的有效換熱面積，待換熱物料的實(shí)時(shí)流量同換熱器內(nèi)換熱介質(zhì)的液位形成反向或正向調(diào)節(jié)。

在選擇換熱器時(shí)，對(duì)換熱面積有針對(duì)性的擴(kuò)大2~2.5倍，立式安裝，設(shè)置一個(gè)液位控制回路lc110，作為fc201的副環(huán)回路，成為一個(gè)串級(jí)控制回路，形成換熱系統(tǒng)額定負(fù)荷控制回路，根據(jù)換熱系統(tǒng)的實(shí)時(shí)負(fù)荷，自動(dòng)通過控制換熱器內(nèi)換熱介質(zhì)的液位，調(diào)節(jié)換熱器的有效換熱面積。當(dāng)換熱介質(zhì)為蒸汽時(shí)，即待換熱物料的實(shí)時(shí)流量同換熱器內(nèi)液位調(diào)節(jié)回路形成串級(jí)調(diào)節(jié)，流量增大，液位降低，流量減小，液位升高，當(dāng)換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油等液相物質(zhì)時(shí)，即待換熱物料的實(shí)時(shí)流量同換熱器內(nèi)液位調(diào)節(jié)回路形成串級(jí)調(diào)節(jié)，流量增大，液位升高，流量減小，液位降低，使整個(gè)換熱系統(tǒng)能夠在更寬的負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。

實(shí)施例3

針對(duì)實(shí)施例1中常數(shù)生成模塊中線性擬合時(shí)方法如下：

如圖4所示，c（ab）為在飽和蒸汽換熱系統(tǒng)負(fù)荷穩(wěn)定的情況下，實(shí)際蒸汽流量測(cè)量值同換熱介質(zhì)溫度的對(duì)應(yīng)曲線，實(shí)際存在，但不可測(cè)；l（oa）、l（0b）、l(bd)、l(df)為通過測(cè)量手段，計(jì)算出的蒸汽流量測(cè)量值同換熱介質(zhì)溫度的對(duì)應(yīng)擬合函數(shù)關(guān)系，存在擬合誤差，或者說擬合度r。工藝要求的允許溫度偏差定義為允許擬合誤差re，或者可接受擬合誤差。

第一次擬合：

將待加熱物質(zhì)對(duì)水的相對(duì)比熱值作為初始比例系數(shù)，假設(shè)熱損失為零，即k0=待加熱物質(zhì)比熱/水的比熱，b0=0。送到比值計(jì)算模塊中，得到函數(shù)fst=k0*(tsp-ti)fp。按照該一次函數(shù)，要想將待加熱物質(zhì)加熱到tsp的溫度，需要f1的蒸汽得到一個(gè)計(jì)算出來的點(diǎn)a(f1，tsp)。

但是，事實(shí)上該換熱系統(tǒng)將待加熱物質(zhì)的溫度加熱到了t1，由此我們事實(shí)上存在的一個(gè)點(diǎn)b(f1，t1)。由此找到線性函數(shù)l(ob)。此時(shí)k1=t1/f1，b1=0。將此時(shí)的k，b的值送到比值計(jì)算模塊中，得到函數(shù)fst=k1*(tsp-ti)fp。按照該一次函數(shù)，要想將待加熱物質(zhì)加熱到tsp的溫度，需要f2的蒸汽得到一個(gè)計(jì)算出來的點(diǎn)c(f2，tsp)。在待加熱介質(zhì)流量穩(wěn)定的情況下，按照f2的流量給入蒸汽，事實(shí)上會(huì)的到t2的溫度，得到事實(shí)上存在的第二個(gè)點(diǎn)d(f2，t2)。

計(jì)算擬合誤差rob=｜t2tsp｜。比較rob同re之間的關(guān)系：

當(dāng)rob≤re時(shí)，判斷誤差可接受，不需要繼續(xù)擬合；當(dāng)rob＞re時(shí)，判斷誤差不可接受，需要繼續(xù)擬合。

第二次擬合：

由實(shí)際存在的點(diǎn)b(f1，t1)和點(diǎn)d(f2，t2)找到第二個(gè)線性函數(shù)l(bd)，得到新的k和b的值：k2，b2。送到比值計(jì)算模塊中，得到新的函數(shù)fst=k2*(tsp-ti)fp+b2。按照該一次函數(shù)，要想將待加熱物質(zhì)加熱到tsp的溫度，需要f3的蒸汽得到一個(gè)計(jì)算出來的點(diǎn)e(f3，tsp)。在待加熱介質(zhì)流量穩(wěn)定的情況下，按照f3的流量給入蒸汽，事實(shí)上會(huì)的到t3的溫度，得到事實(shí)上存在的新的一個(gè)點(diǎn)f(f3，t3)。

計(jì)算擬合誤差rbd=｜t3tsp｜。比較rbd同re之間的關(guān)系：

當(dāng)rbd≤re時(shí)，判斷誤差可接受，不需要繼續(xù)擬合；當(dāng)rbd＞re時(shí)，判斷誤差不可接受，需要繼續(xù)擬合。

用上述方法可以進(jìn)行第三次擬合，得到l(df)。之后每當(dāng)間隔時(shí)間在t1（設(shè)定擬合間隔時(shí)間）時(shí)間之后，或者計(jì)算出溫度偏差r>re，自動(dòng)進(jìn)入新一次的參數(shù)擬合計(jì)算。

因?yàn)閿M合誤差rn<rn-1使用同樣的辦法，最終可以找到第n次擬合函數(shù)，其擬合誤差rn<re。

上面以舉例方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述具體實(shí)施例，凡基于本發(fā)明所做的任何改動(dòng)或變型均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。