專利名稱：一種用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的早期監(jiān)測(cè)和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸發(fā)器制冷技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的早期監(jiān)測(cè)和控制方法。
背景技術(shù)：
有一類制冷系統(tǒng)包括冷凝器、多個(gè)壓縮機(jī)組成的具有可變?nèi)萘康膲嚎s機(jī)組和兩個(gè)或兩個(gè)以上并行連接的制冷實(shí)體。其中，每個(gè)制冷實(shí)體內(nèi)有一個(gè)蒸發(fā)器和控制制冷劑流入蒸發(fā)器的閥門控制裝置。該類制冷系統(tǒng)通常在超市中使用，制冷實(shí)體可以是開放式或封閉式的展示柜，也可以是較大一點(diǎn)的，如用于餐館或屠宰場(chǎng)的封閉制冷間。圖I給出了這類制冷系統(tǒng)的一個(gè)示例。每個(gè)展示柜都配備蒸發(fā)器和閥門控制裝置。閥門控制裝置包括閥門和相應(yīng)的控制器，執(zhí)行開/關(guān)控制和過熱控制。過熱控制用來調(diào)節(jié)注入到蒸發(fā)器內(nèi)的液態(tài)制冷劑的量，一方面使蒸發(fā)器發(fā)揮最大的制冷能力，另一方面又保證不讓液態(tài)制冷劑流出蒸發(fā)器以損壞壓縮機(jī)。開/關(guān)控制主要是保證藏品存儲(chǔ)在最佳溫度范圍內(nèi)，通常由滯環(huán)控制方法來實(shí)現(xiàn)，其工作原理是用溫度探頭測(cè)量得到藏品附近的空氣溫度T&，該溫度與預(yù)先設(shè)定的藏品最佳存儲(chǔ)溫度范圍的上限T_up和下限T&,lOT相比較。當(dāng)溫度T&高于Tainup時(shí)，表明此時(shí)藏品附近環(huán)境溫度過高，滯環(huán)控制器將閥門打開，讓低溫液態(tài)制冷劑流入蒸發(fā)器，與藏品進(jìn)行熱交換，從而實(shí)現(xiàn)制冷；該狀態(tài)一直持續(xù)到T&小于Tainlw時(shí)，然后滯環(huán)控制器將閥門關(guān)閉，阻止制冷劑流過，直到T&再次上升到Tai^這些并聯(lián)的制冷實(shí)體會(huì)共用一個(gè)具有可變?nèi)萘康膲嚎s機(jī)組，它是由多個(gè)壓縮機(jī)并聯(lián)而成。壓縮機(jī)控制器會(huì)根據(jù)制冷需求打開或關(guān)閉某個(gè)或幾個(gè)壓縮機(jī)，以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組容量的逐級(jí)調(diào)節(jié)。壓縮機(jī)控制器通常采用具有死區(qū)補(bǔ)償?shù)腜I控制，其工作原理是壓力探頭檢測(cè)壓縮機(jī)組入口處的氣態(tài)制冷劑的壓力Psu。，當(dāng)吸入壓力P·高于預(yù)先設(shè)定的死區(qū)范圍上限時(shí)，起動(dòng)部分壓縮機(jī)工作，直至P·降低到死區(qū)范圍內(nèi)；反之，當(dāng)吸入壓力P·低于死區(qū)范圍的下限時(shí)，讓部分壓縮機(jī)停止工作，直至P·升高到預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)?？刂品椒ㄖ屑尤胨绤^(qū)補(bǔ)償是為防止吸入壓力的微小波動(dòng)引發(fā)壓縮機(jī)的頻繁切換。在超市制冷系統(tǒng)中，上述并聯(lián)的制冷實(shí)體通常是開放式或封閉式的展示柜。依據(jù)食品所需存儲(chǔ)溫度的不同，展示柜分為幾組。組內(nèi)各個(gè)展示柜的設(shè)計(jì)參數(shù)、溫度預(yù)設(shè)范圍[Tair,low, Tair,up]等運(yùn)行條件相似，組與組之間有所區(qū)別。在超市制冷系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)工作一段時(shí)間后，無論是具有相同溫度預(yù)設(shè)范圍的同組展示柜，還是具有不同溫度預(yù)設(shè)范圍的組與組之間的展示柜，它們的柜內(nèi)溫度T&會(huì)趨于同步，即同時(shí)達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度上限和下限(如圖2所示)，從而導(dǎo)致在滯環(huán)控制下的各個(gè)閥門的開/關(guān)切換頻率同步，即同時(shí)打開或者同時(shí)關(guān)閉，這樣會(huì)產(chǎn)生周期性的較多或者較少的氣態(tài)制冷劑從蒸發(fā)器流出，引起吸入壓力周期性的大范圍波動(dòng)，頻繁超出死區(qū)范圍，從而迫使壓縮機(jī)頻繁起動(dòng)和停止，該時(shí)間數(shù)量級(jí)通常在分鐘級(jí)，這樣會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)磨損率增高，使用壽命降低。并且在實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)，這種同步效應(yīng)具有自增長(zhǎng)性，即起初只是兩個(gè)展示柜同步，逐漸的其他展示柜也會(huì)加入其中，形成大范圍內(nèi)的同步效應(yīng)。因此迫切需要提供一種手段來監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并能提早預(yù)測(cè)到同步風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)采取措施防止或限制同步的發(fā)生，從而降低壓縮機(jī)負(fù)載，提高其使用壽命。對(duì)上述同步效應(yīng)最直接的改進(jìn)方法就是廢棄滯環(huán)控制，避免各個(gè)制冷實(shí)體內(nèi)的閥門處于開/關(guān)兩種離散狀態(tài)，而是采用連續(xù)控制，將溫度精確的控制在某個(gè)數(shù)值附近。然而這類控制會(huì)使得蒸發(fā)器一直運(yùn)行在制冷劑低度填充的狀態(tài)，整個(gè)展示柜的溫度分布會(huì)不均勻，影響存儲(chǔ)質(zhì)量。另外，滯環(huán)控制其實(shí)還會(huì)帶來其他正面效應(yīng)，例如減少蒸發(fā)器的常規(guī)除霜操作，提高傳熱性能等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制方法，該方法可以解決具有相同或不同溫度預(yù)設(shè)范圍的蒸發(fā)器間的同步問題，減少壓縮機(jī)負(fù)載，提高壓縮機(jī)使用壽命，并可直接應(yīng)用于現(xiàn)有制冷系統(tǒng)中，對(duì)現(xiàn)有控制結(jié)構(gòu)無需做太大調(diào)整。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制方法，包括以下步驟(I)獲取制冷系統(tǒng)中多組制冷實(shí)體內(nèi)所儲(chǔ)存的物品附近的空氣溫度T& ；(2)利用相空間重構(gòu)技術(shù)根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)重構(gòu)相空間，再采用非線性時(shí)間序列分析技術(shù)估計(jì)出系統(tǒng)的最大Lyapunov指數(shù)值；(3)如果最大Lyapunov指數(shù)值小于事先設(shè)定的閾值,認(rèn)定兩個(gè)或更多的蒸發(fā)器即將或正運(yùn)行于同步狀態(tài)。所述步驟(2)中通過時(shí)間序列分析法對(duì)Lyapunov指數(shù)進(jìn)行估計(jì)。所述步驟(I)中還包括獲取系統(tǒng)的吸入壓力值和各個(gè)蒸發(fā)器控制閥的開/關(guān)信
肩、O所述步驟(2)中還可以根據(jù)獲取的系統(tǒng)吸入壓力數(shù)據(jù)對(duì)最大Lyapunov指數(shù)進(jìn)行估計(jì)。所述步驟(3)中還包括在明確系統(tǒng)有同步現(xiàn)象發(fā)生后，采取進(jìn)一步措施判斷具體是哪些蒸發(fā)器同步，判斷方法是如果觀測(cè)到某蒸發(fā)器控制閥的閥門處于“開”狀態(tài)的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)的吸入壓力值比正常值偏高，而處于“關(guān)”狀態(tài)的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)的吸入壓力值比正常值偏低，那么該蒸發(fā)器相對(duì)于其他蒸發(fā)器有較大概率運(yùn)行于同步狀態(tài)。所述步驟(3)后還包括當(dāng)有兩個(gè)以上的蒸發(fā)器處于同步狀態(tài)時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)的步驟。所述步驟(3)后還包括當(dāng)有兩個(gè)以上的蒸發(fā)器處于同步狀態(tài)時(shí)進(jìn)行解同步控制的步驟。所述解同步控制包括對(duì)處于同步的蒸發(fā)器向下微調(diào)其溫度預(yù)設(shè)范圍的上限和/或向上微調(diào)下限的步驟。所述解同步控制包括依據(jù)以下原則重新調(diào)整各個(gè)蒸發(fā)器控制閥的開/關(guān)規(guī)律的步驟，其中原則為對(duì)第i個(gè)蒸發(fā)器引入關(guān)鍵溫度變量Tcu = i/NX (Tainup-TainlOT)，其中N為制冷系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)蒸發(fā)器的個(gè)數(shù)，1^,_和Tai^ltw分別為第i個(gè)制冷實(shí)體預(yù)設(shè)的溫度范圍上限和下限；當(dāng)?shù)趇個(gè)蒸發(fā)器的相對(duì)溫度Ti上升到Tcu時(shí)，發(fā)送控制信號(hào)將其閥門關(guān)閉；其中，Ti — (Tairj i_Tairj i；low) / (Tairj i;Up-Tairj i；low)。
有益效果由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明旨在對(duì)現(xiàn)有制冷控制系統(tǒng)不做大規(guī)模調(diào)整的基礎(chǔ)上，嵌入新的控制方法，以防止系統(tǒng)進(jìn)入極端惡劣狀態(tài)(即同步)，始終保持運(yùn)行良好。本發(fā)明涉及的所有同步監(jiān)測(cè)與解同步方案可以在遠(yuǎn)離制冷系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)測(cè)中心可以同時(shí)或依次對(duì)多個(gè)制冷系統(tǒng)執(zhí)行監(jiān)測(cè)任務(wù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)制冷系統(tǒng)即將或正運(yùn)行在同步狀態(tài)時(shí)，發(fā)出控制信號(hào)通知技術(shù)人員，或者直接執(zhí)行解同步控制策略。本發(fā)明改善現(xiàn)有制冷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，可以在很大程度上減少壓縮機(jī)負(fù)載，提高壓縮機(jī)使用壽命。本發(fā)明沒有對(duì)現(xiàn)有制冷系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)做重大調(diào)整，用到的系統(tǒng)信息也很容易從現(xiàn)有的制冷系統(tǒng)中獲取，算法的執(zhí)行不需要事先知道系統(tǒng)的詳細(xì)知識(shí)。因此，在對(duì)現(xiàn)有制冷系統(tǒng)幾乎不增加額外成本的前提下，極大的改善了系統(tǒng)的運(yùn)行性能。本發(fā)明不僅可以檢測(cè)到系統(tǒng)當(dāng)下是否運(yùn)行在同步狀態(tài)下，而且還可以預(yù)測(cè)系統(tǒng)是否即將發(fā)生同步，即同步早期監(jiān)測(cè)，從而提早防范，始終保持較好的運(yùn)行狀態(tài)，這樣做是非常有益的。本發(fā)明不僅可以監(jiān)測(cè)和解決具有相同溫度預(yù)設(shè)范圍的蒸發(fā)器間的同步問題，還可監(jiān)測(cè)和解決具有不同溫度預(yù)設(shè)范圍的蒸發(fā)器間的同步問題，實(shí)現(xiàn)方式靈活。


圖I是具有多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器的制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是分別顯示具有相同和不同溫度預(yù)設(shè)范圍的兩個(gè)制冷實(shí)體的溫度變化以及吸入壓力的相應(yīng)變化示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的制冷系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明同步監(jiān)測(cè)算法的流程圖；圖5是本發(fā)明中第一種解同步算法的流程圖；圖6是本發(fā)明中第二種解同步算法的流程圖；圖7是解同步控制效果圖；圖8是四個(gè)典型的系統(tǒng)相空間圖及其最大Lyapunov指數(shù)估計(jì)值。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制方法，包括以下步驟(I)獲取制冷系統(tǒng)中多組制冷實(shí)體內(nèi)所儲(chǔ)存的物品附近的空氣溫度Tm ;(2)利用相空間重構(gòu)技術(shù)根據(jù)上述數(shù)據(jù)重構(gòu)相空間，再采用非線性時(shí)間序列分析技術(shù)估計(jì)出系統(tǒng)的最大Lyapunov指數(shù)值；(3)如果最大Lyapunov指數(shù)值小于事先設(shè)定的閾值,可以認(rèn)定兩個(gè)或更多的蒸發(fā)器即將或正運(yùn)行于同步狀態(tài)。如圖I所示，圖I是依靠現(xiàn)有技術(shù)控制的制冷系統(tǒng)示意圖，典型的應(yīng)用于超市中。該系統(tǒng)主要包括冷凝器、壓縮機(jī)組，多個(gè)制冷實(shí)體，以及相應(yīng)的控制器。其中，圖中只給出兩個(gè)并行聯(lián)接的制冷實(shí)體，用虛線表示可以有更多的制冷實(shí)體并聯(lián)。這些制冷實(shí)體與冷凝器和壓縮機(jī)組串聯(lián)，形成耦合系統(tǒng)。壓縮機(jī)組由多個(gè)壓縮機(jī)并聯(lián)而成，其容量具有可調(diào)節(jié)性。壓縮機(jī)控制器的輸入信號(hào)來自探測(cè)器測(cè)得的吸入壓力psu。，通過具有死區(qū)補(bǔ)償?shù)腜I控制算法，接通/斷開壓縮機(jī)組內(nèi)的某個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)，將吸入壓力控制在期望范圍內(nèi)。冷凝器是基于測(cè)量得到的冷凝壓力受到控制。每個(gè)制冷實(shí)體包含有展示柜(內(nèi)有藏品，如食物)、蒸發(fā)器和控制制冷劑流入蒸發(fā)器的閥門控制裝置。閥門控制裝置包括閥門和相應(yīng)的控制器，執(zhí)行開/關(guān)控制和過熱控制。該閥門可以是電磁閥，其中過熱控制采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)；或者，可以由一個(gè)電子閥和一個(gè)恒溫膨脹閥串聯(lián)而成，電子閥執(zhí)行開/關(guān)控制，恒溫膨脹閥執(zhí)行過熱控制。過熱控制是為保證蒸發(fā)器內(nèi)具有最佳的制冷劑注入量，即一方面要使得蒸發(fā)器內(nèi)液態(tài)制冷劑盡可能多，以發(fā)揮最大的制冷能力；另一方面又要保證液態(tài)制冷劑流經(jīng)藏品吸收熱量后完全氣化，不能有殘留的液態(tài)制冷劑從蒸發(fā)器流出，因?yàn)檫@樣會(huì)損壞壓縮機(jī)。過熱控制器是通過調(diào)整閥門獲得一個(gè)小的正的過熱度Tsh來實(shí)現(xiàn)上述功能的。正的過熱度保證沒有液態(tài)制冷劑流出蒸發(fā)器，過熱度較小又可保證蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的液態(tài)區(qū)域較大?？刂破鞯妮斎胄盘?hào)Tsh來自過熱傳感器，它是測(cè)量得到的蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)器出口處溫度的差值，蒸發(fā)溫度可間接的通過測(cè)量吸入壓力psu。得到?；蛘?，Tsh也可以是蒸發(fā)器入口和出口處溫度的差值。閥門的開/關(guān)控制采用滯環(huán)控制方法，控制器的輸入信號(hào)T&由安放在展示柜內(nèi)藏品附近的溫度探頭測(cè)量得到。如果T&達(dá)到期望的溫度范圍上限T_up時(shí)，滯環(huán)控制器將閥門打開，讓低溫液態(tài)制冷劑流入蒸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)藏品的制冷；如果T&達(dá)到期望的溫度范圍下限T&, lOT時(shí)，滯環(huán)控制器將閥門關(guān)閉，停止制冷。圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)控制的制冷系統(tǒng)內(nèi)兩個(gè)制冷實(shí)體溫度Taii和吸入壓力P·隨時(shí)間變化的示意圖。圖2A是具有相同溫度預(yù)設(shè)范圍[T&,lOT，Tainup]的兩個(gè)制冷實(shí)體T&的變化情況。如圖2A所示，由于上述滯環(huán)控制的作用，每個(gè)制冷實(shí)體的溫度T&被限制在Tairjlow和Tainup之間變化(在實(shí)際情況中會(huì)存在一定的慣性和延遲，Tair會(huì)稍許超出溫度上、下限)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，兩個(gè)制冷實(shí)體的溫度T&會(huì)趨于同步，即同時(shí)達(dá)到溫度范圍的上限和下限。在實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)，這種同步效應(yīng)具有自增長(zhǎng)性，即，起初只是少數(shù)幾個(gè)制冷實(shí)體同步，逐漸的其他制冷實(shí)體也會(huì)加入其中，最終形成大范圍的同步效應(yīng)。當(dāng)許多并聯(lián)制冷實(shí)體(如圖I所示)溫度同時(shí)達(dá)到上限時(shí)，相應(yīng)的閥門會(huì)同時(shí)打開，接收制冷劑流實(shí)現(xiàn)制冷，最終導(dǎo)致許多并聯(lián)蒸發(fā)器的出口同時(shí)釋放出氣態(tài)制冷劑，匯聚形成過大的吸入壓力，如圖2C所示。這樣，在壓縮機(jī)控制器的作用下，需要接通壓縮機(jī)組內(nèi)的幾乎所有壓縮機(jī)才能滿足制冷需求；同理，當(dāng)許多并聯(lián)制冷實(shí)體的溫度同時(shí)達(dá)到下限時(shí)，相應(yīng)的閥門會(huì)同時(shí)關(guān)閉，停止制冷，最終導(dǎo)致并聯(lián)蒸發(fā)器出口處匯聚的氣體過少，吸入壓力過低，壓縮機(jī)控制器因此斷開幾乎所有的壓縮機(jī)。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)這種頻繁的起停動(dòng)作通常在分鐘級(jí)，使得壓縮機(jī)負(fù)載過大，磨損率增高，使用壽命明顯降低。圖2B顯示具有不同溫度范圍的兩個(gè)制冷實(shí)體也會(huì)發(fā)生類似上述的同步效應(yīng)，即它們的溫度T&會(huì)同時(shí)達(dá)到各自的溫度上、下限，其效果也是非常不希望的。圖3是根據(jù)本發(fā)明改進(jìn)的制冷系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)如圖I所示包括冷凝器，具有可變?nèi)萘康膲嚎s機(jī)組，兩個(gè)及以上并聯(lián)耦合的制冷實(shí)體，以及相應(yīng)的控制器。每個(gè)制冷實(shí)體內(nèi)包括展示柜、蒸發(fā)器和閥門控制裝置。如前所述，閥門控制裝置接收來自溫度探測(cè)器的輸入信號(hào)T&執(zhí)行滯環(huán)控制，同時(shí)也接收來自過熱傳感器的輸入信號(hào)Tsh執(zhí)行過熱控制。該制冷系統(tǒng)還包括一個(gè)中央控制單元。它接收來自每個(gè)制冷實(shí)體運(yùn)行的相關(guān)信息，包括溫度T&，閥門的開/關(guān)情況，或者安放在緊鄰壓縮機(jī)組入口處探測(cè)器測(cè)得的吸入壓力P·。利用這些信息，中央控制單元進(jìn)行分析，從而判斷系統(tǒng)是否正在或即將處于同步運(yùn)行狀態(tài)。分析方法可以采用以下方法，具體以圖4為例。從相空間來看，當(dāng)系統(tǒng)收斂到低周期軌道時(shí)，有趨于同步的危險(xiǎn)；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在高周期軌道，甚至是混沌狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)遠(yuǎn)離同步?？紤]到最大Lyapunov指數(shù)通常被用來刻畫相空間內(nèi)系統(tǒng)軌道的走勢(shì)，尤其是估計(jì)系統(tǒng)混沌的程度，由此可以將它作為判定系統(tǒng)是否趨向同步的指標(biāo)。即，如果最大Lyapunov指數(shù)很小，甚至小于零，則說明系統(tǒng)運(yùn)行在低周期軌道，離同步狀態(tài)較近，甚至是已處于同步狀態(tài)，如果最大Lyapunov指數(shù)較大，則說明系統(tǒng)運(yùn)行在高周期軌道，甚至混沌狀態(tài)，則系統(tǒng)離同步較遠(yuǎn)，發(fā)生同步的危險(xiǎn)就越低。所以，通過估計(jì)系統(tǒng)的最大Lyapunov指數(shù)可以提供系統(tǒng)同步的早期預(yù)警信息，這樣做是非常有利的，可以做到提早防范，讓系統(tǒng)始終保持較好的運(yùn)行狀態(tài)。其中，Lyapunov指數(shù)是衡量系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的一個(gè)重要定量指標(biāo)，它表征了系統(tǒng)在相空間中相鄰軌道間收斂或發(fā)散的平均指數(shù)率。多少維系統(tǒng)就有多少個(gè)Lyapunov指數(shù)，其中可以從最大Lyapunov指數(shù)是否大于零非常直觀的判斷出系統(tǒng)是否存在混沌動(dòng)力學(xué)特性。關(guān)于Lyapunov指數(shù)的估計(jì)方法有很多，大體可以分為兩類基于模型的解析法和時(shí)間序列分析法?；谀Ｐ偷姆椒ㄒ呀?jīng)成功應(yīng)用于許多低維簡(jiǎn)單平滑系統(tǒng)中，但需要事先知道系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型。這在實(shí)際運(yùn)用中具有一定難度，更不用說針對(duì)具有諸多制冷實(shí)體的大型制冷系統(tǒng)，如超市制冷系統(tǒng)?；跁r(shí)間序列分析的方法則是利用成熟的非線性時(shí)間序列分析技術(shù)，根據(jù)物理系統(tǒng)的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)估計(jì)最大Lyapunov指數(shù)，雖然計(jì)算結(jié)果相較于模型法有一定誤差，但在可接受范圍內(nèi)，而且該方法獲取數(shù)據(jù)容易，算法簡(jiǎn)單，適用于大型系統(tǒng)，故在實(shí)際中獲得廣泛應(yīng)用。綜合考慮到實(shí)際應(yīng)用，本發(fā)明采用數(shù)據(jù)法來估計(jì)系統(tǒng)的最大Lyapunov指數(shù)，進(jìn)而判斷同步。用于分析的數(shù)據(jù)可以是一段時(shí)間內(nèi)的吸入壓力值Psu。，或某制冷實(shí)體一段時(shí)間內(nèi)的溫度值Tm。由于各并聯(lián)的制冷實(shí)體共用冷凝器和壓縮機(jī)，各個(gè)制冷實(shí)體的溫度T&不可避免的具有耦合性，會(huì)相互影響，相互作用，所以只獲取一個(gè)制冷實(shí)體的溫度信息即可。而且，接下來對(duì)采集到的數(shù)據(jù)重構(gòu)相空間。相空間重構(gòu)技術(shù)可以有效保證，利用一維數(shù)據(jù)重構(gòu)的相空間，其動(dòng)力學(xué)特性與原多維系統(tǒng)相似。最后，對(duì)重構(gòu)的相空間采用非線性時(shí)間序列分析技術(shù)估計(jì)出最大Lyapunov指數(shù)。關(guān)于非線性時(shí)間序列分析的軟件很多，其中Tisean是比較著名的，由R. Hegge, H. Kantz和T. Schreiber于1999年公開發(fā)布。該軟件免費(fèi)，并可嵌入到Matlab等計(jì)算機(jī)語言工具中使用。估計(jì)出來的最大Lyapunov指數(shù)如果小于事先設(shè)定的閾值(如0.01)，可以認(rèn)定系統(tǒng)即將處于同步運(yùn)行狀態(tài)下，需采取解同步控制使其恢復(fù)到合適狀態(tài)。上述方法執(zhí)行起來相對(duì)容易，也能比較迅速的做出判斷，并且由于上述方法依據(jù)的是對(duì)系統(tǒng)同步本質(zhì)問題的研究成果，所以既可以解決具有相同溫度預(yù)設(shè)范圍的蒸發(fā)器間的同步問題，也可以解決具有不同溫度預(yù)設(shè)范圍的蒸發(fā)器間的同步問題。當(dāng)然，上述方法只能判斷整個(gè)系統(tǒng)是否有發(fā)生同步的趨勢(shì)，要想進(jìn)一步明確到底是哪些蒸發(fā)器面臨同步的危險(xiǎn)，還可以采取進(jìn)一步措施，例如獲取吸入壓力和各個(gè)蒸發(fā)器控制閥的開/關(guān)信息，并進(jìn)行比較；如果某閥門處于“開”狀態(tài)的這段時(shí)間內(nèi)，吸入壓力值較高，而處于“關(guān)”狀態(tài)的這段時(shí)間內(nèi)，吸入壓力值較低，那么該蒸發(fā)器相對(duì)于其他蒸發(fā)器而言有較大概率運(yùn)行于同步狀態(tài)。然而，有些時(shí)候并不一定必須要知道具體哪些蒸發(fā)器同步，因?yàn)檫@種同步是具有自增長(zhǎng)性的，如不及早采取措施，遲早整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)發(fā)生同步。如圖4所示，所述步驟(3)后還包括當(dāng)有兩個(gè)以上的蒸發(fā)器處于同步狀態(tài)時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)的步驟，在監(jiān)測(cè)到同步狀態(tài)后，立刻發(fā)送報(bào)警信號(hào)，使得操作人員可以立刻進(jìn)行合理操作，來解決同步問題。所述步驟(3)后還包括當(dāng)有兩個(gè)以上的蒸發(fā)器處于同步狀態(tài)時(shí)進(jìn)行解同步控制的步驟。解同步可以采取以下兩種方法如圖5所示，第一種是調(diào)整影響系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)，例如溫度預(yù)設(shè)范圍的上、下限。具體做法是對(duì)處于同步的至少一個(gè)蒸發(fā)器向下微調(diào)其溫度預(yù)設(shè)范圍的上限，或向上微調(diào)下限，或同時(shí)進(jìn)行上述微調(diào)，從而在幾乎不影響藏品存儲(chǔ)質(zhì)量的前提下，改變蒸發(fā)器的制冷周期，實(shí)現(xiàn)解同步。微調(diào)幅度可以是原來數(shù)值的O 20%，亦或，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的并聯(lián)蒸發(fā)器都做上述不同程度的微調(diào)。上述做法之所以可以起到解同步的效果，發(fā)明人已經(jīng)在公開發(fā)表的文章中做出角軍釋(參 JAL R. Wisniewski, L. Chen, L. F. S. Larsen, Synchronization Analysis of theSupermarketRefrigeration System, Proceedings of the 48th IEEE Conference onDecision and Control, Shanghai, China, Dec. 15-18，2009)。研究結(jié)果表明，溫度預(yù)設(shè)的上、下限T&, low和T&, up是影響整個(gè)制冷系統(tǒng)行為的關(guān)鍵因素。圖8給出了四個(gè)典型的系統(tǒng)相空間圖，以及相應(yīng)的最大Lyapunov指數(shù)(MLE)估計(jì)值。它們展示了兩個(gè)制冷實(shí)體的溫度Tairt和Tairf在其中某溫度下限Tairf,lOT變化下不同的運(yùn)行狀態(tài)圖8A是系統(tǒng)運(yùn)行在兩周期軌道，兩個(gè)蒸發(fā)器處于完全同步狀態(tài)，相應(yīng)的最大Lyapunov指數(shù)估計(jì)值為_1. 0e_4 ；圖8B是接近于同步的四周期軌道，最大Lyapunov指數(shù)估計(jì)值為I. 0e_4 ;圖SC是與同步不同拓?fù)涞乃闹芷谲壍?，最大Lyapunov指數(shù)估計(jì)值為9. 5e_3 ;圖8D是類似混沌的最遠(yuǎn)離同步的狀態(tài)，最大Lyapunov指數(shù)估計(jì)值為I. 5e_2。同理，改變溫度上限T<up的值也會(huì)明顯改變系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。因此，只要對(duì)Tai^w或Tainup在數(shù)值上做微小的調(diào)整，就可以在幾乎不影響存儲(chǔ)質(zhì)量的前提下，使系統(tǒng)從同步狀態(tài)下解脫出來，運(yùn)行到類似混沌的狀態(tài)，即比較理想的非同步狀態(tài)。其實(shí)，該結(jié)論也可以從直觀上得到解釋改變了某制冷實(shí)體溫度預(yù)設(shè)范圍的上/下限，也就意味著改變了滯環(huán)控制下閥門的開/關(guān)頻率，從而改變了各個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器的制冷周期，最終使得溫度變化一致的多個(gè)蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)解同步。
權(quán)利要求
1.一種用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的早期監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)獲取制冷系統(tǒng)中多組制冷實(shí)體內(nèi)所儲(chǔ)存的物品附近的空氣溫度T&； (2)利用相空間重構(gòu)技術(shù)根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)重構(gòu)相空間，再采用非線性時(shí)間序列分析技術(shù)估計(jì)出系統(tǒng)的最大Lyapunov指數(shù)值； (3)如果最大Lyapunov指數(shù)值小于事先設(shè)定的閾值,認(rèn)定兩個(gè)或更多的蒸發(fā)器即將或正運(yùn)行于同步狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的早期監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在于，所述步驟(2)中通過時(shí)間序列分析法對(duì)Lyapunov指數(shù)進(jìn)行估計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的早期監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在于，所述步驟(I)中還包括獲取系統(tǒng)的吸入壓力值和各個(gè)蒸發(fā)器控制閥的開/關(guān)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的早期監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在于，所述步驟(2)中根據(jù)獲取的系統(tǒng)吸入壓力數(shù)據(jù)對(duì)Lyapunov指數(shù)進(jìn)行估計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的早期監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在于，在明確系統(tǒng)有同步現(xiàn)象發(fā)生后，進(jìn)一步判斷具體是哪些蒸發(fā)器同步，方法是如果觀測(cè)到某蒸發(fā)器控制閥的閥門處于“開”狀態(tài)的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)的吸入壓力值比正常值偏高，而處于“關(guān)”狀態(tài)的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)的吸入壓力值比正常值偏低，該蒸發(fā)器相對(duì)于其他蒸發(fā)器有較大概率運(yùn)行于同步狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的早期監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在于，所述步驟(3)后還包括當(dāng)有兩個(gè)以上的蒸發(fā)器處于同步狀態(tài)時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的早期監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在于，所述步驟(3)后還包括當(dāng)有兩個(gè)以上的蒸發(fā)器處于同步狀態(tài)時(shí)進(jìn)行解同步控制的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的早期監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在于，所述解同步控制包括對(duì)處于同步的蒸發(fā)器向下微調(diào)其溫度預(yù)設(shè)范圍的上限和/或向上微調(diào)下限的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的早期監(jiān)測(cè)和控制方法，其特征在于，所述解同步控制包括依據(jù)以下原則重新調(diào)整各個(gè)蒸發(fā)器控制閥的開/關(guān)規(guī)律的步驟，其中原則為對(duì)第i個(gè)蒸發(fā)器引入關(guān)鍵溫度變量TM=i/NX (TaiHup-I^^)，其中N為制冷系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)蒸發(fā)器的個(gè)數(shù)，Tai^UI^P Tai^lmt分別為第i個(gè)制冷實(shí)體預(yù)設(shè)的溫度范圍上限和下限，如果處于同步的第i個(gè)蒸發(fā)器的控制閥閥門處于打開狀態(tài)，并且其相對(duì)溫度Ti接近于Tcu，發(fā)送控制信號(hào)將其閥門關(guān)閉，其中，1\=(1^廠1^,Up-Tai^ltJ。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于多個(gè)并聯(lián)蒸發(fā)器制冷系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制方法，包括以下步驟獲取制冷系統(tǒng)中多組制冷實(shí)體內(nèi)所儲(chǔ)存的物品附近的空氣溫度Tair；利用相空間重構(gòu)技術(shù)根據(jù)上述數(shù)據(jù)重構(gòu)相空間，再采用非線性時(shí)間序列分析技術(shù)估計(jì)出系統(tǒng)的最大Lyapunov指數(shù)值；如果最大Lyapunov指數(shù)值小于事先設(shè)定的閾值，認(rèn)定兩個(gè)或更多的蒸發(fā)器即將或正運(yùn)行于同步狀態(tài)。
文檔編號(hào)F25B49/02GK102927729SQ20121045397
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者陳亮, 任正云, 尹曉明 申請(qǐng)人:東華大學(xué)