一種基于模糊pid原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，可實現(xiàn)對節(jié)流閥的自動控制，既保證了對非線性、參數(shù)時變的制冷系統(tǒng)的動態(tài)適應能力，使得受控系統(tǒng)平穩(wěn)運轉(zhuǎn)；又能夠自適應地維持制冷系統(tǒng)始終處于較高的制冷效率，降低系統(tǒng)能耗，有效實現(xiàn)節(jié)能。
【專利說明】一種基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于制冷控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥 自動控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 制冷系統(tǒng)廣泛應用于冷庫、工業(yè)制冷、空調(diào)、冰箱等多個領(lǐng)域，目前大型的制冷系 統(tǒng)多是以氨為制冷劑的氨制冷機組，其主要包括冷凝器、儲液罐、蒸發(fā)器、氨分罐和壓縮機 等幾個部分，其中儲液罐內(nèi)的高壓液氨通過節(jié)流閥減壓后輸送至氨分罐，并在重力或氨泵 的作用下進入兩端與氨分罐連通的蒸發(fā)器吸熱氣化，然后再返回氨分罐進行氣液分離，再 由壓縮機將氨氣抽吸壓縮送入冷凝器冷凝液化后回到儲液罐，從而完成制冷循環(huán)。這其中， 節(jié)流閥控制著冷凝回路向蒸發(fā)回路供給的制冷劑的量，其開度對整個循環(huán)的穩(wěn)定性具有至 關(guān)重要的影響。然而，由于節(jié)流閥的開度與其流量間的關(guān)系非常復雜，且受壓力、溫度、個體 差異等多方面因素的影響，因而長期以來，一直未有很好的辦法對節(jié)流閥的開度進行自動 調(diào)節(jié)，從而嚴重影響了對氨制冷機組的自動控制。目前，供液的傳統(tǒng)控制方法是將節(jié)流閥預 置一個相對較大的開度，并在節(jié)流閥至氨分罐的通路中串接電磁閥，由加裝于氨分罐側(cè)壁 上的浮球閥控制電磁閥的啟閉，從而實現(xiàn)對前述制冷循環(huán)供液量的控制。由于該方法對供 液的控制不連續(xù)，導致在電磁閥開啟和關(guān)閉的過程中氨分罐內(nèi)的壓力產(chǎn)生振蕩；并且由于 浮球閥的安裝位置限定了供液高度的控制范圍，無法針對系統(tǒng)的熱載荷、制冷劑的量等因 素進行調(diào)節(jié)；此外由于浮球閥的行程較大，還導致氨分罐內(nèi)的液位大幅波動，系統(tǒng)工作不平 穩(wěn)，這些都對系統(tǒng)的制冷效率造成負面影響，從而造成能源的浪費。
[0003] 因此，亟需提供一種可以避免上述傳統(tǒng)控制方法缺點的制冷系統(tǒng)供液控制方法。 具體是，通過對節(jié)流閥開度的自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)對制冷系統(tǒng)供液量的連續(xù)平穩(wěn)控制，并可根據(jù) 系統(tǒng)熱載荷及制冷劑量的具體情況自動調(diào)節(jié)穩(wěn)定供液量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控 制方法，包括以下步驟：
[0005] 預先設(shè)定一氨分罐初始目標液位GL0 ;
[0006] 設(shè)定系統(tǒng)目標過熱度SHg，根據(jù)所述系統(tǒng)目標過熱度過熱度SHg和測得的系統(tǒng)當前 過熱度SH i計算出系統(tǒng)過熱度的偏差S扎及系統(tǒng)過熱度偏差的變化率SHe。，將所述系統(tǒng)過熱 度的偏差S扎及系統(tǒng)過熱度偏差的變化率SH e。輸入至第一模糊控制器，利用第一隸屬度函 數(shù)進行模糊化處理，并查詢第一模糊規(guī)則得到模糊結(jié)果，并通過第一解模糊步驟得到氨分 罐目標液位的調(diào)節(jié)量△ GL，從而得到更新的氨分罐目標液位GL ;
[0007] 通過設(shè)置在氨分液罐上的液位傳感器獲取氨分罐當前液位Li，根據(jù)所述氨分罐當 前液位L i與所述更新的氨分罐目標液位GL計算出氨分罐液位的偏差值Le以及偏差變化率 Le。，并將所述氨分罐液位的偏差值L e以及偏差變化率Le。輸入模糊PID控制模塊，所述模糊 PID控制模塊計算后輸出節(jié)流閥的開度調(diào)節(jié)量。
[0008] 優(yōu)選的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，中，所述 模糊PID控制模塊包括：
[0009] 控制參數(shù)自整定模塊，其包括第二模糊控制器、第三模糊控制器和第四模糊控制 器，分別將氨分罐液位的偏差值Le以及偏差變化率Le。輸入所述第二模糊控制器、所述第三 模糊控制器和所述第四模糊控制器，利用第二隸屬度函數(shù)進行模糊化處理，并分別查詢第 二模糊規(guī)則、第三模糊規(guī)則和第四模糊規(guī)則得到模糊結(jié)果，并通過第二解模糊步驟分別得 到調(diào)節(jié)量AK p、AKjP AKd。
[0010] 優(yōu)選的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，中，所述 模糊PID控制模塊還包括PID控制模塊，其輸入量為所述氨分罐當前液位L i與所述氨分罐 目標液位的偏差值Le，并預先設(shè)定Kp(l、K i(l和Kdtl，根據(jù)所述調(diào)節(jié)量AKP、八&和AKd，得到當 前K pi、Kii、Kdi，根據(jù)PID原理計算出節(jié)流閥的開度調(diào)節(jié)量。
[0011] 優(yōu)選的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，中，還包 括節(jié)流閥驅(qū)動模塊，將所述PID控制器模塊輸出的節(jié)流閥的開度調(diào)節(jié)量轉(zhuǎn)化為節(jié)流閥電機 的轉(zhuǎn)動角度，并根據(jù)所述轉(zhuǎn)動角度驅(qū)動所述節(jié)流閥電機轉(zhuǎn)動，完成節(jié)流閥開度的調(diào)節(jié)。
[0012] 優(yōu)選的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，中，所述 第一隸屬度函數(shù)為三角函數(shù)，所述第一模糊規(guī)則表為對稱結(jié)構(gòu)，所述第一解模糊步驟采用 重心法。
[0013] 優(yōu)選的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，中，所述 第二模糊規(guī)則、所述第三模糊規(guī)則和所述第四模糊規(guī)則中K p、Ki、Kd的選取方法如下：
[0014] a?將調(diào)節(jié)過程分為三個階段：|Le|彡10% Rc為初期，5 % Rc彡|Le| < 10% Rc為 中期，|L」< 5% R。為末期，其中R。為所述液位傳感器的量程；
[0015] b.對于比例系數(shù)Kp，初期取相對較大的Kp值以提高響應速度，中期取較小的K p值 以防止超調(diào)，末期取較大的Kp值以減小靜差；
[0016] c.對于積分系數(shù)Ki,初期減弱甚至忽略以防止超調(diào)，中期到末期逐步增大K i值以 減小靜差；
[0017] d.對于微分系數(shù)Kd，初期適當增大Kd值以防止超調(diào)，中期到末期逐步減小Kd值， 以加快系統(tǒng)穩(wěn)定。
[0018] 優(yōu)選的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，中，所述 第二隸屬度函數(shù)為Gauss型函數(shù)，所述第二解模糊步驟采用重心法。
[0019] 優(yōu)選的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，中，所述 第一模糊控制器、所述第二模糊控制器、所述第三模糊控制器和所述第四模糊控制器均為 兩輸入一輸出的MISO型模糊控制器。
[0020] 優(yōu)選的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，中，所述 節(jié)流閥的兩端還并聯(lián)一備用節(jié)流閥。
[0021] 本發(fā)明提供一種基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，可實現(xiàn)對 制冷系統(tǒng)節(jié)流閥的自動控制，既保證了對非線性、參數(shù)時變的制冷系統(tǒng)的動態(tài)適應能力，使 得受控系統(tǒng)平穩(wěn)運轉(zhuǎn)；又能夠自適應地維持制冷系統(tǒng)始終處于較高的制冷效率，降低系統(tǒng) 能耗，有效實現(xiàn)節(jié)能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法的示意圖。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)以實施。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方 法，包括以下步驟：
[0025] 預先設(shè)定一氨分罐初始目標液位GL0 ;
[0026] 設(shè)定系統(tǒng)目標過熱度SHg，根據(jù)所述系統(tǒng)目標過熱度5民和測得的系統(tǒng)當前過熱 度SHi計算出系統(tǒng)過熱度的偏差S凡及系統(tǒng)過熱度偏差的變化率SHe。，將所述系統(tǒng)過熱度的 偏差S扎及系統(tǒng)過熱度偏差的變化率SHe。輸入至第一模糊控制器，利用第一隸屬度函數(shù)進 行模糊化處理，并查詢第一模糊規(guī)則得到模糊結(jié)果（優(yōu)選的第一模糊規(guī)則如表1所示），并 通過第一解模糊步驟得到氨分罐目標液位的調(diào)節(jié)量△GL，從而得到更新的氨分罐目標液位 GL;通過調(diào)節(jié)PID控制所需的氨分罐目標液位GL，即調(diào)整系統(tǒng)蒸發(fā)回路制冷劑的供給量，實 現(xiàn)對系統(tǒng)過熱度的動態(tài)調(diào)節(jié)，以保證制冷系統(tǒng)始終處于理想的制冷狀態(tài)，提高制冷效率，降 低能耗。由于氨分罐的高度以及系統(tǒng)內(nèi)制冷劑量的雙重限制，該過熱度自調(diào)整模塊對氨分 罐目標液位的調(diào)整必須嚴格限定在預設(shè)的氨分罐目標液位上限和下限范圍內(nèi)；
[0027] 通過設(shè)置在氨分罐上的液位傳感器獲取氨分罐當前液位Li,根據(jù)所述氨分罐當前 液位Li與所述更新的氨分罐目標液位GL計算出氨分罐液位的偏差值Le以及偏差變化率 Le。，并將所述氨分罐液位的偏差值Le以及偏差變化率Le。輸入模糊PID控制模塊，所述模糊 PID控制模塊計算后輸出節(jié)流閥的開度調(diào)節(jié)量。
[0028] 表1第一模糊規(guī)則表
[0029]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，其特征在于，包括以下 步驟： 預先設(shè)定一氨分罐初始目標液位GLtl ; 設(shè)定系統(tǒng)目標過熱度SHg，根據(jù)所述系統(tǒng)目標過熱度SHg和測得的系統(tǒng)當前過熱度SH i 計算出系統(tǒng)過熱度的偏差S凡及系統(tǒng)過熱度偏差的變化率SHe。，將所述系統(tǒng)過熱度的偏差 S扎及系統(tǒng)過熱度偏差的變化率SH e。輸入至第一模糊控制器，利用第一隸屬度函數(shù)進行模 糊化處理，并查詢第一模糊規(guī)則得到模糊結(jié)果，并通過第一解模糊步驟得到氨分罐目標液 位的調(diào)節(jié)量AGL，從而得到更新的氨分罐目標液位GL ; 通過設(shè)置在氨分罐上的液位傳感器獲取氨分罐當前液位Li,根據(jù)所述氨分罐當前液位 Li與所述更新的氨分罐目標液位GL計算出氨分罐液位的偏差值Le以及偏差變化率Le。，并 將所述氨分罐液位的偏差值L e以及偏差變化率Le。輸入模糊PID控制模塊，所述模糊PID控 制模塊計算后輸出節(jié)流閥的開度調(diào)節(jié)量。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，其特征 在于，所述模糊PID控制模塊包括： 控制參數(shù)自整定模塊，其包括第二模糊控制器、第三模糊控制器和第四模糊控制器，分 別將氨分罐液位的偏差值Le以及偏差變化率Le。輸入所述第二模糊控制器、所述第三模糊 控制器和所述第四模糊控制器，利用第二隸屬度函數(shù)進行模糊化處理，并分別查詢第二模 糊規(guī)則、第三模糊規(guī)則、第四模糊規(guī)則得到各模糊結(jié)果，并通過第二解模糊步驟分別得到調(diào) 節(jié)量AK P、八心和AKd。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，其特征 在于，所述模糊PID控制模塊還包括： PID控制模塊，其輸入量為所述氨分罐當前液位Li與所述氨分罐目標液位的偏差值 !^，并預先設(shè)定^七^^根據(jù)所述調(diào)節(jié)量八'八心和八心得到當前心^⑴^根據(jù) PID原理計算出節(jié)流閥的開度調(diào)節(jié)量。
4. 如權(quán)利要求3所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，其特征 在于，還包括： 節(jié)流閥驅(qū)動模塊將所述PID控制器模塊輸出的節(jié)流閥的開度調(diào)節(jié)量轉(zhuǎn)化為節(jié)流閥電 機的轉(zhuǎn)動角度，并根據(jù)所述轉(zhuǎn)動角度驅(qū)動所述節(jié)流閥電機轉(zhuǎn)動，完成節(jié)流閥開度的調(diào)節(jié)。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，其特征 在于，所述第一隸屬度函數(shù)為三角函數(shù)，所述第一模糊規(guī)則表為對稱結(jié)構(gòu)，所述第一解模糊 步驟采用重心法。
6. 如權(quán)利要求5所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，其特征 在于，所述第二模糊規(guī)則、所述第三模糊規(guī)則、所述第四模糊規(guī)則中K p、Kp Kd的修定原則如 下： a?將調(diào)節(jié)過程分為三個階段：I Lj彡10% R。為初期，5% R。彡|Lj < 10% R。為中期， L」< 5% R。為末期，其中R。為所述液位傳感器的量程； b. 對于比例系數(shù)Kp，初期取相對較大的Kp值以提高響應速度，中期取較小的Kp值以防 止超調(diào)，末期取較大的K p值以減小靜差； c. 對于積分系數(shù)Ki,初期減弱甚至忽略以防止超調(diào)，中期到末期逐步增大Ki值以減小 靜差； d.對于微分系數(shù)Kd，初期適當增大Kd值以防止超調(diào)，中期到末期逐步減小K d值，以加 快系統(tǒng)穩(wěn)定。
7. 如權(quán)利要求2所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，其特征 在于，所述第二隸屬度函數(shù)為Gauss型函數(shù)，所述第二解模糊步驟采用重心法。
8. 如權(quán)利要求2所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，其特征 在于，所述第一模糊控制器、所述第二模糊控制器、所述第三模糊控制器和所述第四模糊控 制器均為兩輸入一輸出的MISO型模糊控制器。
9. 如權(quán)利要求1所述的基于模糊PID原理的氨制冷機組節(jié)流閥自動控制方法，其特征 在于，所述節(jié)流閥的兩端還并聯(lián)一備用節(jié)流閥。
【文檔編號】F16K31/02GK104315219SQ201410424700
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】李權(quán)威, 宛田賓, 孫云權(quán), 周立濤, 崔如珍 申請人:北京易拓智譜科技有限公司