一种流量控制方法技术

本发明专利技术提供一种流量控制方法。首先在流量控制系统任意相对稳态时刻对泵运行频率施加小信号扰动ΔF，得到对应的流量变化值Δq(t)与相对稳态压力值P的关系式。获取Δq(t)的时间常数，进而得到压力P；其次得到经过Q‑H平面上点(Q,P)每台泵的扬程特性曲线，及该扬程曲线与对应的高效区间边界的交点；最后得到高效运行性能参数，进而选择性能参数最优的泵工作，确保流量控制系统处于高效运行。本发明专利技术无需压力检测传感器及辅助电路即可实现流量控制系统的高效运行控制，省去了压力传感器及辅助处理电路的安装调试所需时间和成本，使得系统结构更加简单、系统成本更低、运行效率更高，提高系统的寿命和可靠性，为流量控制系统安全、高效运行提供可靠保证。

A flow control system and control method

The invention provides a flow control system and a control method. First, a small signal disturbance Delta F is applied to the pump operating frequency at any relative steady state time of the flow control system, and the corresponding relation between the corresponding flow change value, delta Q (T) and the relative steady pressure value P is obtained. The time constant of the delta Q (T) is obtained, and then the pressure P is obtained. Secondly, the point of the head (Q, P) on the H plane of the Q H plane is obtained, and the intersection of the head curve and the corresponding high efficient interval boundary is obtained. Finally, the performance parameters of the pump are obtained, and the pump work of the optimal performance parameter is selected to ensure the flow control system in the flow control system. Run efficiently. The invention can realize the efficient operation control of the flow control system without the pressure detection sensor and auxiliary circuit, and save the time and cost of the installation and debugging of the pressure sensor and auxiliary processing circuit, and make the system structure simpler, lower system cost, higher operation efficiency, and improve the life and reliability of the system. It provides a reliable guarantee for the safe and efficient operation of the flow control system.

【技术实现步骤摘要】
一种流量控制系统及控制方法
本专利技术属于过程控制领域，具体涉及一种流量控制系统及控制方法，实现流量控制系统的高效运行。
技术介绍
流量调节控制在化工、食品、医药、供水等领域具有广泛的应用。早期流量控制主要通过调节控制阀门的开度开对输出流量进行调节，但存在能耗高、调节范围不大等不足。当前主要采用调速泵的方案实现输出流量的调节，其原理主要通过检测输出流量与设定流量之间的偏差，并对该偏差进行反馈补偿控制算法，进而调节变频器的输出频率，改变泵的转速，实现输出流量的稳定控制。然而，由张承慧等在控制理论与应用期刊中发表的《变频调速给水泵站效率最优控制策略》一文可知，泵存在一个由扬程特性曲线、相似工况抛物线组成的高效运行区间。泵运行于此区间，能实现高效运行；否则，泵运行效率和寿命将大大降低。在化工、食品、医药等过程控制领域，泵被广泛使用，使得效率哪怕仅仅提高1％，都会对节能和环保带来了巨大的利益。然而，流量控制系统运行状态并不是恒定不变的，其输出流量和扬程在时间上具有时变性，不能保证泵始终运行在高效率区间。一方面，在化工，食品，医药、供水等领域，由于输送的液体长时间在管道中运行，可能会存在污垢沉积，致使整个管路有效截面积变小，管阻特性变差，在设定流量情况下，泵出口和管网压力急剧增大，致使泵运行状态发生变化，可能偏离高效区间；另一方面，由于流量控制系统液质可能输送到不同的容器中，导致其扬程发生变化，致使泵运行状态发生变化，可能偏离高效区间；再一方面，流量控制系统的输出流量受制于实际系统的工作状态或者工作阶段的不同而不同，致使泵运行状态发生变化，可能偏离高效区间；泵长时间处于非高效区间运行会导致变频流量控制系统的效率降低，甚至导致变频器及泵的过载/低频运行，增加了变频流量控制系统的故障风险。为了确保流量控制系统的高效运行，就必须对泵进行高效优化控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足之处，提出一种结构简单、适用性好的流量控制系统及控制方法。本专利技术提供一种流量控制系统及控制方法，其步骤如下：1)以采样周期Ts为间隔对流量控制系统的流量值和变频器的输出频率进行采样，并获取流量值q(k)和输出频率f(k)，其中k为采样次数；2)由PID控制算法求出t＝kTs时刻变频器的输出频率值f(k)＝f(k-1)+Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]；其中，e(k-1)、f(k-1)分别为t＝(k-1)Ts时刻的流量误差和变频器的输出频率；e(k-2)为t＝(k-2)Ts时刻的流量误差；Kp、Ki和Kd分别为预先设定的PID算法中的比例系数、积分系数和微分系数；流量误差e(k)＝Qset-q(k)；其中，e(i)|i＜＝0＝0；Qset为设定输出流量值；q(k)为采样次数为k时的流量值，f(k)为采样次数为k时变频器的输出频率值；f(i)|i＜＝0＝0；3)并根据采样到的流量值q(k)和输出频率f(k)，建立由N个元素构成的流量值数组{q(i)}，以及变频器输出频率数组{f(i)}，其中i＝{k-N+1,k-N+2,...k}，N为预先设定的大于1的正整数，q(i)|i＜＝0＝0，f(i)|i＜＝0＝0；4)获取流量值数组{q(i)}的平均值并判断流量控制系统是否处于相对稳定状态；5)在确定流量控制系统处于相对稳定状态时，则判断是否成立，其中θ为设定正值，Qset为设定输出流量；6)在确定不成立时，则视为当前工作的泵Mj最大扬程太小，j＝1，2，3，，令控制开关Sj＝0，控制Mj停止运行；同时，令控制开关Sj+1＝1，控制扬程大一级的泵Mj+1工作，j+1<＝3，更新k＝k+1；进行下一次采样，并标记输出流量值和变频器输出频率的采样值为q(k)和f(k)，重复以上步骤；7)在确定成立时，则获取变频器输出频率的平均值8)以此时刻标记为t＝0，给输出频率一个较小的扰动量ΔF，f(mTs)＝F+ΔF；9)在t＝mTs时刻，采样流量值q(m)，得到Δq(m)＝q(m)-Q；10)判断其中α为设定正值，若不成立，则更新k＝k+1；进行下一次采样，并标记输出流量值和变频器输出频率的采样值为q(k)和f(k)，并重复以上步骤；若成立，则判断δ为设定正值；11)若不成立，则更新m＝m+1，并返回步骤9)，若成立，则获取时间常数τ＝mTs；12)通过步骤11)中获取的时间常数τ，并通过获取压力13)获取经过点r(Q，P)的泵Mj的Q-H扬程特性曲线j＝1，2，3；14)获取泵Mj的Q-H扬程特性曲线对应的频率Fj；15)获取泵Mj的Q-H扬程特性曲线与相似抛物线的交点aj和bj，j＝1，2，3；16)计算满足条件的泵Mj的高效运行性能参数ψj，ψj为非负数，ψj为参数aj、bj和r(Q，P)与对应高效区间AjBjCjDj的函数；17)求取ψi＝max{ψ1,ψ2,ψ3}对应的i，i＝1，2，3，控制器将对应的开关Si(t)＝1，Su＝0，u＝1,2,3∩u≠i，并更新k＝k+1；进行下一次采样，并标记输出流量值和变频器输出频率的采样值为q(k)和f(k)，并重复以上步骤。所述高效区域AjBjCjDj为额定频率fN的扬程特性曲线HN、最低频率fmin的扬程特性曲线Hmin、相似工况抛物线li1、相似工况抛物线li2围成的扇环形区域ψj为r(Q，P)到区域AjBjCjDj的几何中心点的距离的导数，其中j＝1，2，3。ψj为r(Q，P)是否处于AjBjCjDj区域内及r(Q，P)到AjBjCjDj边界曲线的距离的加权函数，其中j＝1，2，3。ψj为r(Q，P)是否处于AjBjCjDj区域内及r(Q，P)到aj、bj距离的加权函数，其中j＝1，2，3。本专利技术具有如下有益效果：一、本专利技术所述的流量控制系统及控制方法具有系统压力在线检测，无需压力传感器，节约了系统安装调试所需时间和成本，使得系统结构更加简单，系统成本更低；二、本专利技术所述的压力在线检测方法具有算法简单、检测速度快，实用性强和可靠性高等优点；三、本专利技术所述的流量控制系统及控制方法能在获取输出流量Q和扬程(或压力)P等数据的基础上，依据变频调速泵的扬程特性曲线具有平移特性，得到经过Q-H平面上点(Q,P)每台泵的扬程特性曲线，及该扬程曲线与相应的高效区间边界的交点。根据每台泵的高效区间与(Q，P)及交点之间的位置关系得到高效运行性能参数，进而基于效率最优原则智能切换到型号适当的泵Mi(i＝1，2，3)工作，确保系统高效运行，从而显著提高流量控制系统的工作效率；四、本专利技术所述的流量控制系统及控制方法可广泛适用于采用变频调速泵的流量控制领域，具有广泛的通用性。这是因为压力P满足公式因而可以利用时间常数τ的值来计算压力P。该公式由参数Δq(t)、Q、ΔF、F、Tb、Pb、Vb、T和t确定压力P。其中：Δq(t)、Q、ΔF、F、Tb、Pb、Vb、T和t分别表示为频率ΔF扰动运行时流量偏离相对稳定值的波动量、相对稳定运行时流量、频率扰动增量、稳定运行时变频器输出频率、气压罐额定运行时标称温度、气压罐额定运行时标称压力、气压罐额定运行时标称体积、当前环境温度和时间变量。压力计算公式与电机具体参数无关，具有广泛的通用性。附图说明图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流量控制系统及控制方法，其特征在于：其步骤如下：1)以采样周期Ts为间隔对流量控制系统的流量值和变频器的输出频率进行采样，并获取流量值q(k)和输出频率f(k)，其中k为采样次数；2)由PID控制算法求出t＝kTs时刻变频器的输出频率值f(k)＝f(k‑1)+Kp[e(k)‑e(k‑1)]+Kie(k)+Kd[e(k)‑2e(k‑1)+e(k‑2)]；其中，e(k‑1)、f(k‑1)分别为t＝(k‑1)Ts时刻的流量误差和变频器的输出频率；e(k‑2)为t＝(k‑2)Ts时刻的流量误差；Kp、Ki和Kd分别为预先设定的PID算法中的比例系数、积分系数和微分系数；流量误差e(k)＝Qset‑q(k)；其中，e(i)|i＜＝0＝0；Qset为设定输出流量值；q(k)为采样次数为k时的流量值，f(k)为采样次数为k时变频器的输出频率值；f(i)|i＜＝0＝0；3)并根据采样到的流量值q(k)和输出频率f(k)，建立由N个元素构成的流量值数组{q(i)}，以及变频器输出频率数组{f(i)}，其中i＝{k‑N+1,k‑N+2,...k}，N为预先设定的大于1的正整数，q(i)|i＜＝0＝0，f(i)|i＜＝0＝0；4)获取流量值数组{q(i)}的平均值...

【技术特征摘要】
1.一种流量控制系统及控制方法，其特征在于：其步骤如下：1)以采样周期Ts为间隔对流量控制系统的流量值和变频器的输出频率进行采样，并获取流量值q(k)和输出频率f(k)，其中k为采样次数；2)由PID控制算法求出t＝kTs时刻变频器的输出频率值f(k)＝f(k-1)+Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]；其中，e(k-1)、f(k-1)分别为t＝(k-1)Ts时刻的流量误差和变频器的输出频率；e(k-2)为t＝(k-2)Ts时刻的流量误差；Kp、Ki和Kd分别为预先设定的PID算法中的比例系数、积分系数和微分系数；流量误差e(k)＝Qset-q(k)；其中，e(i)|i＜＝0＝0；Qset为设定输出流量值；q(k)为采样次数为k时的流量值，f(k)为采样次数为k时变频器的输出频率值；f(i)|i＜＝0＝0；3)并根据采样到的流量值q(k)和输出频率f(k)，建立由N个元素构成的流量值数组{q(i)}，以及变频器输出频率数组{f(i)}，其中i＝{k-N+1,k-N+2,...k}，N为预先设定的大于1的正整数，q(i)|i＜＝0＝0，f(i)|i＜＝0＝0；4)获取流量值数组{q(i)}的平均值并判断流量控制系统是否处于相对稳定状态；5)在确定流量控制系统处于相对稳定状态时，则判断是否成立，其中θ为设定正值，Qset为设定输出流量；6)在确定不成立时，则视为当前工作的泵Mj最大扬程太小，j＝1，2，3，，令控制开关Sj＝0，控制Mj停止运行；同时，令控制开关Sj+1＝1，控制扬程大一级的泵Mj+1工作，j+1<＝3，更新k＝k+1；进行下一次采样，并标记输出流量值和变频器输出频率的采样值为q(k)和f(k)，重复以上步骤；7)在确定成立时，则获取变频器输出频率的平均值8)以此时刻标记为t＝0，给输出频率一个较小的扰动量ΔF，f(mTs)＝F+ΔF；9)在t＝mTs时刻，采样流...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志辉，钟蓉，李凯，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33