一种流量控制系统压力测量方法技术方案

本发明专利技术提供一种流量控制系统压力测量方法,建立流量控制系统在稳态时的压力值P与t∈[0,Td]的流量变化量Δq1(t)的关系式，并根据稳态状态下的流量检测，来获取稳态时的压力值P，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管网压力测量，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。

A pressure measurement method for flow control system

The present invention provides a pressure measurement method for flow control system, establishes the relationship between the pressure value P of the flow control system in steady state and the flow variation Q1 (t) of T < [0, Td], and obtains the pressure value P in steady state according to the flow detection in steady state, which can be realized without pressure detection sensor and auxiliary circuit. Pressure measurement of pipeline network saves the time and cost of installation and debugging of pressure sensor and auxiliary processing circuit, and makes the system structure simpler and the system cost lower.

【技术实现步骤摘要】
一种流量控制系统压力测量方法
本专利技术属于测控领域，具体涉及一种流量控制系统压力测量方法，尤其适用恒流量控制系统的压力测量。
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。早期流量调节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。当前主要采用变频调速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。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，管阻变大，在设定流量情况下，泵出口和管网压力急剧增大，导致输送管道及相关连接元件故障风险升高。除此之外，由于泵出口压力的急剧增大，致使变频流量控制系统的功率急剧增加，导致变频器及泵的过载运行，增加了变频流量控制系统的故障风险。为了防范该故障，一般在泵出口处或者管网关键节点处增加压力传感器，用于实时检测管网中的压力，确保系统安全稳定运行。但该方案由于需要增加压力检测传感器，一方面增加了管网的复杂性和硬件成本，另一方面变频流量控制系统需要在软硬件方面增加相应的功能模块，比如信号调理电路、采样电路、软件处理程序等。
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压力测量方法。本专利技术提供一种流量控制系统压力测量方法，其步骤如下：1)建立流量控制系统在稳态时的压力值P与t∈[0,Td]的流量变化量Δq1(t)的关系式：其中；P为管网压力值，F为变频器输出频率，Q为进出液体流量，T为环境温度，Tb为气压罐额定温度，Vb为气压罐气室额定体积，Pb为气压罐气室额定压力，t为时间变量，Td为预先定义的观测时间长度，ΔF为频率扰动增量；2)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；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)}的平均值并从中获取并判断是否满足：σq≤εq，来识别流量控制系统是否处于稳定状态，其中：εq为设定正值；5)在确定该流量控制系统处于稳定状态时，则获取变频器输出频率数组的平均值6)并将初次识别流量控制系统处于稳定状态的时刻作为t＝0时刻，并对输出频率提供一个固定的扰动量ΔF，f(mTs)＝F+ΔF，m为周期的次数；7)判断m＞M，在其不成立时，则在t＝mTs时刻，采样流量值q(m)，得到流量变化量Δq(m)＝q(m)-Q；若成立，则令k＝k+1，继续下一次采样；8)判断在其不成立时，则将压力估计值Pg[m]及Q、F、ΔF、Pb、Vb、T和t＝mTs代入步骤一中建立的关系式并得到对应时刻流量变化量估计值Δqg(m)，其中m＝1,2,…,M，Td为预先定义的观测时间长度；其中Pg[1]＝P1g，其中P1g为任意设定的压力估计值的初始值；9)再通过获取的流量变化量Δq(m)和流量变化量估计值Δqg(m)，得到两者之间的误差序列Δ0(m)＝|Δq(m)-Δqg(m)|,获取Δq(m)、Δqg(m)的相关系数ξ(m)：分辨系数γ＝0.5；其中：Δ(min)＝0；Δ(max)＝1；10)并依据步骤9)中得到的Δq(m)、Δqg(m)的相关系数ξ(m)，并判断ξ(m)＞＝0.97是否成立；11)若步骤10)成立，则确定估计值Pg[m]为流量控制系统的实际压力值，即P＝Pg[m]为系统压力值，若步骤10)不成立，则更新变量：m＝m+1；并重新进入步骤7)。步骤1)中包括以下步骤：①建立流量控制系统水泵输出功率方程：其中：ρ×q1(t)×p(t)为泵的轴功率，η为泵的效率，即电机有效功率与轴输出功率之比，s为转差率，R1,R2,X1σ,X2σ,m1,ku2为泵电机的固有参数，为电机的输出功率；②对步骤①的方程进行小信号扰动，得到关系式简化为QΔp(t)+PΔq1(t)+Δq1(t)Δp(t)＝k'(2FΔF+ΔF2)，其中：q1(t)＝Q+Δq1(t)，f(t)＝F+ΔF，p(t)＝P+Δp(t)，k'＝ηkρ，③在t∈[0,Td]获得系统的小信号模型方程：④获取在t∈[0,Td]，气压罐液室的体积变化量；并由此获取t∈[0,Td]时液室体积气室体积并根据理想气体方程得到气压罐的气室压力变化量并由此获取管网压力变化量确定pa(0)＝P，则获得⑤根据步骤③和步骤④获得并最终得到步骤4)中获取流量值数组{q(i)}的平均值并求解判断是否满足：σq≤εq，其中：εq为设定正值，若其满足，则认为流量控制系统处于稳定状态。本专利技术具有如下有益效果：一、与现有通过安装压力传感器方案相比，本专利技术无需压力检测传感器及辅助电路即可实现管网压力测量，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；二、本专利技术所述的流量控制系统压力测量方法具有检测速度快，可靠性高，实用性强等特点；可有效保护管网污垢沉淀严重情况下变频器、泵超载运行引起的故障，为管网、变频系统安全、高效运行提供可靠保证。附图说明图1为流量控制系统的结构简图；图2为流量控制系统扬程-管阻特性图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术实施例作进一步说明：本专利技术提供了一种流量控制系统压力测量方法，主要建立了流量控制系统的数学模型，并依据建立的数学模型给出了压力测量方法。流量控制系统数学模型的建立过程如下：流量控制系统简图如图1所示，主要包括液体源、单向阀2、泵M、流量检测装置3、气压罐4、控制器5和变频器6等。液体源主要为需要进行流量控制的液体介质，可以是水、油或其他液体；单向阀2主要功能是防止液体倒流；泵M通过叶轮片高速旋转将液体源中的液体输送到管道；流量检测装置3用于检测出口流量；气压罐4主要是稳定管网压力的功能；控制器5主要实现相关参数的输入、运行状态的显示及系统控制程序的运行；变频器6主要通过接收控制器发出的控制量，调节泵转速，实现泵输出流量控制。变量说明如下：q1(t)为泵出口流量；q2(t)为稳压罐出口流量；p(t)为管网的压力值；f(t)为变频器输出频率；气压罐气室体积为v1(t)；气压罐气室压力pa(t)，气压罐液室体积为v2(t)，气压罐截面积为S，气压罐总体积为Vz，气压罐额定压力值Pb,气压罐气室额定体积Vb,气压罐额定温度Tb，环境温度为T(t)，t为时间变量,ρ为液体密度,g为重力加速度。流量控制系统稳态时：管网压力值为P，变频器输出频率为F，进出液体流量为Q，环境温度为T，气压罐气室体积为V1，液室体积为V2，上述所有量的单位均为国际单位。定义t＝0时刻为系统以频率F稳定运行的最后时刻，即存在：假设在[0,Td]时间内泵的运行频率为：f(t)＝F+ΔF，ΔF为频率扰动增量，通常情况下|ΔF|＜＜F；Td为预先定义的观测时间长度，为大于0的时间值，依据流量控制系统性能指标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流量控制系统压力测量方法，其特征在于：其步骤如下：1)建立流量控制系统在稳态时的压力值P与t∈[0,Td]的流量变化量Δq1(t)的关系式：

【技术特征摘要】
1.一种流量控制系统压力测量方法，其特征在于：其步骤如下：1)建立流量控制系统在稳态时的压力值P与t∈[0,Td]的流量变化量Δq1(t)的关系式：其中；P为管网压力值，F为变频器输出频率，Q为进出液体流量，T为环境温度，Tb为气压罐额定温度，Vb为气压罐气室额定体积，Pb为气压罐额定压力，t为时间变量，Td为预先定义的观测时间长度，ΔF为频率扰动增量；2)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；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)}的平均值并从中获取并判断是否满足：σq≤εq，来识别流量控制系统是否处于稳定状态，其中：εq为设定正值；5)在确定该流量控制系统处于稳定状态时，则获取变频器输出频率数组的平均值6)并将初次识别流量控制系统处于稳定状态的时刻作为t＝0时刻，并对输出频率提供一个固定的扰动量ΔF，f(mTs)＝F+ΔF，m为周期的次数；7)判断m＞M，在其不成立时，则在t＝mTs时刻，采样流量值q(m)，得到流量变化量Δq(m)＝q(m)-Q；若成立，则令k＝k+1，继续下一次采样；8)判断在其不成立时，则将压力估计值Pg[m]及Q、F、ΔF、Pb、Vb、T和t＝mTs代入步骤一中建立的关系式并得到对应时刻流量变化量估计值Δqg(m)，其中m＝1,2,…,M，Td为预先定义的观测时间长度；其中Pg[1]＝P1g，其中P1g为任意设定的压力估计值的初始值；...

【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：温州大学激光与光电智能制造研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33