流体机械及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种流体机械。流体机械包括控制器、受控厂以及观察器。控制器用以依据流体的实际压力值与目标压力值之间的差值而产生第一信号。受控厂响应于第一信号与第二信号之间的第一差值产生输出信号。观察器包括反向模型。反向模型通过对受控厂的物理模型进行反运算而被建立。输出信号经过反向模型产生第三信号。第三信号经过滤波处理后产生前述第二信号。号。号。

【技术实现步骤摘要】
流体机械及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种流体机械，尤其涉及一种流体机械及其控制方法。

技术介绍

[0002]空气压缩机(Air compressor)是指用来压缩空气藉以提高气体压力的机械，其可为各类的工具、运输设备、提拉设备和抓举设备提供动力。因此，空气压缩机广泛地被用于机械制造、冶金、造船、电子、化工以及石油天然气等领域。
[0003]空气压缩机腔内的空气压力被希望维持在预期的压力带中，因此压力的控制机制是不可或缺的。一般来说，可以通过例如PI控制器(比例
‑
积分控制器)或PID控制器(比例
‑
积分
‑
微分控制器)来对压力值进行控制。然而，在客户端的实际用量突然产生较大的变化的情况下，PI控制器或PID控制器将工作压力调升到较高的目标值的速度并不够迅速，导致腔内的压力值持续下降。
[0004]因此，需要提出一种解决方案，以在客户端实际用量产生变化时能够快速达到需求的目标工作压力值。

技术实现思路

[0005]本专利技术是针对一种流体机械及其控制方法，具有快速达到需求的目标工作压力值的优点。
[0006]本专利技术的流体机械包括控制器、受控厂以及观察器。控制器用以依据流体的实际压力值与目标压力值之间的差值而产生第一信号。受控厂响应于第一信号与第二信号之间的第一差值产生输出信号。观察器包括反向模型。反向模型通过对受控厂的物理模型进行反运算而被建立。输出信号经过反向模型产生第三信号。第三信号经过滤波处理后产生前述第二信号。
[0007]本专利技术的流体机械的控制方法适用于空气压缩装置。流体机械包括控制器、受控厂以及观察器。流体机械的控制方法包括：由控制器依据流体的实际压力值与目标压力值之间的差值而产生第一信号；由受控厂响应于第一信号与第二信号之间的第一差值产生输出信号。其中，输出信号经过观察器的反向模型产生第三信号。反向模型通过对受控厂的物理模型进行反运算而被建立。并且，第三信号经过滤波处理后产生第二信号。
[0008]基于上述，本专利技术通过设置观察器来估测干扰量，并据此调整控制器所产生的第一信号。因此，本专利技术在面临外部干扰(例如客户端用量突增)时对于目标压力值具备较佳的追溯能力，并可进一步提升效率。
附图说明
[0009]图1示出本专利技术的流体机械的控制机制的方块示意图；
[0010]图2示出本专利技术的流体机械的控制方法的步骤示意图；
[0011]图3示出本专利技术一实施例的流体机械的控制机制的方块示意图；
[0012]图4示出本专利技术一实施例的流体机械的控制机制的方块示意图；
[0013]图5承接图3与图4，示出滤波器F所进行的滤波处理的步骤流程图；
[0014]图6承接图4，示出以限幅器SA2处理信号D3的步骤流程图；
[0015]图7示出流量随时间变化的曲线示意图；
[0016]图8示出压力随时间变化的曲线示意图；
[0017]图9示出压力随时间变化的曲线示意图。
具体实施方式
[0018]现将详细地参考本专利技术的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
[0019]图1示出本专利技术的流体机械的控制机制的方块示意图。在本实施例中，流体机械可以是空气压缩机。请见图1，流体机械100包括非线性受控厂(plant)110、干扰观察器(observer)120、控制器C、运算器101以及运算器103。非线性受控厂110包括运算器102以及受控厂G。干扰观察器120包括反向模型G*、运算器104以及滤波器F。
[0020]在本实施例中，控制器C可以是闭回路控制器，一般为PI控制器(比例
‑
积分控制器)或PID控制器(比例
‑
积分
‑
微分控制器)。控制器C用以依据流体(例如空气)的实际压力值与目标压力值的差值来产生信号S1，即流量控制信号。运算器101用以计算信号S1与信号S2的差值以产生信号S3。运算器102用以产生信号S4，其中信号S4为信号S3与外来干扰成分d(例如客户端用量突然改变)的总和。受控厂G响应于信号S4产生输出信号(对应实际压力值P)。以图1为例，马达频率命令(即信号S3)经过非线性受控厂110后实际呈现出压力(即实际压力值P)。因此，非线性受控厂110可包含整个系统，例如受控厂G包含压缩机(包括压缩装置、变频器以及马达)、空气筒、管路体积等。马达频率干扰(即干扰成分d)则可能包含机台产气设备、客户端所有用气设备以及其他非线性部分。在本实施例中，受控厂G的输入与输出可分别为流量与压力。
[0021]信号S5表示经侦测得到的输出信号，其中包含噪声，以运算器103与噪声成分n来表示。反向模型G*是通过对受控厂G的物理模型进行反运算而被建立的。信号S5经过反向模型G*产生信号S6。在本实施例中，反向模型G*的输入与输出可分别为压力与流量。运算器104用以计算信号S6与信号S3的差值，以产生信号S7。滤波器F用以对信号S7进行滤波处理以产生信号S2。
[0022]图2示出本专利技术的流体机械的控制方法的步骤示意图，其中流体机械可以是空气压缩机。请同时参见图1与图2，流体机械100可包括前述的控制器C、受控厂G以及观察器120。首先由控制器C依据流体的实际压力值与目标压力值之间的差值而产生第一信号(相当于信号S1)(步骤S210)。接着，由受控厂G响应于第一信号与第二信号之间的差值(相当于信号S4，即信号S2与信号S3之间的差值以及干扰成分d的总和)产生输出信号(步骤S220)。最后，受控厂G输出信号(对应实际压力值P)。经感测得到的信号S5(包括实际压力值P与感测过程中掺入的噪声成分n)通过观察器120的反向模型G*产生第三信号(相当于信号S6)。其中，反向模型G*是通过对受控厂G的物理模型进行反运算而被建立，并且第三信号经运算后再经滤波处理以产生第二信号(相当于信号S2)(步骤S230)。下面将以图3来详细说明本专利技术的流体机械的控制机制。
[0023]图3示出本专利技术一实施例的流体机械的控制机制的方块示意图。请见图3，流体机械300可包含控制系统310与物理系统320。在控制系统310中，运算器105用以计算经感测的流体的实际压力值P(带有噪声成分n)与目标压力值Pc的差值，以产生信号Pe。控制器C用以依据信号Pe来产生信号Y1(相当于图1的信号S1)。运算器101用以计算信号Y1与信号Y2(相当于图1的信号S2)的差值。运算器101的运算结果经过限幅器SA1后被传输至压缩设备E(即信号Y)。设置限幅器SA1的目的在于使运算器101的运算结果不会超出压缩设备E允许的最低值与最高值，也就是将运算器101的运算结果限制在一个数值区间。在本实施例中，限幅器SA1可以指饱和限制器，并且压缩设备E允许的最低值与最高值是指马达频率的最低值与最高值。
[0024]压缩设备E的输入与输出可分别为马达频率与流量。然而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流体机械，其特征在于，包括：控制器(C)，用以依据流体的实际压力值(P)与目标压力值(Pc)之间的差值而产生第一信号(S1)；受控厂(G)，响应于所述第一信号(S1)与第二信号(S2)之间的第一差值(S3)产生输出信号(P)；以及观察器(120)(observer)，包括：反向模型(G*)，通过对所述受控厂(G)的物理模型进行反运算而被建立，其中，所述输出信号(P)经过所述反向模型(G*)产生第三信号(S6)，并且所述第三信号(S6)经运算后再经过滤波处理以产生所述第二信号(S2)。2.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，其中所述观察器还包括：第一运算器(104)，依据时间间隔周期性地计算所述第三信号(S6)与所述第一差值(S3)之间的差值(S7)，以依序获得针对所述受控厂(G)的输入信号中的干扰成分的先前估测干扰量以及当前估测干扰量；以及滤波器(F)，用以：依据通过频带、所述时间间隔以及所述先前估测干扰量进行所述滤波处理，并以处理结果更新所述当前估测干扰量，以产生更新后当前估测干扰量，藉此产生所述第二信号(S2)。3.根据权利要求2所述的流体机械，其特征在于，其中所述观察器还包括：限幅器(SA2)，用以在所述更新后当前估测干扰量经过增益运算后，将运算结果限制于数值区间，以产生所述第二信号(S2)。4.根据权利要求2或3所述的流体机械，其特征在于，其中所述滤波器(F)还用以：对所述通过频带与所述时间间隔进行指数运算以产生系数；以及基于所述系数，依据所述先前估测干扰量以及更新后先前估测干扰量来执行内插运算，以产生所述滤波处理的处理结果。5.根据权利要求4所述的流体机械，其特征在于，其中所述滤波器(F)还用以：依据数学式exp(
‑
2π
f
ΔT)执行所述指数运算以获得所述系数，其中f代表所述通过频带，ΔT代表所述时间间隔；执行所述内插计算，以对第一比例的所述先前估测干扰量与第二比例的所述更新后先前估测干扰量进行加总，藉此得到所述滤波处理的处理结果，其中，所述第二比例等于所述系数且所述第一比例与所述第二比例的和为1。6.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，其中所述观察器(120)还包括：第一运算器(104)，耦接所述滤波器(F)，用以在第一时间点计算所述第三信号(S6)与所述第一差值(S3)之间的差值(S7)，以获得针对所述受控厂(G)的输入信号中的干扰成分的第一估测干扰量；以及滤波器(F)，以所述第一估测干扰量做为第一滤波结果，其中所述第一滤波结果经过增益运算以产生所述第二信号(S2)，所述第一估测干扰量被储存以更新第一存储器的数据，并且所述第一滤波结果被储存以更新第二存储器中的数据，其中，所述第一运算器(104)还用以在所述第一时间点之后的第二时间点计算所述第三信号(S6)与所述第一差值(S3)之间的差值(S7)，以获得针对所述受控厂(G)的输入信号
中的干扰成分的第二估测干扰量，其中所述第一时间点与所述第二时间点之间具有时间间隔，其中，所述滤波器(F)还用以在所述第二时间点依据通过频带、所述时间间隔、所述第一存储器与所述第二存储器中的数据进行滤波处理，以产生第二滤波结果，其中所述第二滤波结果经过所述增益运算以产生所述第二信号(S2)，所述第二估测干扰量被储存以更新所述第一存储器的数据，并且所述第二滤波结果被...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭庭毓，黄诣超，
申请(专利权)人：復盛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：