【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热交换器，尤其涉及一种基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制方法及系统。
技术介绍
1、近年来，随着工业技术的进步和应用领域的不断拓展，热交换器作为一种高效的换热装置已经在各个领域得到了广泛应用，尤其是在化工领域的加热和冷却中，热交换器的温度控制至关重要，它直接影响着生产过程的稳定性、产品质量以及设备的安全运行。
2、热交换器由内管（工作流体流经）和外管（加热流体流经）组成。工作流体（如水或油）流经内管，并在受热后被输送到另一个位置。内管通常由金属材料制成，如不锈钢等金属，以承受高温和高压条件。外管是内管的外包层，与内管管壁形成一个封闭的空间，以允许提供热量的流体（例如：高温流体）通过管壁将热量传递给工作流体。然而，在许多工业过程中，特定范围内的温度是实现最佳工艺效率和产品质量的关键参数，并且过高或过低的温度会对设备造成损坏或腐蚀，降低设备的使用寿命，出现生产线安全隐患，甚至引发火灾等事故。因此，通过对热交换器进行温度控制，确保流体温度在安全范围内，对于保证工艺效率、产品质量、设备安全和资源利用等方面具有重要意义。但目前，对热交换器系统温度控制方案的研究主要存在以下难点：
3、在实际热交换器系统中，工作流受管壁厚度、环境温度、空气压力等外界因素的影响，具有随机性和非线性特性。传统方法主要采用pid反馈控制，如何有效处理含有系统随机性和非线性的热交换器温度控制系统，使之达到预期的控制效果是现有技术中的难点。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技
2、基于上述目的，本专利技术提供了一种基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制方法，包括以下步骤：
3、s1、热交换器系统建模，建模得到的热交换器系统的状态空间表达式为：
4、
5、其中，和分别是水平和垂直方向的离散变量，表示工作流的温度，表示水平方向上前一位置的工作流温度，表示工作流的速度，，表示内管管壁的温度，表示加热流内的时间常数，和代表系统步长；
6、s2、根据热交换器系统模型，构建整体热交换器全局模糊二维马尔可夫跳变系统；
7、s3、采用并行分布补偿的方法设计模糊异步状态反馈控制器，模糊异步状态反馈控制器包含控制器的增益，将控制器带入热交换器全局模糊二维马尔可夫跳变系统，得到闭环模糊二维马尔可夫跳变系统：
8、 ；
9、其中是二维域中下一位置二维系统的状态，和分别表示二维系统的水平和垂直状态，是控制输出，是外界扰动，是闭环二维系统矩阵，是归一化模糊加权函数，是系统模态，是控制器模态；
10、s4、定义有限域有界性和严格耗散性，基于s3得到的闭环模糊二维马尔可夫跳变系统，计算闭环模糊二维马尔可夫跳变系统满足有限域有界性和严格耗散性的条件矩阵不等式；
11、s5、将s4得到的条件矩阵不等式转换为可解的线性矩阵不等式，求解出所设计的有限域模糊异步控制器及其增益，求解出的控制器满足热交换器温度控制系统的有限域有界性和严格耗散性，利用求解出的控制器对热交换器进行温度控制。
12、优选的，步骤s1中热交换器系统建模过程包括：
13、建立带有非线性和随机性的热交换器热力学方程：
14、；
15、其中表示位置轴，表示时间轴，表示微分，是工作流的质量，是工作流的比热容系数，表示工作流的质量流量，是热交换器的工作长度，是换热系数，是换热面积；
16、引入时间常数，在加热流内的时间常数记为，工作流的速度为，将热交换器热力学方程改写为：
17、 ；
18、对所有导数利用微分差商法，得到：
19、；
20、通过定义，将热交换器热力学方程转化为如下状态空间表达式：
21、 。
22、优选的，步骤s2具体包括：建立如下整体热交换器二维模糊马尔可夫跳变系统：
23、
24、
25、其中，，是第个模糊规则并且是总的规则数，是预设的已知的前提变量，是模糊集，是二维域中下一位置二维系统的状态，和分别表示二维系统的水平和垂直状态，是控制输出，是控制输入，是外界扰动，均为依赖于马尔可夫链的系统矩阵，并且遵循转移概率；
26、进一步得到全局模糊二维马尔可夫跳变系统：
27、；
28、其中，是在模糊集中的隶属度。
29、优选的，步骤s3具体包括：
30、采用并行分布补偿的方法设计以下模糊异步状态反馈控制器：
31、
32、 ；
33、其中是控制器的增益，控制器模态依赖于系统模态，并且遵循转移概率；
34、将控制器代入步骤s2得到的状态空间表达式中，得到闭环模糊二维马尔可夫跳变系统：
35、 ；
36、其中，，是闭环二维系统矩阵，是归一化模糊加权函数，是系统模态，是控制器模态。
37、优选的，步骤s4具体包括：
38、设置系统状态有限域有界性定义为：
39、；
40、其中，分别是水平和垂直方向上的初始状态值，是权重矩阵，，分别是水平和垂直方向上的初始边界值，是有限域有界值；
41、系统有限域严格耗散性定义为：
42、；
43、其中，，是合适维度的实矩阵，上标t表示转置；
44、定义李雅普诺夫函数：
45、；
46、其中是水平方向上的李雅普诺夫函数，是垂直方向上的李雅普诺夫函数，vh和vv是代替表示xt和rx的符号；
47、建立如下条件矩阵不等式：
48、
49、；
50、其中，，，，，，均为模糊规则；
51、根据建立的条件矩阵不等式，引入基于有限域有界性的动态不等式为：
52、
53、引入基于有限域严格耗散性的动态不等式为：
54、
55、其中。
56、优选的，步骤s5进一步包括：
57、引入松弛矩阵g满足，将s4建立的条件矩阵不等式中的耦合项转化为，并得到如下可解的线性矩阵不等式：
58、；
59、其中，，，
60、，，，；
61、对条件矩阵不等式应用schur舒尔补引理，得到简化的线性矩阵不等式：
62、；
63、通过matlab中的lmi工具箱，求解出所设计的有限域模糊异步控制器及其增益。
64、本专利技术还提供一种基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制系统，包括管中管热交换器模块和温度控制器模块，上述管中管热交换器模块包括内管和外管，工作流体流经内管，外管是内管的外包层，与内管管壁形成一个封闭的空间，以允许本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制方法，其特征在于，步骤S1中热交换器系统建模过程包括：
3.根据权利要求1所述的基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制方法，其特征在于，步骤S2具体包括：建立如下整体热交换器二维模糊马尔可夫跳变系统：
4.根据权利要求3所述的基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
6.根据权利要求5所述的基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制方法，步骤S5进一步包括：
7.一种基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制系统，包括管中管热交换器模块和温度控制器模块，其特征在于，所述管中管热交换器模块包括内管和外管，工作流体流经内管，外管是内管的外包层，与内管管壁形成一个封闭的空间，以允许提供热量的流体通过管壁将热量传递给工作流体，所述温
...【技术特征摘要】
1.一种基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制方法，其特征在于，步骤s1中热交换器系统建模过程包括：
3.根据权利要求1所述的基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制方法，其特征在于，步骤s2具体包括：建立如下整体热交换器二维模糊马尔可夫跳变系统：
4.根据权利要求3所述的基于模糊技术和跳变机制的热交换器温度控制方法，其特征在于，步骤s3具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于模糊技术和跳变机制的...
【专利技术属性】
技术研发人员：何舒平，魏佳宝，任乘乘，王广宇，程纬地，方健康，王龙龙，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：
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