CN100529607C - 吸收式制冷机的控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

在吸收式制冷机系统中，该制冷机的控制输入是由容积阀控制的热源，而容积阀反过来又由PI控制器控制。上述控制器通过非线性控制函数控制。在运行过程中，测量出系统中的扰动，将信号差值定义为出口冷媒水的设定值减去上述扰动。上述非线性控制函数由C(s)＝KP0(1+b|E|)+KI/s表示，其中KP0是信号差值为零时的增益系数，|E|是信号差值的绝对值，b是调节常数，KI是积分增益系数。

Description

吸收式制冷机的控制方法和系统
技术领域
本发明总的来说涉及吸收式制冷机的领域，更具体地讲涉及一种用于吸收式制冷机的非线性控制器。
背景技术
在吸收式制冷机中，冷媒水出口管道上的冷媒水温度受到诸如入口冷媒水的温度和入口冷却水的温度等这样的扰动的直接影响。由于控制制冷机系统的唯一控制点为用来控制提供给系统的热量的容积阀，不管该热量来自蒸气还是气体燃烧，而且由于该系统是以化学作用基础的，因此该系统的机械动态特性相对较低。目前的容量控制慢慢地消除了上述扰动产生的变化。
发明内容
简单地说，在吸收式制冷机系统中，对制冷机的控制输入是由容积阀控制的热源，容积阀反过来又由PI控制器控制。上述控制器是通过非线性控制函数控制的。在运行过程中，测量出系统中的扰动。将信号差值定义为出口冷媒水的设定值减去上述扰动。非线性控制函数由C(s)＝KP0(1+b|E|)+KI/s表示，其中KP0是信号差值为零时的增益系数，|E|是信号差值的绝对值，b是调节常数，KI是积分增益系数。
根据本发明的实施例所述，在吸收式制冷机系统中，所述制冷机的控制输入是由容积阀控制的热源，所述容积阀由PI控制器控制，控制上述吸收式制冷机系统的方法包括以下步骤：(a)测量所述系统中的扰动；(b)将信号差值定义为设定值减去所述扰动；(c)根据所述PI控制器中的控制函数控制所述容积阀，其中所述控制函数由C(s)＝KP0(1+b|E|)+KI/s表示，其中KP0是信号差值为零时的增益系数，|E|是信号差值的绝对值，b是调节常数，KI是积分增益系数。
根据本发明的实施例所述，在吸收式制冷机系统中，所述制冷机的控制输入是由容积阀控制的热源，所述容积阀由PI控制器所控制，控制上述吸收式制冷机的控制系统包括以下装置：用于测量所述制冷机中的扰动的装置；用于将信号差值定义为设定值减去所述扰动的装置；根据所述PI控制器中的控制函数控制所述容积阀的装置，其中所述控制函数由C(s)＝KP0(1+b|E|)+KI/s表示，其中KP0是信号差值为零时的增益系数，|E|是信号差值的绝对值，b是调节常数，KI是积分增益系数。
附图说明
图1示出了典型的吸收式制冷机系统的示意图；
图2示出了用于图1所示吸收式制冷机系统的控制示意图；和
图3示出了根据本发明实施例的控制方法中的步骤。
具体实施方式
参照图1，其示出了典型的吸收式制冷机系统10的示意图。其它类型的吸收式系统可以采用更多的级或更少的级，也可以采用并联循环，而非串联循环。因此可以理解，图1所示的吸收式系统仅仅是可以选作用来为本发明的说明提供说明性背景的许多类型的吸收式系统中的一种。本发明的控制方法和装置可以应用于这些类型的加热和冷却系统中的任何一种。
吸收式制冷机系统10是一个封闭流体系统，它运行在制冷模式或加热模式下，该系统工作在哪种模式下取决于制冷剂-吸收剂溶液中吸收剂的浓度和系统中液体的总量。当系统10运行在制冷模式下时，上述溶液最好具有相对较高的第一吸收剂浓度，也就是说，吸收剂相对较浓而制冷剂相对较稀，而系统中的液体总量相对较少。当系统10运行在加热模式下时，上述溶液最好具有相对较低的第二吸收剂浓度，也就是说，吸收剂较稀而制冷剂较浓，而系统中的液体总量相对较多。在下面对运行在这些模式下的系统10的简要描述中，假定系统10采用水做制冷剂，采用具有很强吸水性的溴化锂作吸收剂。
系统10包括并排设置在常见壳体21中的蒸发器19和吸收器20。当系统10运行在制冷模式下时，在该过程中使用的液态制冷剂在蒸发器19中蒸发，在这里制冷剂吸收通常为水的液体的热量，而将水冷却。冷媒水通过进入冷媒水管道23a、流出冷媒水管道23b这样的方式穿过蒸发器19。蒸发器19中产生的制冷剂蒸气进入吸收器20中，在该吸收器中制冷剂蒸气与吸收剂混合而形成稀溶液。在上述吸收过程中产生的热量由冷却水管道24从吸收器20中带走。
通过溶液泵25将吸收器20中形成的稀溶液抽出。上述溶液通过输送管29顺序流过第一低温溶液热交换器27和第二高温溶液热交换器28。上述溶液与从该系统中采用的高温发生器16和低温发生器36这两个发生器返回吸收器20的相对较浓的溶液发生热量交换，从而当稀溶液流入发生器16、36时使稀溶液温度提高。
在离开低温溶液热交换器27时，溶液中的一部分经由低温溶液管道31进入低温发生器36。剩余的溶液输送通过高温溶液热交换器28，并经由溶液管道30进入高温发生器16。高温发生器16中的溶液由燃烧器50加热，以使制冷剂蒸发，从而将制冷剂从溶液中去除。从气体管道54和气体管道56，并经由容积阀52为燃烧器50供气。控制阀52控制传递给系统的热量。或者可选择传递给系统的热量来自于由蒸气阀(未示出)控制的蒸气管道。由高温发生器16产生的制冷剂蒸气穿过蒸气管道35、低温发生器36、相配的膨胀阀35A，到达冷凝器38。其它的制冷剂蒸气通过低温发生器36加入到冷凝器38中，低温发生器36与冷凝器38一起容纳在壳体37中。在低温发生器36中，从管道31进入的稀溶液被穿过蒸气管道35的已蒸发制冷剂加热，并加入高温发生器16产生的制冷剂蒸气中。在冷凝器38中，来自两个发生器16、36的制冷剂蒸气与流经管道24的冷却水发生热交换，并凝结成液态制冷剂。
在冷凝器38中冷凝的制冷剂在重力作用下，经由合适的J管52进入蒸发器19。制冷剂集中到蒸发器的箱体44中。制冷剂泵43通过吸入管道46与蒸发器19的箱体44连接，并且将该制冷剂泵设置成通过供应管道47将收集在箱体44中的液态制冷剂返回喷头39。制冷剂中的一部分蒸发，从而将流过冷媒水管道23的水冷却。喷淋到冷媒水管23上的所有制冷剂都由制冷剂泵43通过供应管道47提供。
浓吸收溶液从两个发生器16、36流回到吸收器20中，以便在吸收式循环中重新利用。当浓溶液返回的时候，来自高温发生器16的浓溶液经由溶液回管40穿过高温溶液热交换器28，和低温溶液热交换器27。离开低温发生器36的浓溶液借助支流管道42接入溶液回管中，该支流管道在低温溶液热交换器27的入口处与上述回管汇合。
在系统10的不同部位设置了传感器，包括冷却水管道24中的温度传感器72、74、76、78，冷媒水出口管道23b上的温度传感器82，以及冷媒水进口管道23a上的温度传感器84。这些传感器的输出与诸如PI控制器70这样的控制器连接。除了接收在此示为设定点86的温度调节装置的输入外，控制器70还包括与容积阀52的连接。
冷媒水出口管道23b内的冷媒水的温度直接受以下扰动的影响，例如水管道23a中的进口冷媒水的温度(传感器84)和冷却水管道24中的进口冷却水的温度(传感器74)。由于系统的唯一控制点是容积阀52，也由于系统是以化学作用为基础的，因此系统的机械动态特性比较慢。现在的容量控制技术慢慢地消除了上述扰动带来的变化。
现在依靠建立在PI控制器70中的比例积分(PI)控制逻辑来控制容积阀52。传送给容积阀52用来控制燃烧器50的输出信号是设定差值的函数，所述差值即为来自设定点86的冷媒水出口设定值减去由传感器82测出的冷媒水出口温度的差值。正如本领域技术中公知的一样，PI控制器的比例部分是上述差值乘以常数，即比例增益系数KP，而积分部分包括上述差值对时间的积分，并乘以积分增益系数KI。基本的PID控制器的传递函数为Gc(s)＝KP+KDs+KI/s，但是当上述控制器仅仅用作PI控制器时，不会用到微商增益，那么就可以去掉KDs项。这样，PI控制器的基本传递函数就以Gc(s)＝KP+KI/s表示。
参照图2，示出了吸收式系统10的控制示意图。现有的容量控制规则用C(s)表示，而G(s)是吸收式系统10的传递函数。本发明中非线性适应性增益之后潜在的思想在于，非线性的过程最好用非线性控制器来控制。重要的是，通过将控制器传递函数表示为信号差值的函数，使得控制器传递函数中的比例增益系数KP是可变的，该差值为设定值减去测量值，即：
KP＝KP0(1+b|E|)
其中KP0是信号差值为零时的增益系数，|E|是信号差值的绝对值，b是调节常数。由于比例增益系数KP已经乘以上述差值，那么这个表达式使得输出信号与上述差值的平方成比例。从而C(s)＝KP+KI/s＝KP0(1+b|E|)+KI/s。
采用这个表达式的优点在于，可以采用值较小的KP0，以便上述系统在设定值附近是稳定的，从而使得冷媒水设定值的过冲量和下冲量得以大大的降低。
当大的扰动进入上述系统时，上述差值的大小导致产生大的增益，该增益用来迅速驱动对燃烧器的控制，以处理暂态扰动。利用这个表达式还有下述优点，即降低设定值周围的信号噪音的影响，从而避免了出口冷媒水温度的连续振荡。这个控制算法只需对现有控制方法作出最小的修改，但是它对当今燃烧器的比例一积分控制作出了显著的改进。
参照图3，其示出了本发明所述方法的步骤。在步骤90中，测量进入系统的扰动。上述扰动最好是冷媒水的温度，而且可以采用进口冷媒水的温度或者出口冷媒水的温度。在步骤92中，将信号差值定义为出口冷媒水温度的设定值减去上述扰动。然后在步骤94中，吸收式制冷机10的容积控制阀由采用上述非线性控制函数的PI控制器70控制。
尽管只是参照特定的优选实施例和附图对本发明进行了说明，但是本领域的技术人员明白，本发明并不局限于上述优选实施例，在不偏离下面的权利要求所限定的本发明的保护范围的前提下，可以对本发明作出各种修改和类似变动。

Claims (4)

1.一种控制吸收式制冷机系统的方法，其中所述制冷机的控制输入是由容积阀控制的热源，所述容积阀由PI控制器控制，所述控制方法包括以下步骤：
测量所述系统中的扰动；
将信号差值定义为设定值减去所述扰动；和
根据所述PI控制器中的控制函数控制所述容积阀，其中所述控制函数由C(s)＝KP0(1+b|E|)+KI/s表示，其中KP0是所述信号差值为零时的增益系数，|E|是信号差值的绝对值，b是调节常数，KI是积分增益系数。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述设定值决定所述制冷机的希望的出口冷媒水温度，所述扰动是所述制冷机入口冷媒水的温度。
3.一种用于吸收式制冷机的控制系统，其中所述制冷机的控制输入是由容积阀控制的热源，所述容积阀由PI控制器控制，所述控制系统包括以下装置：
用于测量所述制冷机中的扰动的装置；
用于将信号差值定义为设定值减去所述扰动的装置；和
根据所述PI控制器中的控制函数来控制所述容积阀的装置，其中所述控制函数由C(s)＝KP0(1+b|E|)+KI/s表示，其中KP0是信号差值为零时的增益系数，|E|是信号差值的绝对值，b是调节常数，KI是积分增益系数。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于所述设定值决定所述制冷机的希望的出口冷媒水温度，所述扰动是所述制冷机入口冷媒水的温度。
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