CN102087531B - 液体泵的流量控制方法 - Google Patents

Abstract

一种液体泵的流量控制方法，其特征在于包括步骤：(a)确定需要输出的流量值x；(b)初始化变量j为1；(c)确定流量值x是否大于等于流量值x_j且小于流量值x_j+1，其中，流量值x_j是当液体泵电机的转速处于预定的转速y_j时液体泵输出的实际流量值，y_j小于y_j+1，j∈[1，N-1]，N为大于1的自然数；(d)如果确定流量值x大于等于x_j+1，则j＝j+1，执行步骤(c)；(e)如果确定流量值x大于等于流量值x_j且小于流量值x_j+1，则根据流量值x_j、x_j+1以及液体泵电机的转速y_j、y_j+1来确定液体泵电机的转速y_out；(f)将液体泵电机的转速调整为在步骤(e)确定的转速y_out。

Description

液体泵的流量控制方法

技术领域

本发明涉及流量控制，更具体地讲，涉及一种液体泵的流量控制方法。

背景技术

在实际生产生活中，水泵房等供液系统由于设备因素的影响以及液体泵的一些固有特性，决定了它是一个具有大惯性、纯滞后和非线性的系统，供液流量将随着其它工艺条件的变化而发生变化。目前此类系统生产过程所采用的控制方案及手段主要还是传统PID控制和查表前馈控制方法。

在利用PID进行流量控制的方案中，通过PID控制器来对液体泵电机的转速进行控制以使液体泵输出期望的流量。然而，在实际生产现场中，由于受到参数整定方法烦杂的困扰，PID控制器的参数往往整定不良而使其控制效果欠佳，并且当对象工况发生变化或特性变化较大时，需重新整定参数，以保证流量控制系统的性能。此外，PID控制方法还存在超调量大和控制不稳定的缺点。

查表前馈控制方法也是目前使用的流量控制方法之一，但是该方法存在离散化的弊端，虽然避免了PID控制方法超调量大和控制不稳定的缺点，但是却带来了控制精度不高的问题。

因此，在供液系统中需要一种能够精确控制液体泵电机转速以获得期望的流量的控制方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够精确控制液体泵电机的转速以获得期望的流量的控制方法。

本发明的一方面提供一种液体泵的流量控制方法，其特征在于包括步骤：(a)确定需要输出的流量值x；(b)初始化变量j为1；(c)确定流量值x是否大于等于流量值x_j且小于流量值x_j+1，其中，流量值x_j是当液体泵电机的转速处于预定的转速y_j时液体泵输出的实际流量值，y_j小于y_j+1，j∈[1，N-1]，N为大于1的自然数；(d)如果确定流量值x大于等于x_j+1，则j＝j+1，执行步骤(c)；(e)如果确定流量值x大于等于流量值x_j且小于流量值x_j+1，则根据流量值x_j、流量值x_j+1以及液体泵电机的转速y_j、液体泵电机的转速y_j+1来确定液体泵电机的转速y_out；(f)将液体泵电机的转速调整为在步骤(e)确定的转速y_out。

根据本发明的另一方面，可通过下面的等式来确定液体泵电机的转速：

y_out＝k_j+1×x+b_j+1，

其中，

$k_{j+1}=\frac{y_{j+1}-y_j}{x_{j+1}-x_j},$

$b_{j+1}=\frac{y_j\×x_{j+1}-y_{j+1}\×x_j}{x_{j+1}-x_j}.$

根据本发明的另一方面，如果流量值x大于流量值x_n，则如果流量值x大于等于流量值x_N，则液体泵电机的转速y_out＝k_N×x_N+b_N。

根据本发明的另一方面，如果流量值x小于流量值x₁，则在步骤(c)之前流量值x被改变为流量值x₁。

根据本发明的另一方面，液体泵的负载稳定。

根据本发明的另一方面，液体泵的出口管路不可调节。

根据本发明的流量控制方法针对流量控制系统具有大惯性、纯滞后和非线性的特点，利用已确定的液体泵电机的转速与泵送的实际液体流量的对应关系来确定电机转速，克服了传统的PID控制方法参数整定繁琐以及超调量大和控制不稳定的缺点以及查表前馈控制方法精度不高的缺点，不仅控制精度大大提高，而且响应速度快、稳定性好。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出根据本发明的一个实施例的控制液体泵的流量的方法的流程图；

图2示出根据本发明的另一个实施例的控制液体泵的流量的方法的流程图。

具体实施方式

现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例。

图1示出根据本发明的一个实施例的控制液体泵的流量的方法的流程图。

在进行流量控制之前，需要测试液体泵电机的转速与泵送的液体流量的关系。在测试时，预先从低到高顺序选定多个转速点y_i(i为1至N的自然数，N表示选定的转速点的个数，为大于1的自然数)，然后分别将电机转速调节至选定的转速点，稳定后分别记录此转速对应的流量值x₁，这样经过测试得到x_i与y_i的对应关系。

在步骤101，接收需要输出的流量值x。

在步骤102，初始化变量j＝1，并进行步骤103。

在步骤103，确定x是否大于等于x_j且小于x_j+1。

如果在步骤103确定x大于等于x_j+1，则在步骤104，j＝j+1，并进行步骤103。

如果在步骤103确定x大于等于x_j且小于x_j+1，则在步骤104，确定液体泵电机的转速y_out＝k_j+1×x+b_j+1。

这里，

$k_{j+1}=\frac{y_{j+1}-y_j}{x_{j+1}-x_j},$

$b_{j+1}=\frac{y_j\×x_{j+1}-y_{j+1}\×x_j}{x_{j+1}-x_j}.$

此时，将液体泵电机的转速调整为y_out，则液体泵可输出相应的流量x。

在另一实施例中，考虑到可能存在x小于x₁或大于等于x_N的情况，如果不对x进行限制可能会出现错误结果，因此对x的值进行处理。

例如，在步骤102之前，确定输入的流量值x是否大于等于x₁并且小于x_N。如果确定x大于等于x₁并且小于等于x_N，则x不变，随后进行步骤102；如果确定x小于x₁，则使得x＝x₁，随后进行步骤102；如果确定x大于等于x_N，则使得x＝x_N，并使得液体泵电机的转速y_out＝k_N×x+b_N。

可选地，当x小于x₁或大于等于x_N时，也可进行报警，以提示用户使得输入的流量值x大于等于x₁并且小于x_N。

在本发明中，流量x可以由用户直接输入，也可以根据生产工艺流程的需要而被预设。

下面将参照图2描述选定5个转速点的情况。图2示出根据本发明的另一个实施例的控制液体泵的流量的方法的流程图。

在选定转速点时，从低到高选定5个液体泵电机的转速y₀、y₁、y₂、y₃、y₄、y₅，与上述电机转速相应的液体泵输出的实际流量为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅。

在步骤201，输入需要的输出流量x。

在步骤202，确定输入的流量值x是否大于等于x₁并且小于等于x₅。

如果在步骤202确定x大于等于x₁并且小于等于x₅则在步骤203，中间变量xt＝x，随后进行步骤206。

如果在步骤202确定x小于x₁，则在步骤204，xt＝x₁，随后进行步骤206。

如果在步骤202确定x大于x₅，则在步骤205，xt＝x₅，随后进行步骤206。

在步骤206，确定xt是否大于等于x₁且小于x₂。

如果在步骤206确定xt大于等于x₁且小于x₂，则在步骤207，确定液体泵电机的转速y_out＝k₂×xt+b₂。

如果在步骤206确定xt大于等于x₂，则在步骤208，确定xt是否大于等于x₂且小于x₃。

如果在步骤208确定xt大于等于x₂且小于x₃，则在步骤209，确定液体泵电机的转速y_out＝k₃×xt+b₃。

如果在步骤208确定xt大于等于x₃，则在步骤210，确定xt是否大于等于x₃且小于x₄。

如果在步骤210确定xt大于等于x₃且小于x₄，则在步骤211确定液体泵电机的转速y_out＝k₄×xt+b₄。

如果在步骤210确定xt大于等于x₄，则在步骤212，由于通过步骤203和204的处理，可以确定xt必然大于等于x₄且小于等于x₅。此时，在步骤213，确定液体泵电机的转速y_out＝k₅×xt+b₅。

在图2的步骤202-205中，将中间变量限定在测试过程中的最大流量和最小流量之间。这是考虑到可能存在x小于x₁或大于等于x₅的情况，如果不对x进行限制可能会出现错误结果，而工程实际中通常必须有一个输出结果，因此对x的值进行了处理。

在另外的实施例中，也可省略图2的步骤202-205，直接用x代替xt。例如，在某些工艺情况下，流量变化范围较小，不存在x小于x₁或大于等于x_N的情况，因此无需对x进行限制。

在另外的实施例中，可根据工程实际需要的最小值选择x₁，以确保满足工程需要。

根据本发明的流量控制方法可以用于水泵房等各种流体的流量控制。此外，由于根据本发明的流量控制方法其控制的本质为开环控制方式，因此在液体泵的负载稳定、液体泵的出口管路不可调节的情况下可以获得更好的效果。

根据本发明的流量控制方法针对流量控制系统具有大惯性、纯滞后和非线性的特点，利用预先获得的液体泵电机的转速与泵送的实际液体流量的对应关系来确定电机转速，克服了传统的PID控制方法参数整定繁琐以及超调量大和控制不稳定的缺点以及查表前馈控制方法精度不高的缺点，不仅控制精度大大提高，而且响应速度快、稳定性好。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (5)

1.一种液体泵的流量控制方法，其特征在于包括步骤：

(a)确定需要输出的流量值x；

(b)初始化变量j为1；

(c)确定流量值x是否大于等于流量值x_j且小于流量值x_j+1，其中，流量值x_j是当液体泵电机的转速处于预定的转速y_j时液体泵输出的实际流量值，y_j小于y_j+1，j∈[1，N-1]，N为大于1的自然数；

(d)如果确定流量值x大于等于x_j+1，则j＝j+1，执行步骤(c)；

(e)如果确定流量值x大于等于流量值x_j且小于流量值x_j+1，则根据流量值x_j、流量值x_j+1以及液体泵电机的转速y_j、液体泵电机的转速y_j+1来确定液体泵电机的转速y_out；

(f)将液体泵电机的转速调整为在步骤(e)确定的转速y_out，

其中，液体泵电机的转速y_out＝k_j+1×x+b_j+1，

其中，

$k_{j+1}=\frac{y_{j+1}-y_j}{x_{j+1}-x_j},$

$b_{j+1}=\frac{y_j\×x_{j+1}-y_{j+1}\×x_j}{x_{j+1}-x_j}.$

2.如权利要求1所述的方法，还包括：如果流量值x大于等于流量值x_N，则液体泵电机的转速y_out＝k_N×x_N+b_N。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：如果流量值x小于流量值x₁，则在步骤(c)之前流量值x被改变为流量值x₁。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，液体泵的负载稳定。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，液体泵的出口管路不可调节。

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