CN107014028A - 冷冻水阀的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种冷冻水阀的控制方法。该冷冻水阀的控制方法包括：步骤S1：确定每个调节周期内冷冻水的实际温度与设定温度之间的温度偏差；步骤S2：根据温度偏差确定各调节周期的相应PID系数；步骤S3：根据各调节周期内的温度偏差以及相应的PID系数确定冷冻水阀开度变化量。根据本发明的冷冻水阀的控制方法，可以解决现有技术中冷冻水阀调节速度慢，调节精度低的问题。

Description

冷冻水阀的控制方法
技术领域
本发明涉及空调控制技术领域，具体而言，涉及一种冷冻水阀的控制方法。
背景技术
传统的冷冻水流量调节较为简单，有些是采用定频水泵或者各种阀门根据温差进行开启和关闭，有些则是采用开度可调节的阀体或者是转速可调节的变频水泵进行冷冻水流量的控制。
专利号为201420285296.1的专利公开了一种基于末端空调设备冷冻水阀门开度的变压差控制装置，通过各种压力传感器、温度传感器、流量传感器的采集参数来调节变频水泵的运行转速。该方案虽然控制上稳定安全，但因需采用各种传感器、变频器等，成本较高，不利于产品工业化生产及推广。
专利号为201510115870.8的专利公开了一种冷冻水精密空调及其控制方法，其中提及了一种根据温差进行线性调节冷冻水阀开度的控制原则，这样会使冷冻水流量不能根据温度偏差大小进行自由调节，导致调节精度不高，不能迅速根据温差准确定位水阀开度，短时间内无法使系统稳定运行。
发明内容
本发明实施例中提供一种冷冻水阀的控制方法，以解决现有技术中冷冻水阀调节速度慢，调节精度低的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种冷冻水阀的控制方法，包括：步骤S1：确定每个调节周期内冷冻水的实际温度与设定温度之间的温度偏差；步骤S2：根据温度偏差确定各调节周期的相应PID系数；步骤S3：根据各调节周期内的温度偏差以及相应的PID系数确定冷冻水阀开度变化量。
作为优选，控制方法还包括：步骤S4：根据冷冻水阀开度变化量确定目标控制电压；步骤S5：根据当前控制电压和反馈电压对冷冻水阀的控制电压进行调节。
作为优选，步骤S2包括：将温度偏差与设定偏差进行对比；根据对比结果对PID系数进行整定。
作为优选，根据对比结果对PID系数进行整定的步骤包括：
若温度偏差ek大于等于a，则根据如下公式对PID系数进行整定：
Kp＝2F/PB；
Ki＝Kp*t/ti；
Kd＝0；
若温度偏差ek大于b且小于a，则根据如下公式对PID系数进行整定：
Kp＝F/PB；
Ki＝Kp*t/ti；
Kd＝KP*td/t；
若温度偏差ek小于b，则根据如下公式对PID系数进行整定：
Kp＝2F/PB；
Ki＝2Kp*t/ti；
Kd＝KP*td/t；
其中Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；PB为温度比例带，t为调节周期；ti为积分时间，td为微分时间，F为冷冻水阀的阀门最大开度电压。
作为优选，步骤S3包括：根据当前周期偏差量和上两个周期的偏差量结合相应的PID系数确定冷冻水阀开度变化量。
作为优选，步骤S1之前还包括：进行上电动作；对冷冻水阀执行上电复位动作，使冷冻水阀的开度到零；对冷冻水阀的控制参数进行初始化。
作为优选，控制方法还包括：步骤S6：根据冷冻水阀开度变化速率来进行故障判定。
作为优选，步骤S6包括：检测冷冻水阀单位时间内的目标开度变化量；当单位时间内的目标开度变化量小于冷冻水阀故障判定标准电压差值时，则根据控制电压和反馈电压的差值来判断冷冻水阀是否故障。
作为优选，步骤S6还包括：当单位时间内的目标开度变化量大于或等于冷冻水阀故障判定标准电压差值时，根据调节周期时间乘以冷冻水阀调节速率导致的反馈电压变化量来判断冷冻水阀是否故障。
作为优选，当反馈电压变化量大于或等于调节周期时间乘以冷冻水阀调节速率时，对故障时间清零；当反馈电压变化量小于调节周期时间乘以冷冻水阀调节速率时，计算故障时间，并在故障时间达到预设时间时判断冷冻水阀发生故障。
应用本发明的技术方案，冷冻水阀的控制方法包括：步骤S1：确定每个调节周期内冷冻水的实际温度与设定温度之间的温度偏差；步骤S2：根据温度偏差确定各调节周期的相应PID系数；步骤S3：根据各调节周期内的温度偏差以及相应的PID系数确定冷冻水阀开度变化量。本发明基于模糊PID算法的冷冻水阀控制规则，根据设定温度和实际采样温度之间的偏差大小及变化趋势作为计算依据，对冷冻水阀的开度进行自动精准调节，达到高精度调控冷冻水流量的效果，实现空调机组的稳定运行。
附图说明
图1是本发明实施例的冷冻水阀的控制方法的原理图；
图2是本发明实施例的冷冻水阀的控制方法的流程图；
图3是本发明实施例的冷冻水阀的故障判断流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
结合参见图1至图3所示，根据本发明的实施例，冷冻水阀的控制方法包括：步骤S1：确定每个调节周期内冷冻水的实际温度与设定温度之间的温度偏差；步骤S2：根据温度偏差确定各调节周期的相应PID系数；步骤S3：根据各调节周期内的温度偏差以及相应的PID系数确定冷冻水阀开度变化量。
在对冷冻水阀进行控制的过程中，可以根据每个周期内的温度偏差确定相应的PID系数，从而能够根据设定温度和实际采样温度之间的偏差大小及变化趋势作为计算依据，对冷冻水阀的开度进行自动精准调节，达到高精度调控冷冻水流量的效果，实现空调机组的稳定运行。通过上述的调节方式，每个调节周期内的PID系数都会使得冷冻水阀的偏差逐步趋于变小，从而使得冷冻水阀的开度控制更加的接近于目标控制值，使得冷冻水阀可以根据每个调节周期内的温度偏差实际情况进行非线性调节，不受温度调节曲线等的影响，调节更加灵活准确。
本发明从软件控制算法上实现冷冻水阀开度的高精度调节，减少各种检测模块的使用，并且能够根据当前温差变化趋势实现冷冻水阀开度的非线性自由调节，以最快的速度实现冷冻水系统的稳定运行。
在根据温度偏差确定各调节周期的相应PID系数时，具体的做法为，将温度偏差与设定偏差进行对比；根据对比结果对PID系数进行整定。
根据对比结果对PID系数进行整定的步骤包括：
当温度偏差较大时，主要采用比例调节，此时比例系数增大，积分系数适中，微分系数为零；当温度偏差较小时，主要采用比例-积分-微分调节，此时比例系数和积分系数及微分系数都适中；当温度偏差很小时，主要采用比例-积分调节，此时比例系数和积分系数较大，微分系数适中。在本实施例中，进行PID系数整定的具体步骤为：
若温度偏差ek大于或等于a，则根据如下公式对PID系数进行整定：
Kp＝2F/PB；
Ki＝Kp*t/ti；
Kd＝0；
若温度偏差ek大于或等于b且小于a，则根据如下公式对PID系数进行整定：
Kp＝F/PB；
Ki＝Kp*t/ti；
Kd＝KP*td/t；
若温度偏差ek小于b，则根据如下公式对PID系数进行整定：
Kp＝2F/PB；
Ki＝2Kp*t/ti；
Kd＝KP*td/t；
其中Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；PB为温度比例带，t为调节周期；ti为积分时间，td为微分时间，F为冷冻水阀的阀门最大开度电压。
在本实施例中，a为2，b为0.5。当然，此处的a和b也可以根据实际情况设定为其他的数值。PID参数整定过程中涉及到的变量参数，如F、PB、ti、td、t可根据实际环境进行人为的调节设定，一般由工程系统人员根据冷冻水空调机组实际的安装运行环境进行设定。
通过上述方式可以对每个调节周期内的PID系数进行调整，使得每个调节周期内的PID系数与该调节周期内的温度偏差相匹配，从而使得PID控制更加的符合冷冻水阀的实际开度调节需要。
在本实施例中，在冷冻水阀开度调节过程中，每个调节周期t内进行温度采样，再根据温度偏差大小计算比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，结合当前周期偏差量ek和上两个周期的偏差量ek-1和ek-2准确定位冷冻水阀开度变化量，达到根据实时温度偏差准确调节冷冻水阀开度的目的。
所述控制方法还包括：步骤S4：根据冷冻水阀开度变化量确定电压变化量ΔUk，然后根据电压变化量ΔUk和当前的控制电压ΔUk-1确定目标控制电压Uk；步骤S5：根据当前控制电压Uk和反馈电压对冷冻水阀的控制电压进行调节。每个调节周期内通过改变冷冻水阀的控制电压来改变冷冻水阀的目标开度，冷冻水阀执行器再根据控制电压和反馈电压的差值进行开度调节。当冷冻水阀控制电压和反馈电压基本一致时，则表示冷冻水阀开度调节完成。
在进行电压变化量的计算时，还需要首先判断采样间隔时间是否到达调节周期t，如果到达，则根据整定的PID系数进行电压变化量的计算，如果尚未到达调节周期t，则需要继续根据温度偏差进行PID系数的整定。
其中电压变化量的计算公式为：
ΔUk＝(Kp+Ki+Kd)*ek-(Kp+2Kd)*ek-1+Kd*ek-2；
控制电压的计算公式为：
Uk＝Uk-1+ΔUk；
通过上述方式可以对冷冻水阀的控制电压进行调节，使得控制电压逐渐到达目标控制电压，进而达到将冷冻水阀开度调整到目标开度的目的。
优选地，所述步骤S1之前还包括：进行上电动作；对冷冻水阀执行上电复位动作，使冷冻水阀的开度到零；对冷冻水阀的控制参数进行初始化。在对冷冻水阀完成复位之后，才开始进行每个调节周期内的温度采样以及温度偏差的计算。执行复位动作的目的是为了清除冷冻水阀开度控制的上一次控制数据，避免数据残留对冷冻水阀的当前控制造成不利影响，提高冷冻水阀实际控制过程中数据的准确性和可靠性，提高冷冻水阀的开度控制精度，使得冷冻水阀的开度能够快速调整到目标开度。
本发明中冷冻水阀开度调节采用模糊PID控制算法，根据连续若干调节周期内的温度偏差实现非线性快速调节，避免线性调节和梯度调节带来的诸多限制，更加自由灵活的实现对冷冻水流量的调控。
所述控制方法还包括：步骤S6：根据冷冻水阀开度变化速率来进行故障判定。
冷冻水阀调节过程中，根据冷冻水阀开度变化速率来进行故障判定。首先计算冷冻水阀执行器开度从0％调至100％所用的时间，其中开度0％对应控制电压为0且反馈电压为0，开度100％对应的控制电压为10V且反馈电压为10V，由此计算单位时间内冷冻水阀的调节量，即调节速率。在定义冷冻水阀故障时，若长时间出现控制电压与反馈电压差距较大时，则认为冷冻水阀故障。当目标开度变化较大时，则需要考虑冷冻水阀自身的调节速度是否能够赶得上控制电压的大幅度变化。
在进行冷冻水阀的故障判定时，首先检测冷冻水阀单位时间内的目标开度变化量；当单位时间内的目标开度变化量小于冷冻水阀故障判定标准电压差值时，则根据控制电压Vout和反馈电压Vin的差值来判断冷冻水阀是否故障。由于实际上冷冻水阀的开度调整是由控制电压进行控制，因此可以用单位时间内控制电压Vout和反馈电压Vin的差值来表示冷冻水阀单位时间内的目标开度变化量。
根据冷冻水阀开度变化速率来进行故障判定的具体步骤包括：当单位时间内的目标开度变化量大于或等于冷冻水阀故障判定标准电压差值时，也即Vout-Vin≥1V时，根据调节周期时间t乘以冷冻水阀调节速率导致的反馈电压变化量来判断冷冻水阀是否故障。此处的1V为冷冻水阀故障判定标准电压差值，当然，该数值也可以根据实际工况进行调整。
当反馈电压变化量Vin大于或等于调节周期时间t乘以冷冻水阀调节速率0.0625V/秒时，对故障时间errortime清零；当反馈电压变化量Vin小于调节周期时间t乘以冷冻水阀调节速率0.0625V/秒时，计算故障时间errortime，并在故障时间errortime达到预设时间时判断冷冻水阀发生故障。该处的预设时间例如为3分钟。
当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种冷冻水阀的控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1：确定每个调节周期内冷冻水的实际温度与设定温度之间的温度偏差；
步骤S2：根据温度偏差确定各调节周期的相应PID系数；
步骤S3：根据各调节周期内的温度偏差以及相应的PID系数确定冷冻水阀开度变化量。
2.根据权利要求1所述的冷冻水阀的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
步骤S4：根据冷冻水阀开度变化量确定目标控制电压；
步骤S5：根据当前控制电压和反馈电压对冷冻水阀的控制电压进行调节。
3.根据权利要求1所述的冷冻水阀的控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
将温度偏差与设定偏差进行对比；
根据对比结果对PID系数进行整定。
4.根据权利要求3所述的冷冻水阀的控制方法，其特征在于，所述根据对比结果对PID系数进行整定的步骤包括：
若温度偏差ek大于等于a，则根据如下公式对PID系数进行整定：
Kp＝2F/PB；
Ki＝Kp*t/ti；
Kd＝0；
若温度偏差ek大于b且小于a，则根据如下公式对PID系数进行整定：
Kp＝F/PB；
Ki＝Kp*t/ti；
Kd＝KP*td/t；
若温度偏差ek小于b，则根据如下公式对PID系数进行整定：
Kp＝2F/PB；
Ki＝2Kp*t/ti；
Kd＝KP*td/t；
其中Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数；PB为温度比例带，t为调节周期；ti为积分时间，td为微分时间，F为冷冻水阀阀门的最大开度电压。
5.根据权利要求1所述的冷冻水阀的控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
根据当前周期偏差量和上两个周期的偏差量结合相应的PID系数确定冷冻水阀开度变化量。
6.根据权利要求1所述的冷冻水阀的控制方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：
进行上电动作；
对冷冻水阀执行上电复位动作，使冷冻水阀的开度到零；
对冷冻水阀的控制参数进行初始化。
7.根据权利要求1所述的冷冻水阀的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
步骤S6：根据冷冻水阀开度变化速率来进行故障判定。
8.根据权利要求7所述的冷冻水阀的控制方法，其特征在于，所述步骤S6包括：
检测冷冻水阀单位时间内的目标开度变化量；
当单位时间内的目标开度变化量小于冷冻水阀故障判定标准电压差值时，则根据控制电压和反馈电压的差值来判断冷冻水阀是否故障。
9.根据权利要求7所述的冷冻水阀的控制方法，其特征在于，所述步骤S6还包括：
当单位时间内的目标开度变化量大于或等于冷冻水阀故障判定标准电压差值时，根据调节周期时间乘以冷冻水阀调节速率导致的反馈电压变化量来判断冷冻水阀是否故障。
10.根据权利要求9所述的冷冻水阀的控制方法，其特征在于，当反馈电压变化量大于或等于调节周期时间乘以冷冻水阀调节速率时，对故障时间清零；当反馈电压变化量小于调节周期时间乘以冷冻水阀调节速率时，计算故障时间，并在故障时间达到预设时间时判断冷冻水阀发生故障。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170804

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