CN110234933A - 液体循环系统及用于操作此液体循环系统的方法 - Google Patents
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Abstract
一种液体循环系统(HS)包括至少一个液体循环回路(HC)和用于通过控制路径(CP)控制所述至少一个液体循环回路(HC)的操作的控制装置(CT)，由此所述控制装置(CT)包括前馈控制器(FFC)。系统的操作由所述液体循环系统(HS)改善，液体循环系统(HS)进一步包括从所述至少一个液体循环回路(HC)延伸到所述控制装置(CT)的控制改进路径(CIP)，借助于控制改进路径(CIP)，在所述液体循环系统(HS)变得不稳定和/或显示出不良系统控制的情况下，所述控制装置(CT)可得到改善。
Description
技术领域
本发明涉及液体循环系统。它涉及根据权利要求1的前序部分的液体循环系统。
它还涉及用于操作这种液体循环系统的方法。
背景技术
液体循环系统是HVAC领域的部分。在大多数情况下，这种液体循环系统包括一个或多个控制阀，其用于控制流体(液体或气体)通过管道的流动，该管道连接液体循环系统的各个部分。
与这些控制阀相关的是所谓的"阀权度"的公知概念。
如图2所示，一般形式的液体循环系统20在闭合回路中包括泵11、双端口控制阀12和终端单元(在此情况下为热交换器13)。泵11、控制阀12和终端单元13串联连接。当泵11以一定压力将流体泵送通过回路时，在系统的各个区段中存在压降Δp。这些压降或差压可分为控制阀12处的第一压差Δpvalve和回路其余部分处的第二压差Δpcircuit(参见图2)。
现在，当调试这样的液体循环系统20时，必须根据系统的需要选择控制阀12：
当控制阀12尺寸过小时，整个系统的压降增加，这意味着泵11将使用更大量的能量来泵送足够的流体通过系统。另一方面，控制的精度增加，因为可利用阀的整个控制范围来实现期望的控制。
当控制阀尺寸过大时，泵送必要的流量通过系统所需的能量将减少。然而，这种节能将以控制阀12处的控制精度降低为代价，因为阀从完全打开朝向更闭合位置的初始行进将对流体流动没有影响。因此，只有阀12的整个控制范围的相对较小的部分对控制有用，导致控制不充分，其中稳定性和精度差。
因此，在上述两种情景之间存在折衷；并且控制阀12的适当尺寸需要在控制精度和能量损失减少之间进行折衷。这是阀权度概念发挥作用的地方。
控制阀12之类的控制阀的阀权度N限定为：
其中Δpvalve是全开控制阀上的压降，Δpcircuit是回路其余部分的压降，kvsvalve是全开的控制阀的流量系数 (单位为公制单位)，并且kvcircuit是控制阀外的回路其余部分的相应流量系数。
换句话说，液体循环系统内的阀权度N表示系统的总压降有多少来自控制阀。在实践中，阀权度N的范围在0.2和0.5之间认为是可接受的。根据上面的方程(1)，如果阀权度N太高(高于0.5或50％)，则控制阀可能尺寸过小，并因此液体循环系统将受益于更大尺寸的阀，以便减少由过大压降导致的损失。如果该值太低(低于0.2或20％)，则阀移动相对于整个系统仅具有边际影响，并因此阀可能尺寸过大，从而导致控制不良。
大体上，液体循环系统的部分x的流量系数kv(如方程(1)中所使用的)由以下关系限定，
对于水作为流体，具有比重G = 1，其中Φ是流过该部分的流体流，而ΔPx是部分x上的压降。
因此，
和
阀权度N过去曾用于HVAC环境中的控制方案中。
文献US 5579993A涉及一种在加热、通风和空调(HVAC)分配系统中实施的控制器，其通过实施一般回归神经网络(GRNN)来提供改进的控制，以基于HVAC系统内使用的构件的识别特征生成控制信号。
US5579993A中公开的本地控制器包括用于基于本地构件(例如，阻尼器或阀)的识别特征和计算的系统变量产生前馈控制信号的前馈装置，以及用于基于测量的系统变量产生反馈控制信号的反馈装置。然后，控制器基于前馈控制信号和反馈信号的组合来控制构件。
本地控制器包括两个独立的过程：识别过程和控制过程。识别过程识别本地构件的某些特征。这些识别的特征输出到控制过程。控制过程接受所识别的特征以及其它信号，并输出控制信号，以便提供HVAC系统的全局控制。
特别地，识别过程利用查找表来存储本地构件的特征。这些特征是当构件完全打开时，本地构件上的压降与分支压降之比(阀情况下的阀权度)，通过构件的流量百分比归一化为通过构件的最大流量。
控制过程分为前馈过程和反馈过程。反馈过程接受计算的流量设定点以及前馈控制信号作为输入。反馈过程利用这些信号产生控制信号。
前馈过程由首先接收风扇静压设定点来开始。风扇静压设定点用于计算连接风扇出口和单独本地阻尼器的i个分支中的每个的压力损失。特别是，i个分支中的每个的压力损失是实时自适应地确定的。为了计算分支1的压力损失，遵循某些计算步骤。下一步是计算第二段的压力损失。该压力损失与第一段的压力损失相加，以产生分支1的压力损失。这种计算压力损失的方法应用于连接到主管道的i个附加分支。
文献US 6095426大体上涉及控制系统，并且更具体地涉及用于加热、通风和空调流体分配系统的控制系统。
US 6095426公开了一种用于控制建筑物中的房间内的温度的控制器，该建筑物具有邻近房间的至少一个空间，该建筑物具有加热、通风和空调(HVAC)系统，具有适于向房间供应空气的供应管道，以及适于从房间排出空气的通用排气管道。该系统具有用于控制进入房间的供应空气流的本地构件，该房间具有独立于HVAC系统的至少一个附加排气装置。控制器包括前馈装置，用于基于供应管道中的期望温度和流量设定点、流入和流出房间的流量、一般排气管道中的流量设定点，以及基于构件的识别特征和计算的系统变量产生前馈控制信号。控制器还包括用于基于测量的系统变量产生反馈控制信号的反馈装置，以及用于组合前馈控制信号和反馈控制信号以实现对本地构件的控制的装置。
US 6095426还公开了一种确定控制器中的控制信号的值的方法，该控制器用于控制从空气供应管道到房间的出口空气温度，该空气供应管道是建筑物的HVAC系统的部分，该空气管道具有：加热线圈，适于加热通过管道移动的空气；以及流量阀，用于控制通过加热线圈的热水的流动。控制器是这样的类型，其具有用于周期性地产生加热线圈和阀的识别特征的识别装置，以及用于测量管道出口处空气温度的装置，用于测量通过管道的空气流速的装置，以及用于测量穿过阀的和阀在其中连接的系统中的水压的装置。控制信号基于控制设定点和加热线圈和阀的识别特征。该方法包括以下步骤：启动所述识别装置以确定线圈将热传递给流过管道的空气的有效性；利用所述线圈特征对于给定的测量管道出口空气温度和空气流速产生通过加热线圈的期望的水流速；当阀完全打开时测量阀上的压降到系统中的总压降，并确定前者与后者的比率以得出阀的权度值；以及产生作为水流速和阀权度的函数的所述控制信号。
文献EP1235131B1公开了一种控制室温的过程，包括：用于计量室温的第一温度传感器；用于计量加热介质的前馈温度的第二温度传感器；用于计量加热介质的返回温度的第三温度传感器；以及用于致动阀以用于加热介质的流动的控制单元。在此过程中，阀的操作特性由房间温度传感器的测量值、前馈温度和返回温度确定，其中室温控制的控制参数响应于阀的操作点针对操作特征调整。
文献CN105335621A涉及一种电动调整阀模型选择方法。电动调整阀模型选择方法包括以下步骤：确定电动调整阀的使用性能，根据使用性能选择阀的流动特性曲线类型，主要选择阀座的直径；根据阀座的主要选择直径，查询设计手册以获得阀可调整比率R、阀的流动能力kv和阀权度S，确定阀座直径的最大孔径值K=90％和最小孔径值K=30％；将包括R、kv、S、K = 90％和K = 30％的参数分别代入电动调整阀的实际流量特性公式，以获得30％孔径下的流量和90％孔径下的流量；确定冷却水系统连接管的流量范围Qmin-Qmax的范围是否从Q30％至Q90％；如果Qmin-Qmax的范围从Q30％到Q90％，则完成模型选择；而如果Qmin-Qmax的范围不是从Q30％到Q90％，则返回到主要选择阀座直径的步骤，并继续进行模型选择直到阀座直径满足条件。根据所提供的方法，阀的模型选择参数和冷却水系统的操作条件相匹配，使阀可表现出相对较好的调整性能。
大体上，较差的阀权度导致系统控制不良和不稳定性。
另一个问题是所谓的"摆动(hunting)"：对液体循环回路的控制可能易于发生不希望的振荡，这也导致系统控制不良和不稳定。
文献WO2006/105677A2公开了一种用于抑制设备中的振动的方法和装置，其包括用于致动用于计量气体或液体体积流量的阀瓣或阀的致动器，尤其是在HVAC、防火或防烟雾的领域中。借助于存储在微处理器中的算法检测和减轻或抑制由控制器的不利或错误调整或配置和/或破坏性影响引起的阀瓣或阀的振动。所述算法优选地基于振动的构件识别、自适应滤波和突然负载变化的识别。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液体循环系统，其避免了已知的液体循环系统的某些缺点，并且以简单的方式能够适应系统的液压参数的变化。
本发明的另一个目的是教导一种用于操作此系统的方法。
这些和其它目的由权利要求1, 10, 11, 16和19获得。
根据本发明的液体循环系统包括至少一个液体循环回路和用于通过控制路径控制所述至少一个液体循环回路的操作的控制装置，由此所述控制装置包括前馈控制器。
其特征在于，所述液体循环系统还包括从所述至少一个液体循环回路延伸到所述控制装置的控制改进路径，通过该控制改进路径，在所述液体循环系统变得不稳定和/或显示系统控制不佳时，所述控制装置可得到改善。
根据本发明的一个实施例，所述至少一个液体循环回路包括作为可变流动阻力和静态流动阻力的控制阀，它们通过管道串联连接，由此所述控制阀由阀控制装置控制，其中流量传感器提供成用于测量流过所述回路的流体的流量，并且其中阀权度确定装置与所述液体循环回路相关联，由此所述阀权度确定装置连接到所述阀控制装置以便接收关于所述控制阀的实际打开位置的信息，并且由此所述阀权度确定装置还连接到所述流量传感器，以便接收关于流过所述回路的实际流体流量的信息。
存储器可与所述阀权度确定装置相关联，该存储器包含并向所述阀权度确定装置提供关于所述控制阀的阀特征的信息。
而且，所述阀权度确定装置的出口可连接到所述前馈控制器。
根据本发明的一个实施例，在所述液体循环系统中提供用于检测振荡的频率检测器，并且所述频率检测器与所述控制装置操作连接。
所述控制装置可包括振荡抑制装置，并且所述频率检测器可与所述振荡抑制装置操作连接。
此外，所述前馈控制器可包括所述液体循环回路的物理模型，并且所述振荡抑制装置可对所述物理模型的输入和/或输出信号产生影响。
特别地，所述振荡抑制装置可包括至少一个滤波器。
根据本发明的另一个实施例，所述控制装置可包括备选控制器，并且所述频率检测器可与用于在所述前馈控制器和所述备选控制器之间切换的切换装置操作连接。
一种用于操作根据本发明的液体循环系统的方法，液体循环系统包括作为可变流动阻力和静态流动阻力的控制阀，它们通过管道串联连接，由此所述控制阀由阀控制装置控制，其中流量传感器提供成用于测量流过所述回路的流体的流量，并且其中阀权度确定装置与所述液体循环回路相关联，由此所述阀权度确定装置连接到所述阀控制装置以便接收关于所述控制阀的实际打开位置的信息，并且由此所述阀权度确定装置进一步连接到所述流量传感器以便接收关于流过所述回路的实际流体流量的信息，该方法包括以下步骤：
a. 提供所述控制阀的阀特征，其包括所述阀的流量系数(kv)对所述阀的打开位置的依赖性；
b. 将所述控制阀移动到具有第一流量系数(kvvalve,1)的第一打开位置；
c. 测量所述循环流体通过在所述第一打开位置的所述控制阀的流量(Φ1)；
d. 将所述控制阀移动到具有第二流量系数(kvvalve,2)的第二打开位置；
e. 测量所述循环流体通过在所述第二打开位置的所述控制阀的流量(Φ2)；
f. 根据所述测量流量(Φ1,Φ2)和相应的流量系数(kvvalve,1, kvvalve,2)，使用以下公式确定阀权度(N)
其中
并且kvsvalve是完全打开的阀的流量系数。
另一种用于操作根据本发明的液体循环系统的方法，液体循环系统包括作为可变流动阻力和静态流动阻力的控制阀，它们通过管道串联连接，由此所述控制阀由阀控制装置控制，其中流量传感器提供成用于测量流过所述回路的流体的流量，并且其中阀权度确定装置与所述液体循环回路相关联，由此所述阀权度确定装置连接到所述阀控制装置以便接收关于所述控制阀的实际打开位置的信息，并且由此所述阀权度确定装置进一步连接到所述流量传感器以便接收关于流过所述回路的实际流体流量的信息，该方法包括以下步骤：
a. 提供所述控制阀的阀特征形状，其包括所述阀的流量系数(kv)对所述阀的打开位置的主要依赖性；
b. 将所述控制阀移动到第一打开位置；
c. 测量所述循环流体通过在所述第一打开位置的所述控制阀的流量(Φ1)；
d. 将所述控制阀移动到与所述第一位置不同的第二打开位置；
e. 测量所述循环流体通过在所述第二打开位置的所述控制阀的流量(Φ2)；
f. 将所述控制阀移动到与所述第一和第二打开位置不同的第三打开位置；
g. 测量所述循环流体通过在所述第三打开位置的所述控制阀的流量(Φ3)；
h. 从三个测量流量(Φ1, Φ2, Φ3)确定回路的流量系数(kvcircuit)和完全打开的控制阀(12)的流量系数(kvsvalve)；以及
i. 使用以下公式确定所述控制阀(12)的阀权度(N)
。
可在所述液体循环系统的寿命期间的预定时间确定所述阀权度。
特别地，所述阀权度可在所述液体循环系统的调试期间确定。
另外，所述阀权度可在所述液体循环系统的寿命期间至少第二次确定。
此外，所述阀控制装置可包括前馈部分，并且所述确定的阀权度可用作所述阀控制装置的所述前馈部分中的参数。
另一种操作根据本发明的液体循环系统的方法，其中在所述液体循环系统中提供用于检测振荡的频率检测器，并且所述频率检测器与所述控制装置操作连接，该方法包括以下步骤：
a. 借助于所述频率检测器监测通过所述液体循环系统的流量和/或设定点信号；
b. 当所述频率检测器检测到振荡时，作用于所述控制装置。
特别是，当所述频率检测器检测到振荡时，可在所述控制装置中激活振荡抑制装置。
备选地，当所述频率检测器检测到振荡时，所述前馈控制器可由备选控制器代替。
另一种操作根据本发明的液体循环系统的方法，其中在所述液体循环系统中提供用于检测振荡的频率检测器，并且所述频率检测器与所述控制装置操作连接，并且其中所述控制装置包括备选控制器，并且所述频率检测器与用于在所述前馈控制器和所述备选控制器之间切换的切换装置操作连接，该方法包括以下步骤：
a. 借助于所述频率检测器监测通过所述液体循环系统的流量和/或设定点信号；
b. 当所述频率检测器检测到振荡时，由所述前馈控制器替换所述备选控制器。
附图说明
现在借助于不同实施例且参照附图来更详细阐释本发明。
图1以通用构造示出了根据本发明实施例的液体循环系统，其包括通过控制路径和控制改进路径相互作用的液体循环回路和控制装置；
图2示出了基本的液体循环回路，包括泵、控制阀和热交换器；
图3示出了基于图2的回路的根据本发明的实施例的"学习"液体循环系统，并且还包括能够通过阀权度学习对液体循环回路的某些参数的变化作出反应的控制装置；
图4示出了涉及本发明中使用的第一权度学习方法的图；
图5示出了涉及本发明中使用的第二权度学习方法的图；
图6示出了根据本发明另一实施例的"学习"液体循环系统；
图7示出了前馈控制方案，其可用于实施根据本申请的阀权度学习方法；
图8示出了改进的前馈控制方案，其可用于抑制系统的不希望的振荡；以及
图9示出了通过在不同控制器之间切换来处理系统的不希望的振荡的另一方式。
图解
10,20 液体循环回路
11 泵
12 控制阀
13 热交换器
14 阀控制装置(或致动器)
15 存储器
16 阀权度确定装置
17 阀权度使用单元
18 流量传感器
19,19' 管道
21,22 回路元件
23 前馈部分(阀控制装置)
24 前馈控制方案
24a,b 前馈控制方案
25 受控制的系统流
26 流量传感器
27 物理模型
28 阀权度
29 其它输入参数(例如阀特征)
30 偏差部分
31 频率检测器
32,33 滤波器
34 失效装置(例如开关)
35 滤波装置
AC 备选控制器
CIP 控制改进路径
CP 控制路径
CT 控制装置
EV 能量阀
F 流量
Fsv 流量设定值
FFC 前馈控制器
HC 液体循环回路
HS 液体循环系统
ΔPSsv 阀位置设定值的偏差
PSsv 阀位置设定值
PSFSV 前馈阀位置设定值
kvvalve 控制阀的流量系数
Φ 穿过控制阀的流量
Δpvalve 控制阀处的压降
Δpcircuit 控制阀外部回路的压降
具体实施方式
图1以通用构造示出了根据本发明实施例的液体循环系统HS。液体循环系统HS包括液体循环回路HC，其通常与建筑物相关联并且包括管道、阀、热交换器、泵等，以及控制装置CT，回路及控制装置通过控制路径CP和控制改进路径CIP相互作用。控制路径CP与控制装置CT和液体循环回路之间的通信有关，并且是用于将控制信号从控制装置CT交换到液体循环回路HC，以及将操作参数从液体循环回路HC交换到控制装置CT的路径。控制装置CT包括前馈控制器FFC，其包含液体循环回路HC的物理模型。控制装置CT还可包括备选控制器AC，其可代替前馈控制器FFC，反之亦然。两个控制器FFC和AC之间的切换在图1中由选择器开关表示。
取决于液体循环回路中的情况，可以不同方式实现控制的改进：
•在系统调试期间，可能需要和/或有利的是使控制装置CT适应系统的某些参数，这些参数在调试之前是未知的。
•系统运行较长时间可能导致重要系统参数的变化和/或退化，这可能导致系统控制不良和不稳定。
特别是有两种情况，这些情况与液体循环系统的可控性有关：
1) 只要控制阀是液体循环回路的部分，所谓的"阀权度"就是一个重要的参数：阀权度不佳会导致系统控制不良和不稳定
2) 有时液体循环系统容易发生不希望的振荡，即所谓的"摆动"：摆动信号也导致系统控制不良和不稳定。
根据本发明，通过控制装置的相应改进，将避免阀权度随时间变化的负面影响或对实际阀权度的不充分了解。
如在引言部分中已经描述的那样，图2示出了其最一般形式的液体循环系统20，其在闭合回路中包括泵11、双端口控制阀12和终端单元，在这种情况下是热交换器13。泵11、控制阀12和终端单元13串联连接。当泵11以一定压力将流体泵送通过回路时，在系统的各个部分中存在压降Δp。这些压降或差压可分为控制阀12处的第一压差Δpvalve和回路其余部分的第二压差Δpcircuit。
在此回路中，阀权度N是完全打开的阀上的压降相对于整个系统上的压降。阀权度N由上面的方程(1)至(4)限定，指出液体循环系统的可控性有多好(阀权度N越高，可控制液体循环系统越好)。但是，阀权度N不是一个参数，它在整个系统的生命周期内是恒定的。当阀权度N由于系统的变化而改变时，具有系统的阀权度学习能力将是有利的，以便使系统的控制机制适应变化的系统环境。
本发明涉及这种阀权度学习。
在本发明的范围内，至少有两种不同的阀权度学习程序是可能的。它们都包括液压回路中阀的主动测量，这意味着阀在不同阀位置之间主动移动。
当已知全部阀特征时，选择这些至少两个不同程序中的第一个。在这种情况下，图4(a)中所示的曲线kv对阀位置是已知的。此外，作为主要假设，系统的相关区域上应有恒定的压力。
为了评估控制阀12的实际阀权度，阀移动到两个不同的位置。这些位置在图4中通过两个相应的kv值表征，即kvvalve,1(对于位置1)和kvvalve,2(对于位置2)。在这两个位置的每一个中，测量相关的流量Φ(图4(b))并与其相关的kv值一起存储，从而给出成对的值Φ1,kvvalve,1和Φ2, kvvalve, 2。
基于这些值对，可通过以下公式计算实际阀权度N：
当仅知道阀特征的形状但没有可用的缩放时，选择这些至少两个不同程序中的第二个。在这种情况下，曲线kv对阀位置(图5(a)中所示)是值kvs和参数ngl的函数F(kvs, ngl)，其是特征曲线弯曲的明显程度的度量。例如，当曲线表示具有"等百分比特征"的阀时，ngl =3。具有其它ngl值的曲线在图5(a)中以划线和点划线示出。
同样，作为主要假设，系统的相关区域上应存在恒定的压力。
现在，阀移动到三个(不同的)位置(图5(b))。在这些位置处测量相应的流量Φ1,Φ2和Φ3并存储。
最后，可使用存储的流量来求解具有3个未知数kvcircuit, kvsvalve和Δp的方程系统。
为了将控制阀12移动到不同位置并测量通过管道19和所述阀循环的相应流量，在根据图3的液体循环系统10中提供阀控制装置14和流量传感器18。两个装置都连接到阀权度确定装置16，其控制控制阀12和流量传感器18的测量动作。如上所述，存储器15可用于存储阀特征的某些参数，这些参数是阀权度计算所必需的。如图所示，由阀权度确定装置16不时测量和计算的阀权度可传送到阀权度使用单元17。然后，阀权度单元17可相应地控制阀控制装置14。
可在液体循环系统10的寿命期间的预定时间确定阀权度N。此外，阀权度N可在液体循环系统10的调试期间确定，并且优选地，在所述液体循环系统的寿命期间至少第二次确定。
由于阀控制装置14包括(除了可能的反馈)前馈部件23，如图6所示，所述确定的阀权度N可用作阀控制装置14的前馈部分23中的参数。
如图6所示，液体循环回路10可为具有泵11、控制阀12和热交换器13的简单回路。然而，可能存在另外的回路元件21和分支，其包括另外的管道19'和回路元件22。
最后，控制阀12、阀控制装置(或致动器)14、流量传感器18和阀权度确定装置16和存储器15的布置可组合在一个单元中，其称为"能量阀"EV(参见例如EP2896899A1)。
图7示出了前馈控制方案，其可用于实现到目前为止所解释的阀权度学习策略。图7的前向控制方案24的中心部分是所讨论的液体循环系统的物理模型27。当给定流量设定值Fsv时，物理模型27通过使用流量设定值Fsv、测量的实际流量F、阀权度28和其它输入参数29(例如阀特征)产生前馈位置设定值PSFsv。阀位置设定值的偏差ΔPSsv添加到所述前馈位置设定值PSFsv，其由来自流量设定值Fsv和测量的实际流量F之间的差值的偏差部分30确定。与由于物理模型27与现实的不匹配，对于小偏差出现偏差部分30。PSFsv和ΔPSsv的总和最终用作阀位置设定值PSsv，用于控制受控系统流25。得到的实际流量F由流量传感器26测得。
放入物理模型27的阀权度28是由上述方法确定的阀权度。通过此方式，前馈控制可对该相关系统参数的变化作出反应，以便改善系统控制和稳定性。
然而，如上所述，系统除阀权度的其它特征可触发对前馈控制方案的动作。例如，文献WO2006/105677A2公开了一种用于抑制设备中的振动的方法和装置，其包括用于致动用于计量气体或液体体积流量的阀瓣或阀的致动器，尤其是在HVAC、防火或防烟雾的领域中。借助于存储在微处理器中的算法检测和减轻或抑制由控制器的不利或错误调整或配置和/或破坏性影响引起的阀瓣或阀的振动。所述算法优选地基于振动的构件识别、自适应滤波和突然负载变化的识别。
具体来说，根据该文献，提供了来自调节路径的调节变量，由此所述调节变量对应于有效液体体积流量。此外，提供对应于所需液体体积流量的预定控制信号。比较预定控制信号和调节变量，并从中计算调节器输出变量。调节器输出变量由振动检测算法监测。如果振动检测算法没有检测到调节器输出变量的振动，则调节器输出变量馈送到致动装置，该致动装置致动管道中的挡板或阀以用于计量气体或液体体积流量。另一方面，如果振动检测算法检测到调节器输出变量的振动，则调节器输出变量馈送到自适应滤波器，并且自适应滤波器抑制振动并产生具有调节器输出变量的抑制或阻尼振动的控制信号，然后用于致动装置而不是调节器输出变量。
在前馈控制方案的本例中，情况有所不同：如图8所示，修改的前馈控制方案24a可用于抑制系统的不希望的振荡。为了检测系统的不希望的振荡，频率检测器31可连接到流量传感器26。当频率检测器31检测到系统中的不希望的振荡时，将补偿或过滤物理模型27的适当输入或输出信号(例如，利用超前或滞后滤波器或其组合)。作为实例，图8示出了在流量设定值Fsv的输入处以及流量传感器26的流量信号F的输出处的两个滤波器32和33(虚线)。可使用另外的滤波装置35来过滤阀位置设定值(PSsv)。过滤和/或补偿的其它位置也是可能的。
另外，设定点信号流量设定值Fsv和/或位置设定值PSsv可由频率检测器31监测。
另一种处理系统不需要的振荡的方法如图9所示：当前馈控制方案24b的频率检测器31检测到不想要的振荡时，其致动失效装置34(例如开关)以关闭实际前馈控制，并用备选的，更合适且无振荡的控制器AC替换其。在其它情况下可反转切换，使得系统从备选控制器AC切换到前馈控制器以改善稳定性和控制。
Claims (19)
1.一种液体循环系统(HS)，包括至少一个液体循环回路(HC; 10; 20)和控制装置(CT)，所述控制装置(CT)用于通过控制路径(CP)控制所述至少一个液体循环回路(HC; 10;20)的操作，由此所述控制装置(CT)包括前馈控制器(FFC; 23)，其特征在于，所述液体循环系统(HS)还包括从所述至少一个液体循环回路(HC; 10; 20)延伸到所述控制装置(CT)的控制改进路径(CIP)，通过所述控制改进路径(CIP)，在所述液体循环系统(HS)变得不稳定和/或显示出不良系统控制的情况下，可改善所述控制装置(CT)。
2.根据权利要求1所述的液体循环系统，其特征在于，所述至少一个液体循环回路(10)包括作为可变流动阻力和静态流动阻力(13)的控制阀(12)，它们通过管道(19,19')串联连接，由此所述控制阀(12)由阀控制装置(14)控制，其中提供流量传感器(18)，用于测量流过所述回路的流体的流量(Φ)，以及其中阀权度确定装置(16)与所述液体循环回路(10)相关联，由此所述阀权度确定装置(16)连接到所述阀控制装置(14)，以便接收关于所述控制阀(12)的实际打开位置的信息，并且由此所述阀权度确定装置(16)还连接到所述流量传感器(18)，以便接收关于流过所述回路的实际流体流量(Φ)的信息。
3.根据权利要求2所述的液体循环系统，其特征在于，存储器(15)与所述阀权度确定装置(16)相关联，所述存储器(15)包含并向所述阀权度确定装置(16)提供关于所述控制阀(12)的阀特征的信息。
4.根据权利要求2所述的液体循环系统，其特征在于，所述阀权度确定装置(16)的出口连接到所述前馈控制器(FFC)。
5.根据权利要求1所述的液体循环系统，其特征在于，在所述液体循环系统中提供用于检测振荡的频率检测器(31)，并且所述频率检测器(31)与所述控制装置(CT)操作连接。
6.根据权利要求5所述的液体循环系统，其特征在于，所述控制装置(CT)包括振荡抑制装置(32,33,35)，并且所述频率检测器(31)与所述振荡抑制装置(32,33,35)操作连接。
7.根据权利要求6所述的液体循环系统，其特征在于，所述前馈控制器(FFC)包括所述液体循环回路的物理模型(27)，并且所述振荡抑制装置(32,33,35)对所述物理模型(27)的输入和/或输出信号有影响。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的液体循环系统，其特征在于，所述振荡抑制装置包括至少一个滤波器(32,33)。
9.根据权利要求5所述的液体循环系统，其特征在于，所述控制装置(CT)包括备选控制器(AT)，并且所述频率检测器(31)与用于在所述前馈控制器(FFC)和所述备选控制器(AC)之间切换的切换装置操作连接。
10.用于操作根据权利要求2所述的液体循环系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a. 提供所述控制阀(12)的阀特征，其包括所述阀的流量系数(kv)对所述阀的打开位置的依赖性；
b. 将所述控制阀(12)移动到具有第一流量系数(kvvalve,1)的第一打开位置；
c. 测量通过在所述第一打开位置的所述控制阀(12)的所述循环流体的流量(Φ1)；
d. 将所述控制阀(12)移动到具有第二流量系数(kvvalve,2)的第二打开位置；
e. 测量通过在所述第二打开位置的所述控制阀(12)的所述循环流体的流量(Φ2)；
f. 使用以下公式，根据所述测量流量(Φ1, Φ2)和所述相应流量系数(kvvalve,1,kvValve,2)确定所述阀权度(N)，
，其中
并且kvsvalve为所述完全打开的阀的流量系数。
11.用于操作根据权利要求2所述的液体循环系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a. 提供所述控制阀(12)的阀特征形状，其包括所述阀的流量系数(kv)对所述阀的打开位置的主要依赖性；
b. 将所述控制阀(12)移动到第一打开位置；
c. 测量通过在所述第一打开位置的所述控制阀(12)的所述循环流体的流量(Φ1)；
d. 将所述控制阀(12)移动到与所述第一位置不同的第二打开位置；
e. 测量通过在所述第二打开位置的所述控制阀(12)的所述循环流体的流量(Φ2)；
f. 将所述控制阀(12)移动到与所述第一和第二打开位置不同的第三打开位置；
g. 测量所述循环流体通过在所述第三打开位置的所述控制阀(12)的流量(Φ3)；
h. 从所述三个测量的流量(Φ1, Φ2, Φ3)确定所述回路的流量系数(kvcircuit)和所述完全打开的控制阀(12)的流量系数(kvsvalve)；以及
i. 使用以下所述公式确定所述控制阀(12)的阀权度(N)
。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述液体循环系统(10)的寿命期间的预定时间确定所述阀权度(N)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述液体循环系统(10)的调试期间确定所述阀权度(N)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述阀权度(N)在所述液体循环系统(10)的寿命期间至少第二次确定。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述阀控制装置(14)包括前馈部分(23)，并且所述确定的阀权度(N)用作所述阀控制装置(14)的所述前馈部分(23)中的参数。
16.用于操作根据权利要求5所述的液体循环系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a. 借助于所述频率检测器(31)监测通过所述液体循环系统的流量和/或设定点信号(Fsv, PSsv)；
b. 当所述频率检测器检测到振荡时，作用于所述控制装置(CT)。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，当所述频率检测器(31)检测到振荡时，在所述控制装置(CT)中激活振荡抑制装置(32,33,35)。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，当所述频率检测器(31)检测到振荡时，所述前馈控制器(FFC)由备选控制器(AC)代替。
19.用于操作根据权利要求9所述的液体循环系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a. 借助于所述频率检测器(31)监测通过所述液体循环系统的流量和/或设定点信号(Fsv, PSsv)；
b. 当所述频率检测器(31)检测到振荡时，由所述前馈控制器(FFC)替换所述备选控制器(AC)。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10876776B1 (en) * | 2017-12-15 | 2020-12-29 | Robert Senia | System and method for freeze protection of an air handling system |
| WO2021013406A1 (en) * | 2019-07-22 | 2021-01-28 | Belimo Holding Ag | Method and system for balancing a hydronic network |
| US12013152B1 (en) | 2019-08-19 | 2024-06-18 | Harvest Thermal, Inc. | Low-emissions heating, cooling and hot water system |
| US11898761B2 (en) * | 2020-03-04 | 2024-02-13 | Harvest Thermal, Inc. | Control systems and methods for managing rate of heat delivery in hydronic systems |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3170630A (en) * | 1963-08-21 | 1965-02-23 | American Radiator & Standard | Control circuit for hydronic system |
| EP0035085A1 (de) * | 1980-02-27 | 1981-09-09 | Aquametro AG | Anlage zum Transport von Wärme mittels eines Fluides |
| US6095426A (en) * | 1997-11-07 | 2000-08-01 | Siemens Building Technologies | Room temperature control apparatus having feedforward and feedback control and method |
| WO2000055545A2 (de) * | 1999-03-15 | 2000-09-21 | Danfoss A/S | Heizungsanlage und verfahren zu ihrem betrieb |
| EP1160552A1 (de) * | 2000-05-30 | 2001-12-05 | Techem Service Aktiengesellschaft & Co. KG | Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung einer Fensterlüftung |
| CN1725150A (zh) * | 2004-07-22 | 2006-01-25 | 株式会社日立制作所 | 液体循环系统以及使用了该液体循环系统的液冷系统 |
| US20090294472A1 (en) * | 2004-07-08 | 2009-12-03 | Computrol, Inc. | Fluid Dispensing Actuator |
| CN101709899A (zh) * | 2009-12-10 | 2010-05-19 | 吴永雄 | 一种管道供应热水系统用智能恒温控制装置 |
| EP2728269A1 (de) * | 2012-10-30 | 2014-05-07 | Vaillant GmbH | Verfahren zum hydraulischen Abgleich eines Heizungssystems |
| CN103842732A (zh) * | 2011-06-30 | 2014-06-04 | 贝利莫控股公司 | 用于均衡流体输送系统中的一组负载的方法和装置 |
| CN104995458A (zh) * | 2012-12-18 | 2015-10-21 | 贝利莫控股公司 | 用于平衡在流体运输系统中的负载的组的方法和装置 |
| CN204717081U (zh) * | 2015-06-08 | 2015-10-21 | 宁波埃美柯铜阀门有限公司 | 可调流量型动态平衡阀 |
| WO2016156556A1 (en) * | 2015-04-02 | 2016-10-06 | Belimo Holding Ag | Method and system for determining characteristic parameters of a hydraulic network |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU560995B2 (en) * | 1984-02-07 | 1987-04-30 | Toshiba, Kabushiki Kaisha | Process control apparatus |
| US5579993A (en) | 1995-01-06 | 1996-12-03 | Landis & Gyr Powers, Inc. | HVAC distribution system identification |
| DE10108852C1 (de) | 2001-02-23 | 2002-08-29 | Techem Service Ag | Raumtemperaturregelung |
| DK1866711T3 (da) | 2005-04-07 | 2011-12-12 | Belimo Holding Ag | Undertrykkelse af svingninger |
| DE102005045198C5 (de) * | 2005-09-21 | 2009-06-25 | Techem Energy Services Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Wärmekenndaten eines Heizkörpers |
| US7966104B2 (en) * | 2007-03-26 | 2011-06-21 | Siemens Corporation | Apparatus and method for the control of the indoor thermal environment having feed forward and feedback control using adaptive reference models |
| DE102009060262A1 (de) * | 2009-12-23 | 2011-06-30 | Samson Aktiengesellschaft, 60314 | Verfahren und Anordnung zum Regeln einer Prozessfluidströmung und Stellungsregler |
| US9921011B2 (en) | 2013-12-20 | 2018-03-20 | Belimo Holding Ag | Valve control in an HVAC system with sensors |
| CN105335621B (zh) | 2015-11-13 | 2021-07-20 | 中国核电工程有限公司 | 电动直通调节阀选型方法 |
| RU2745008C2 (ru) * | 2016-06-03 | 2021-03-18 | Белимо Холдинг Аг | Способ и компьютерная система для осуществления мониторинга системы hvac |
| EP3475623B1 (en) * | 2016-06-22 | 2021-06-30 | Belimo Holding AG | Method and devices for controlling a fluid transportation network |
-
2017
- 2017-09-19 WO PCT/EP2017/073640 patent/WO2018095609A2/en unknown
- 2017-09-19 CN CN201780070812.5A patent/CN110234933B/zh active Active
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- 2017-09-19 US US16/333,354 patent/US10890351B2/en active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3170630A (en) * | 1963-08-21 | 1965-02-23 | American Radiator & Standard | Control circuit for hydronic system |
| EP0035085A1 (de) * | 1980-02-27 | 1981-09-09 | Aquametro AG | Anlage zum Transport von Wärme mittels eines Fluides |
| US6095426A (en) * | 1997-11-07 | 2000-08-01 | Siemens Building Technologies | Room temperature control apparatus having feedforward and feedback control and method |
| WO2000055545A2 (de) * | 1999-03-15 | 2000-09-21 | Danfoss A/S | Heizungsanlage und verfahren zu ihrem betrieb |
| EP1160552A1 (de) * | 2000-05-30 | 2001-12-05 | Techem Service Aktiengesellschaft & Co. KG | Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung einer Fensterlüftung |
| US20090294472A1 (en) * | 2004-07-08 | 2009-12-03 | Computrol, Inc. | Fluid Dispensing Actuator |
| CN1725150A (zh) * | 2004-07-22 | 2006-01-25 | 株式会社日立制作所 | 液体循环系统以及使用了该液体循环系统的液冷系统 |
| CN101709899A (zh) * | 2009-12-10 | 2010-05-19 | 吴永雄 | 一种管道供应热水系统用智能恒温控制装置 |
| CN103842732A (zh) * | 2011-06-30 | 2014-06-04 | 贝利莫控股公司 | 用于均衡流体输送系统中的一组负载的方法和装置 |
| EP2728269A1 (de) * | 2012-10-30 | 2014-05-07 | Vaillant GmbH | Verfahren zum hydraulischen Abgleich eines Heizungssystems |
| CN104995458A (zh) * | 2012-12-18 | 2015-10-21 | 贝利莫控股公司 | 用于平衡在流体运输系统中的负载的组的方法和装置 |
| WO2016156556A1 (en) * | 2015-04-02 | 2016-10-06 | Belimo Holding Ag | Method and system for determining characteristic parameters of a hydraulic network |
| CN204717081U (zh) * | 2015-06-08 | 2015-10-21 | 宁波埃美柯铜阀门有限公司 | 可调流量型动态平衡阀 |
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