CN113867130A - 一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器及其使用方法 - Google Patents

一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器及其使用方法,包括通风柜、控制器、通风管和电动阀门,所述通风柜的顶部前侧开设有空腔,且空腔的前侧活动安装有柜门。该通风柜控制器,采用了无模式自适应算法对通风柜进行自动化地控制,无模式自适应算法具有一致性的特点,在使用相同传感器配件且目标相同的情况下,只需要进行一次现场参数的调试即可将参数应用到所有相同环境的通风柜控制器上,减少了工程人员的工作负担,相对于PID控制具有不依赖于特定模型、易于实现、在线自适应、控制过程平稳且效果良好等优点,能根据输入输出的变化动态地调整控制器权值参数,完成闭环控制,具有较强的实用性。

Description

一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器及其使用方法
技术领域
本发明涉及控制器技术领域,具体为一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器及其使用方法。
背景技术
现有的通风柜控制器有3路0~10V直流电压输入信号,供位移传感器,风量传感器以及安装在变风量阀门上的压差传感器传输信号使用,此外有1路0~10V直流电压输出信号控制变风量阀门的开度。通风柜控制器用于实现自动化地控制通风柜,通过位移传感器、微风速传感器、压差传感器的连接来实现对通风柜环境条件变化的监控,通过0~10V的直流电压信号实现对通风管道的阀门进行控制,通过自动化算法实现自动化控制阀门的开度,进而调节进风量,使得通风柜操作口的风速始终维持在0.5m/s,有效防止柜体内的有害气体泄露,从而保护操作人员。
现有技术中,采用PID算法实现自动化控制,通过位移传感器可监测通风柜柜门打开的幅度,即可通过计算得到通风柜柜门空气流动的横截面积,将此值作为PID算法参数参与自动化运算,控制通风管道的阀门开度调整风速逐渐趋近于目标值;并在此基础上通过微风速传感器对柜内风速进行监测,作为PID参数对上述结果进行修正;通过以位移传感器和微风速传感器采集信号组成的二次PID组合控制阀门开度并通过压差传感器监测的值作为输出反馈。
但现有技术中,通风柜内的气流模型具有滞后大,强非线性,慢时变,强耦合的特点,精确的数学模型很难获得,实时调节阀门开度后,气流反映到风速传感器上有一定的时间延迟,同时对于不同尺寸的通风柜,滞后时间不一样,导致PID算法通用性不强,换一个规格的柜子就需要调节一次PID的参数,给现场安装调试人员增加很大的工作量。
所以我们提出了一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器及其使用方法,以便于解决上述中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器及其使用方法,以解决上述背景技术提出的通风柜内的气流模型具有滞后大,强非线性,慢时变,强耦合的特点,精确的数学模型很难获得,实时调节阀门开度后,气流反映到风速传感器上有一定的时间延迟,同时对于不同尺寸的通风柜,滞后时间不一样,导致PID算法通用性不强,换一个规格的柜子就需要调节一次PID的参数,给现场安装调试人员增加很大的工作量的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器,包括通风柜、控制器、通风管和电动阀门,所述通风柜的顶部前侧开设有空腔,且空腔的前侧活动安装有柜门,所述空腔的前侧固定安装有位移传感器,且空腔的内侧固定安装有微风速传感器,所述通风柜的顶部与通风管的底部相连通,所述通风管的顶部与电动阀门的一端活动安装,所述电动阀门的一侧固定安装有压差传感器,且压差传感器的一端与通风管的内侧固定安装,所述通风柜的顶部一侧与控制器的底部固定安装,所述位移传感器、微风速传感器和压差传感器的一端均与控制器的一侧固定连接。
优选的,所述控制器包括主体,所述主体的一侧分别固定安装有第一接头、第二接头和第三接头。
优选的,所述第一接头的一端与压差传感器的一端固定连接,所述第二接头的一端与位移传感器的一端固定连接,所述第三接头的一端与微风速传感器的一端固定连接。
优选的,所述电动阀门包括安装环,所述安装环的一侧插接有电动机,所述电动机的一端活动安装有阀板。
优选的,所述安装环的内侧与通风管的外侧固定安装,所述阀板的外侧与通风管的内侧活动安装。
优选的,所述电动阀门的外侧固定安装有安装架,且安装架的一侧与安装环的外侧固定安装。
优选的,所述安装环的一侧与压差传感器的外侧固定安装,所述电动机的一端固定连接有电机接头,且电机接头的底部与主体的顶部固定安装。
一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器的使用方法,包括以下步骤:
S1、开始。
S2、初始化参数。
S3、通过位移传感器获得通风柜门的开度。
S4、计算K时刻理论需要的进风量。
S5、理论进风量与当前的变风量阀门风量传感器比较,更新K时刻风量的偏差。
S6、计算并更新K-1时刻的目标风量及其变化量和伪偏导数。
S7、根据伪偏导数辨识算法估计第K时间的伪偏导数。
S8、根据控制律算法计算控制系统的驱动量,即对变风量阀门的开度进行调节。
S9、通过面风速传感器获得K时刻通风柜正前方的风速。
S10、比较K时刻的当前风速与目标风速比较,更新K时刻风量的偏差。
S11、二次计算并更新K-1时刻的目标风量及其变化量和伪偏导数。
S12、根据伪偏导数辨识算法估计第K时刻的伪偏导数。
S13、根据控制律算法计算控制系统的驱动量,对阀门进行二次调试。
优选的,根据步骤S1-S13循环计算,使得所述控制器动态地控制系统输出趋近于目标值。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、通过控制器的设置,控制器采用了无模式自适应算法(MFAC)对通风柜进行自动化地控制,无模式自适应算法具有一致性的特点,在使用相同传感器配件且目标相同的情况下,只需要进行一次现场参数的调试即可将参数应用到所有相同环境的通风柜控制器上,减少了工程人员的工作负担;
2、通过控制器的设置,相对于现有技术中的PID控制具有不依赖于特定模型、易于实现、在线自适应、控制过程平稳且效果良好等优点;
3、通过控制器的设置,采用无模式自适应算法(MFAC)的通风柜控制器相对于采用PID算法的控制器,不需要针对某一过程进行控制器设计,很好地适用不同规格的通风柜;
4、通过控制器的设置,能根据输入输出的变化动态地调整控制器权值参数,完成闭环控制,具有较强的实用性。
附图说明
图1为本发明一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器通风柜的立体图;
图2为本发明一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器的立体结构示意图;
图3为本发明一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器俯视的结构立体图;
图4为本发明一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器的使用方法的流程图。
图中:
1、通风柜;2、控制器;3、通风管;4、电动阀门;10、空腔;11、柜门;6、位移传感器;5、微风速传感器;7、压差传感器;20、主体;21、第一接头;22、第二接头;23、第三接头;40、安装环;43、电动机;41、阀板;42、安装架;24、电机接头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施条例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-3,本发明提供一种技术方案:一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器,包括通风柜1、控制器2、通风管3和电动阀门4,通风柜1的顶部前侧开设有空腔10,且空腔10的前侧活动安装有柜门11,空腔10的前侧固定安装有位移传感器6,且空腔10的内侧固定安装有微风速传感器5,通风柜1的顶部与通风管3的底部相连通,通风管3的顶部与电动阀门4的一端活动安装,电动阀门4的一侧固定安装有压差传感器7,且压差传感器7的一端与通风管3的内侧固定安装,通风柜1的顶部一侧与控制器2的底部固定安装,位移传感器6、微风速传感器5和压差传感器7的一端均与控制器2的一侧固定连接,控制器2包括主体20,主体20的一侧分别固定安装有第一接头21、第二接头22和第三接头23,第一接头21的一端与压差传感器7的一端固定连接,第二接头22的一端与位移传感器6的一端固定连接,第三接头23的一端与微风速传感器5的一端固定连接,电动阀门4包括安装环40,安装环40的一侧插接有电动机43,电动机43的一端活动安装有阀板41,安装环40的内侧与通风管3的外侧固定安装,阀板41的外侧与通风管3的内侧活动安装,电动阀门4的外侧固定安装有安装架42,且安装架42的一侧与安装环40的外侧固定安装,安装环40的一侧与压差传感器7的外侧固定安装,电动机43的一端固定连接有电机接头24,且电机接头24的底部与主体20的顶部固定安装。
本实施例的工作原理:通风柜1的柜门11开启时,位移传感器6实时监测柜门11底部的开度,并将实时数据通过第二接头22传输至控制器2内,以计算柜门空气流动的横截面积,并且通风柜1内的微风速传感器5也会将空腔10内的实时风速数据,通过第三接头23传输至控制器2内,以用来对控制电动阀门4的数据修正,控制器2会经过计算后,通过电机接头24控制电动机43的启停,从而控制电动机43输出端安装的阀板41在通风管3内的开度,进而控制通风管3内的进风量,使得通风柜1操作口的风速始终维持在0.5m/s,有效防止柜体内的有害气体泄露,从而保护操作人员,同时,还会利用压差传感器7在阀板41两端监测的风速值作为输出反馈,实时调整阀板41的开度,当一台通风柜1经上述步骤调试完成后,可将此控制器2的参数应用到所有相同环境的通风柜1的控制器2上,进而节约调试人员的工作量,提高通风柜1的调试效率。
实施例2
根据图4所示,一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器的使用方法,包括以下步骤:
S1、开始;
S2、初始化参数;
S3、通过位移传感器获得通风柜门的开度;
S4、计算K时刻理论需要的进风量;
S5、理论进风量与当前的变风量阀门风量传感器比较,更新K时刻风量的偏差;
S6、计算并更新K-1时刻的目标风量及其变化量和伪偏导数;
S7、根据伪偏导数辨识算法估计第K时间的伪偏导数;
S8、根据控制律算法计算控制系统的驱动量,即对变风量阀门的开度进行调节;
S9、通过面风速传感器获得K时刻通风柜正前方的风速;
S10、比较K时刻的当前风速与目标风速比较,更新K时刻风量的偏差;
S11、二次计算并更新K-1时刻的目标风量及其变化量和伪偏导数;
S12、根据伪偏导数辨识算法估计第K时刻的伪偏导数;
S13、根据控制律算法计算控制系统的驱动量,对阀门进行二次调试。
本实施例的工作原理:通过位移传感器6可监测通风柜柜门11打开的幅度,即可通过计算得到通风柜柜门11空气流动的横截面积,将此值作为PID算法参数参与自动化运算,控制通风管3的阀板41开度调整风速逐渐趋近于目标值,并在此基础上通过微风速传感器5对柜内空腔10的风速进行监测,作为PID参数对上述结果进行修正,通过以位移传感器6和微风速传感器6采集信号组成的二次PID组合控制阀板41开度,并通过压差传感器7监测的值作为输出反馈,如此循环,使得控制器2动态地通过电动阀门4控制通风管3的风速,使得输出趋近于目标值;在对现场中的一个通风柜1调试完成后,可将参数应用到所有相同环境的通风柜控制器上,减少了工程人员的工作负担,相对于PID控制具有不依赖于特定模型、易于实现、在线自适应、控制过程平稳且效果良好等优点,能根据输入输出的变化动态地调整控制器权值参数,完成闭环控制,具有较强的实用性。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器,包括通风柜(1)、控制器(2)、通风管(3)和电动阀门(4),其特征在于:所述通风柜(1)的顶部前侧开设有空腔(10),且空腔(10)的前侧活动安装有柜门(11),所述空腔(10)的前侧固定安装有位移传感器(6),且空腔(10)的内侧固定安装有微风速传感器(5),所述通风柜(1)的顶部与通风管(3)的底部相连通,所述通风管(3)的顶部与电动阀门(4)的一端活动安装,所述电动阀门(4)的一侧固定安装有压差传感器(7),且压差传感器(7)的一端与通风管(3)的内侧固定安装,所述通风柜(1)的顶部一侧与控制器(2)的底部固定安装,所述位移传感器(6)、微风速传感器(5)和压差传感器(7)的一端均与控制器(2)的一侧固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器,其特征在于:所述控制器(2)包括主体(20),所述主体(20)的一侧分别固定安装有第一接头(21)、第二接头(22)和第三接头(23)。
3.根据权利要求2所述的一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器,其特征在于:所述第一接头(21)的一端与压差传感器(7)的一端固定连接,所述第二接头(22)的一端与位移传感器(6)的一端固定连接,所述第三接头(23)的一端与微风速传感器(5)的一端固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器,其特征在于:所述电动阀门(4)包括安装环(40),所述安装环(40)的一侧插接有电动机(43),所述电动机(43)的一端活动安装有阀板(41)。
5.根据权利要求4所述的一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器,其特征在于:所述安装环(40)的内侧与通风管(3)的外侧固定安装,所述阀板(41)的外侧与通风管(3)的内侧活动安装。
6.根据权利要求4所述的一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器,其特征在于:所述电动阀门(4)的外侧固定安装有安装架(42),且安装架(42)的一侧与安装环(40)的外侧固定安装。
7.根据权利要求4所述的一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器,其特征在于:所述安装环(40)的一侧与压差传感器(7)的外侧固定安装,所述电动机(43)的一端固定连接有电机接头(24),且电机接头(24)的底部与主体(20)的顶部固定安装。
8.一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器的使用方法,其特征在于,使用了权利要求1-7任一项的一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器,包括以下步骤:
S1、开始;
S2、初始化参数;
S3、通过位移传感器获得通风柜门的开度;
S4、计算K时刻理论需要的进风量;
S5、理论进风量与当前的变风量阀门风量传感器比较,更新K时刻风量的偏差;
S6、计算并更新K-1时刻的目标风量及其变化量和伪偏导数;
S7、根据伪偏导数辨识算法估计第K时间的伪偏导数;
S8、根据控制律算法计算控制系统的驱动量,即对变风量阀门的开度进行调节;
S9、通过面风速传感器获得K时刻通风柜正前方的风速;
S10、比较K时刻的当前风速与目标风速比较,更新K时刻风量的偏差;
S11、二次计算并更新K-1时刻的目标风量及其变化量和伪偏导数;
S12、根据伪偏导数辨识算法估计第K时刻的伪偏导数;
S13、根据控制律算法计算控制系统的驱动量,对阀门进行二次调试。
9.根据权利要求8所述的一种基于无模式自适应控制的通风柜控制器的使用方法,其特征在于,根据步骤S1-S13循环计算,使得所述控制器(2)动态地控制系统输出趋近于目标值。
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