CN114322383B - 用于机房空调电子膨胀阀的变周期多区间的模糊控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种用于机房空调电子膨胀阀的变周期多区间的模糊控制方法，包括1.获取吸气温度T2和饱和温度T1，2.计算吸气过热度TS，3.获取目标吸气过热度TSS，4.计算过热度差值ES，5.计算过热度差值变化率ECS，6.生成离线模糊表，7.获取电子膨胀阀的调节值，8.提高整体响应速度。本发明针对蒸发器过热度在不同状态下的特性，使用分区间变周期的离线模糊控制方法，简化大量计算，系统控制也更加简单易行；本发明针对模糊控制过程中，系统输出响应较慢或不变的特定状态，使模糊控制规则加权输出并缩短控制周期，系统响应更加可靠合理。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于机房空调电子膨胀阀的变周期多区间的模糊控制方法，属于机房空调控制技术领域。
背景技术
现有运营压缩机模式的机房空调中，常采用PID控制方法对蒸发器过热度进行控制，其算法简单、控制稳定且易于实现，针对特定不变的模型，使用经典PID控制算法，再加一些补偿措施能达到很好的控制效果。但由于压缩机模式空调系统中的蒸发器是一个容易被外部环境所影响的模型，电子膨胀阀对过热度的响应具有非线性、大滞后等特性，且系统内各部件之间还存在关联耦合性，因此特定不变的PID参数对于这一类的模型很难达到较好的控制效果，尤其当系统控制对象在临近控制目标长时间保持不变时，依靠传统的积分作用其响应也较慢。当制冷系统设计改变时，又需要花费大量的时间重新确认系统各参数。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于机房空调电子膨胀阀的变周期多区间的模糊控制方法，其具体技术方案如下：
用于机房空调电子膨胀阀的变周期多区间的模糊控制方法，包括以下步骤：
步骤1：获取吸气温度T2和饱和温度T1：获取机组压缩机的吸气温度T2和机组压缩机吸气压力值P1，根据机组压缩机吸气压力值P1计算对应的饱和温度T1；
步骤2：计算吸气过热度TS：通过低压压力对应的饱和温度T1和吸气温度T2，计算得出吸气过热度TS=T2-T1；
步骤3：获取目标吸气过热度TSS：获取机组压缩机设定的目标吸气过热度TSS；
步骤4：计算过热度差值ES：通过吸气过热度TS和目标吸气过热度TSS计算得出过热度差值ES=TSS-TS；
步骤5：计算过热度差值变化率ECS：通过当前状态下机组压缩机的吸气过热度TS1和目标吸气过热度TSS1计算得出当前状态下机组压缩机的过热度差值ES1，通过上一状态下机组压缩机的吸气过热度TS2和目标吸气过热度TSS2计算得出当前状态下机组压缩机的过热度差值ES2，根据相邻状态下的过热度差值ES1和ES2计算得出过热度差值变化率ECS=ES1/ ES2；
步骤6：生成离线模糊表：根据吸气过热度差值ES定义模糊区间，生成离线模糊表；
步骤7：获取电子膨胀阀的调节值：根据过热度差值ES确定电子膨胀阀的控制周期T，查询电子膨胀阀的控制周期T对应的离线模糊表，得出当前状态下电子膨胀阀的调节值；
步骤8：提高整体响应速度：实时累积计算离线模糊表中各区间持续保持周期数，当机组持续保持固定周期，改变电子膨胀阀的调节周期，同时改变电子膨胀阀单次调节步数，提高整体响应速度。
进一步的，所述步骤6中模糊区间划分为模糊区间1、模糊区间2、模糊区间3、模糊区间4和模糊区间5，所述离线模糊表划分为模糊表1、模糊表2、模糊表3、模糊表4和模糊表5。
进一步的，所述电子膨胀阀的控制周期T根据过热度差值ES划分为控制周期Ta、控制周期Tb、控制周期Tc、控制周期Td和控制周期Te；
所述模糊区间1对应的为控制周期Ta，查询电子膨胀阀的控制周期Ta对应的模糊表1得出当前状态下电子膨胀阀的调节值；
所述模糊区间2对应的为控制周期Tb，查询电子膨胀阀的控制周期Tb对应的模糊表2得出当前状态下电子膨胀阀的调节值，
所述模糊区间3对应的为控制周期Tc，查询电子膨胀阀的控制周期Tc对应的模糊表3得出当前状态下电子膨胀阀的调节值，
所述模糊区间4对应的为控制周期Td，查询电子膨胀阀的控制周期Td对应的模糊表4得出当前状态下电子膨胀阀的调节值，
所述模糊区间5对应的为控制周期Te，查询电子膨胀阀的控制周期Te对应的模糊表5得出当前状态下电子膨胀阀的调节值。
进一步的，所述过热度差值ES的变化范围设置为[-3℃，3℃]，当机组压缩机的过热度差值不在[-3℃，3℃]的范围内时，通过调节电子膨胀阀开度和控制周期改变目标吸气过热度。
进一步的，所述过热度差值变化率ECS的变化范围设置为[-4℃，4℃]，当机组压缩机的过热度差值变化率不在[-4℃，4℃]时，通过调节电子膨胀阀开度和控制周期改变目标吸气过热度的升降速度。
进一步的，所述步骤8中实时累积计算离线模糊表中各区间持续保持周期数，当持续保持T_Set个周期，则T_Set周期变化为T_Set*ParaT,同时离线模糊表的输出值Fuzzy_Out变化为Fuzzy_Out*ParaU，所述ParaT为修正系数，所述ParaU为电子膨胀阀修正系数。
本发明的工作原理：
本发明提出一种用于机房空调电子膨胀阀的变周期多区间的模糊控制方法，不依赖于固定的模型，根据专业系统工程师的经验针对不同过热度在稳定或变化状态下的特性调节电子膨胀阀开度，使蒸发器过热度得到快速稳定的精确控制；本发明针对不同的制冷系统模型，即使在不改变原有控制参数的基础上，也能最终实现对系统的稳定输出控制。
本发明的有益效果：
本发明根据压缩机中实际过热度与目标过热度在不同差值下的特性，将差值过热度区间定义成多个不同的区间，与传统PID控制下单一的控制参数相比，蒸发器过热度控制更具有针对性；当系统实际过热度在接近目标过热度期间，不佳的PID控制参数其积分作用效果常常有限，本发明针对这一特性，会在临进目标过热度的过程中实时统计模糊规则的发生次数，若长时间保持不变，则将修改离线模糊查询表输出结果并缩短控制周期，使系统快速响应；当开发同系列制冷系统时，即使在不改变模糊控制规则的情况下或者修改较少参数，本发明也能最终满足控制目标需求，大大减少开发周期，通用性更强；本发明简单易行，具有较好的抗干扰性及自适应性。
附图说明
图1是本发明的流程示意图，
图2是本发明的系统框图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明提出一种用于机房空调电子膨胀阀的变周期多区间的模糊控制方法，解决蒸发器在不同工况下的系统性能不稳定或在固定区间内响应较慢的问题。本发明的整体方案大致为：首先，采集机房空调系统的吸气温度及吸气压力进而得出系统实际吸气过热度，计算系统每周期吸气过热度变化差值和吸气过热度差值变化率。其次，定义多个控制区间及控制周期，最大区间外的使用单一强制调节，其余区间均使用差异模糊控制算法，当系统状态长期保持在某一固定区间时，则同时改变离线模糊表输出值和控制周期，从而使系统快速调节电子膨胀阀开度来满足控制需求。
如图1和图2所示，本发明提出的一种用于机房空调电子膨胀阀的变周期多区间的模糊控制方法，其具体步骤为：首先，获取机组压缩机的吸气温度T2和机组压缩机吸气压力值P1，根据机组压缩机吸气压力值P1计算对应的饱和温度T1。其次，通过低压压力对应的饱和温度T1和吸气温度T2，计算得出吸气过热度TS=T2-T1。紧接着，获取机组压缩机设定的目标吸气过热度TSS。然后，通过吸气过热度TS和目标吸气过热度TSS计算得出过热度差值ES=TSS-TS。再接着，通过当前状态下机组压缩机的吸气过热度TS1和目标吸气过热度TSS1计算得出当前状态下机组压缩机的过热度差值ES1，通过上一状态下机组压缩机的吸气过热度TS2和目标吸气过热度TSS2计算得出当前状态下机组压缩机的过热度差值ES2，根据相邻状态下的过热度差值ES1和ES2计算得出过热度差值变化率ECS= ES1/ ES2。下一步，根据吸气过热度差值ES定义模糊区间，生成离线模糊表。然后，根据过热度差值ES确定电子膨胀阀的控制周期T，查询电子膨胀阀的控制周期T对应的离线模糊表，得出当前状态下电子膨胀阀的调节值。最后，实时累积计算离线模糊表中各区间持续保持周期数，当持续保持T_Set个周期则T_Set周期变化为T_Set*ParaT,同时离线模糊表的输出值Fuzzy_Out变化为Fuzzy_Out*ParaU。ParaT为修正系数，通过上位机设定，ParaU为电子膨胀阀修正系数。当机组持续保持在某个固定区间时，说明此时电子膨胀阀的调节度对系统而言响应较慢，此时改变电子膨胀阀的调节周期，同时改变电子膨胀阀单次调节步数，使得机组系统快速响应。定义控制区间：将吸气过热度的变化分成5个区间，Sec_a、Sec_b、Sec_c、Sec_d代表这5个区间的边界值；表示为ES≥Sec_a为区间A，Sec_a＞ES≥Sec_b时区间B，Sec_b＞ES≥Sec_c时区间C，Sec_c＞ES≥Sec_d时区间D，ES＜Sec_d时区间E。如果要想让系统控制的更加精细，可以将变化区间范围定义的更小。当空气处理机组当前运行在区间A时，定义此区间内的控制周期为Ta；当空气处理机组当前运行在区间B时，定义此区间内的控制周期为Tb；当空气处理机组当前运行在区间C时，定义此区间内的控制周期为Tc；当空气处理机组当前运行在区间D时，定义此区间内的控制周期为Td；当空气处理机组当前运行在区间E时，定义此区间内的控制周期为Te。其中周期Ta、Tb、Tc、Td和Te都可以根据实验室测试情况进行在线修改。各区间内的控制算法以吸气过热度差值ES和吸气过热度差值变化率ECS为输入量查询离线模糊表Fuzzy_Out。若机组在运行过程中，连续T_Set个周期保持在同一区间时，则T_Set周期变化为T_Set*ParaT,同时离线模糊表的输出值变化为Fuzzy_Out*ParaU,最后根据查询得出的输出值得出电子膨胀阀的最终开度。如下变化范围的取值依据是在目标控制精度±1℃的前提下选取的。
本发明的中的模糊离线表的生成步骤如下：首先，定义机组过热度差值ES为过热度目标值TSS与实际过热度TS的差值，其变化范围为[-3℃，3℃]，当机组过热度差值ES>3℃时，表明实际过热度TS比设定的目标过热度TSS较大，则此时应该增大蒸发器电子膨胀阀开度U_Exv，并且其控制执行周期Tc应减短，从而使过热度快速降低至目标过热度。当前过热度ES<-3℃时，表明当前过热度TS比设定的目标过热度TSS较小，则此时应该减小蒸发器电子膨胀阀开度U_Exv，并且其控制执行周期Ta应增大，从而使过热度快速升至目标过热度。当前过热度-1℃≤ES≤1℃时，表明当前过热度TS与设定的目标过热度TSS相当，则此时较小增益的调节蒸发器电子膨胀阀开度U_Exv，其控制执行周期Tb也应适中，从而使过热度稳定至目标过热度。如下为机组过热度误差ES的模糊语言定义：ES<-3℃定义为NB，-3℃<ES<-1℃定义为NM，-1℃<ES<1℃定义为ZO，1℃<ES<3℃定义为PM，3℃<ES定义为PB。机组过热度差值ES与蒸发器电子膨胀阀开度U_Exv成正比，与控制执行周期Tc成反比。其次，定义机组过热度变化率ECS为当前的过热度差值ES和上一周期的过热度差值ES的代数差，其范围是[-4℃，4℃]。当过热度误差变化率ECS>4℃时，表明当前过热度TS变化增速较快，则此时应该根据过热度差值ES决定增大或减小蒸发器电子膨胀阀开度U_Exv。当前过热度ECS<-4℃时，表明当前过热度TS变化减速较快，则此时应该根过热度差值ES决定增大或减小蒸发器电子膨胀阀开度U_Exv。当并且其控制执行周期Ta应增大，从而使过热度快速升至目标过热度。当前过热度-1℃≤ECS≤1℃时，表明当前过热度变化率适中。如下为机组过热度误差ECS的模糊语言定义：ECS<-4℃定义为NB，-4℃<ECS<-1.5℃定义为NM，-1.5℃< ECS <1.5℃定义为ZO，1.5℃< ECS <4℃定义为PM，4℃< ECS定义为PB。然后，设定电子膨胀阀每周期动作步数U_Exv的范围为[-15，15]，对电子膨胀阀控制周期Fuzzy_Out的模糊语言作如下具体定义：NB表示-15，NM表示-8，ZO表示0，PM表示 8，PB表示15。紧接着，定义控制规则。在不用的区域，过热度差值ES和过热度差值变化率ECS应遵循如下基本规则：当过热度差值ES较大时，此时U_Exv也应相应增大或减小，使系统快速响应；当过热度差值ES较小时，此时U_Exv也应较小，避免系统大范围波动，提高系统安全性；当过热度差值ES适中时，此时U_Exv也应适中，避免系统频繁波动，使系统趋于稳定。根据上述基本规则及实验室人员经验得出模糊规则表，如表1所示。
表1 模糊规则表
根据定义的模糊语言集代入规则表中，最后计算出蒸发器电子膨胀阀开度为当前电子膨胀阀开度值和查询模糊表得出的U_Exv的代数和。模糊规则统计表如表2所示。
表2 模糊规则统计表
控制规则统计表用于统计各离线模糊规则所持续的周期次数。本发明根据过热度的偏差范围划分区间，根据各自区间内机组的系统运行特性，结合生成的离线模糊表实现对过热度的快速稳定控制，工程实现简单易行。
本发明针对蒸发器过热度在不同状态下的特性，使用分区间变周期的离线模糊控制方法，简化大量计算，系统控制也更加简单易行。本发明针对模糊控制过程中，系统输出响应较慢或不变的特定状态，使模糊控制规则加权输出并缩短控制周期，系统响应更加可靠合理。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.用于机房空调电子膨胀阀的变周期多区间的模糊控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取吸气温度T2和饱和温度T1：获取机组压缩机的吸气温度T2和机组压缩机吸气压力值P1，根据机组压缩机吸气压力值P1计算对应的饱和温度T1；
步骤2：计算吸气过热度TS：通过低压压力对应的饱和温度T1和吸气温度T2，计算得出吸气过热度TS=T2-T1；
步骤3：获取目标吸气过热度TSS：获取机组压缩机设定的目标吸气过热度TSS；
步骤4：计算过热度差值ES：通过吸气过热度TS和目标吸气过热度TSS计算得出过热度差值ES=TSS-TS；
步骤5：计算过热度差值变化率ECS：通过当前状态下机组压缩机的吸气过热度TS1和目标吸气过热度TSS1计算得出当前状态下机组压缩机的过热度差值ES1，通过上一状态下机组压缩机的吸气过热度TS2和目标吸气过热度TSS2计算得出当前状态下机组压缩机的过热度差值ES2，根据相邻状态下的过热度差值ES1和ES2计算得出过热度差值变化率ECS= ES1/ES2；
步骤6：生成离线模糊表：根据吸气过热度差值ES定义模糊区间，生成离线模糊表；
步骤7：获取电子膨胀阀的调节值：根据过热度差值ES确定电子膨胀阀的控制周期T，查询电子膨胀阀的控制周期T对应的离线模糊表，得出当前状态下电子膨胀阀的调节值；
步骤8：提高整体响应速度：实时累积计算离线模糊表中各区间持续保持周期数，当机组持续保持固定周期，改变电子膨胀阀的调节周期，同时改变电子膨胀阀单次调节步数，提高整体响应速度;
所述步骤8中实时累积计算离线模糊表中各区间持续保持周期数，当持续保持T_Set个周期，则T_Set周期变化为T_Set*ParaT,同时离线模糊表的输出值Fuzzy_Out变化为Fuzzy_Out*ParaU，所述ParaT为修正系数，所述ParaU为电子膨胀阀修正系数。
2.根据权利要求1所述的用于机房空调电子膨胀阀的变周期多区间的模糊控制方法，其特征在于：所述步骤6中模糊区间划分为模糊区间1、模糊区间2、模糊区间3、模糊区间4和模糊区间5，所述离线模糊表划分为模糊表1、模糊表2、模糊表3、模糊表4和模糊表5。
3.根据权利要求2所述的用于机房空调电子膨胀阀的变周期多区间的模糊控制方法，其特征在于：所述电子膨胀阀的控制周期T根据过热度差值ES划分为控制周期Ta、控制周期Tb、控制周期Tc、控制周期Td和控制周期Te；
所述模糊区间1对应的为控制周期Ta，查询电子膨胀阀的控制周期Ta对应的模糊表1得出当前状态下电子膨胀阀的调节值；
所述模糊区间2对应的为控制周期Tb，查询电子膨胀阀的控制周期Tb对应的模糊表2得出当前状态下电子膨胀阀的调节值，
所述模糊区间3对应的为控制周期Tc，查询电子膨胀阀的控制周期Tc对应的模糊表3得出当前状态下电子膨胀阀的调节值，
所述模糊区间4对应的为控制周期Td，查询电子膨胀阀的控制周期Td对应的模糊表4得出当前状态下电子膨胀阀的调节值，
所述模糊区间5对应的为控制周期Te，查询电子膨胀阀的控制周期Te对应的模糊表5得出当前状态下电子膨胀阀的调节值。
4.根据权利要求1所述的用于机房空调电子膨胀阀的变周期多区间的模糊控制方法，其特征在于：所述过热度差值ES的变化范围设置为[-3℃，3℃]，当机组压缩机的过热度差值不在[-3℃，3℃]的范围内时，通过调节电子膨胀阀开度和控制周期改变目标吸气过热度。
5.根据权利要求1所述的用于机房空调电子膨胀阀的变周期多区间的模糊控制方法，其特征在于：所述过热度差值变化率ECS的变化范围设置为[-4℃，4℃]，当机组压缩机的过热度差值变化率不在[-4℃，4℃]时，通过调节电子膨胀阀开度和控制周期改变目标吸气过热度的升降速度。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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