CN114942657B - 一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统和控制方法 - Google Patents
一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统和控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114942657B CN114942657B CN202210425915.1A CN202210425915A CN114942657B CN 114942657 B CN114942657 B CN 114942657B CN 202210425915 A CN202210425915 A CN 202210425915A CN 114942657 B CN114942657 B CN 114942657B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- drosophila
- control
- control unit
- module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 84
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 49
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 42
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 63
- 241000255581 Drosophila <fruit fly, genus> Species 0.000 claims description 58
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 24
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 22
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 14
- 235000013305 food Nutrition 0.000 claims description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 10
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 7
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 6
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 6
- 241000255588 Tephritidae Species 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 2
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 2
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 208000032170 Congenital Abnormalities Diseases 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
本发明提出了一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统和控制方法，该系统包括混凝土浇筑体、温度控制单元、液冷控制单元、两个温度采集模块和冷凝器；液冷控制单元的输出端连接至混凝土浇筑体内冷凝管的输入端；冷凝管的输出端依次经过第一温度采集模块、冷凝器、第二温度采集模块连接至液冷控制单元中的制冷液；温度控制单元用于接收温度变化引起的电压差信号，基于PID算法输出控制量信号至液冷控制单元的输出端，实现对制冷液流量的控制；其中电压差信号为两个温度采集模块采集的温度差产生的电压差信号。基于该系统，还提出了温度控制方法。本发明实时在线调整控制器的控制参数，实现对其内部温度的更精细化控制。
Description
技术领域
本发明属于混凝土浇筑质量控制技术领域，特别涉及一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统和控制方法。
背景技术
变电站土建施工阶段，GIS基础、电抗器基础、独立避雷针基础等大体积混凝土施工作业完成后，由于水泥水化热，内部温度上升很高，最高温度常会达到60℃以上。然而混凝土的自然冷却速度却非常慢，因此为了避免施工的过程中由于内外表面温差过大而混凝土出现裂纹、起鼓等质量问题需要对其内部温度变化进行干预。由于人工干预存在各种先天性不足，通过自动测温的方式进行干预就成了一种必然的趋势。
目前，与大体积混凝土内部温度检测及温度控制的相关的技术方案也很多。主要涉及混凝土内部温度检测装置、内部温度检测方法、基于内部温度检测的智能报警系统、内部温度智能温度控制系统等方面的问题。然而，这些装置或者系统都未涉及温度控制的质量或者控制策略的优化问题。由于水泥的水化热反应机理复杂，而且受混凝土体积、水泥标号、砂石材料混合比例变化等多种因素影响，同时温度控制系统是典型的大滞后系统，因此要实现对大体积混凝土内部温度的高性能控制，必须要根据系统的众多参数的变化而进行优化和调整。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统和控制方法，提高了混凝土浇筑过程中内部温度控制的快速性和稳定性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统，包括混凝土浇筑体，还包括温度控制单元、液冷控制单元、第一温度采集模块、冷凝器和第二温度采集模块；所述液冷控制单元的输出端连接至混凝土浇筑体内冷凝管的输入端；所述冷凝管的输出端依次经过第一温度采集模块、冷凝器、第二温度采集模块连接至液冷控制单元中的制冷液；
所述温度控制单元用于接收温度变化引起的电压差信号，基于PID算法输出控制量信号至液冷控制单元的输出端，实现对制冷液流量的控制；所述电压差信号为第一温度采集模块采集的第一温度与第二温度采集模块采集的第二温度之间的温度差产生的电压差信号。
进一步的，所述第一温度采集模块用于采集混凝土浇筑体内冷凝管出口处液体的第一温度；所述第二温度采集模块用于采集从冷凝管输出经过冷凝器后液体的第二温度。
进一步的，所述温度控制单元包括控制模块、变频器和信号调理模块；
所述信号调理模块用于将第一温度采集模块采集的第一温度与第二温度采集模块采集的第二温度之间的温度差调理成电压差信号发送至控制模块；
所述控制模块的输入端与信号调理模块相连，首先确定系统传递函数；然后采用可以改变搜索步长的果蝇优化算法，在温度控制性能最佳的情况下，整定PID控制器参数；最后根据所述电压差信号，采用整定的PID控制器输出制冷液输出量；
所述变频器与控制模块的输出端相连，用于根据制冷液输出量，产生出对应频率的控制交流信号，然后将所述交流信号发送至液冷控制单元。
进一步的，所述控制模块确定传递函数的过程包括：采用最小最小二乘法离线辨识出变频器、液冷控制单元输出的控制信号与混凝土浇筑体内冷凝管的输出端构成的传递函数G(s)＝G0(s)e-τs；其中τ为纯滞后时间。
进一步的，所述控制信号还设置史密斯预估器用于补偿纯响应滞后对控制性能的影响。
进一步的，控制模块采用的改变搜索步长的果蝇优化算法包括：
确定输入输出的函数表达式为：
其中，Mmax为寻优搜索最大迭代次数，M1和M2均为正整数且M1≤M2≤Mmax，α为设置的搜索步长改变的第一转折点；β为设置的搜索步长改变的第二转折点；α∈(0,1)，β∈(0,1)且α<β<1；
设置搜索步长L为：L＝L0[1-f(M)]；
其中，L0为初始步长，M为当前迭代次数。
进一步的，所述控制模块采用的改变搜索步长的果蝇优化算法，在温度控制性能最佳的情况下，整定PID控制器参数的过程包括：
首先确定适应函数
设置果蝇种群的个体数量Sizepop＝N及最大迭代次数Maxgen＝M，M和N均为设置的正整数；随机确定果蝇群的初始坐标位置，即为N个PID控制器对应的kP、kI、kD赋初值；
计算果蝇个体随机搜索食物的距离为：
其中，X(N,1)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kP的更新值；X(N,2)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kI的更新值；X(N,3)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kD的更新值；Xaxis(N,1)表示第N个果蝇在当前的kP的值；Xaxis(N,2)表示第N个果蝇在当前的kI的值；Xaxis(N,3)表示第N个果蝇在当前的kD的值；Rand(1,1)为随机产生的一个0-1的数值。
进一步的，所述液冷控制单元包括交流电机、水泵和水箱；所述交流电机的输出端连接水泵的输入端；所述水箱也连接至水泵的输入端；所述水泵的输出端连接至混凝土浇筑体内冷凝管的输入端；
所述交流电机的输入端连接变频器的输出端，用于根据变频器输出驱动水泵，通过对电机速度的控制实现对水泵流量的控制；
所述水泵用于抽取水箱进入内部冷凝器，带走混凝图部热量，降低混凝土内部温度；水箱用于存贮制冷液和收集的回流水。
进一步的，所述控制模块还获取第二温度，在第二温度大于阈值时，控制模块强制启动制冷风扇，加速冷凝器的制冷。
本发明还提出了一种混凝土浇筑过程中内部温度控制方法，是基于一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统实现的，包括以下步骤：
温度控制单元接收温度变化引起的电压差信号，基于PID算法输出控制量信号至液冷控制单元的输出端；其中电压差信号为第一温度采集模块采集的第一温度与第二温度采集模块采集的第二温度之间的温度差产生的电压差信号；
液冷控制单元中交流电机根据温度控制单元中变频器的输出驱动水泵，通过对电机速度的控制实现对水泵流量的控制。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明提出了一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统和控制方法，该系统包括混凝土浇筑体，还包括温度控制单元、液冷控制单元、第一温度采集模块、冷凝器和第二温度采集模块；液冷控制单元的输出端连接至混凝土浇筑体内冷凝管的输入端；冷凝管的输出端依次经过第一温度采集模块、冷凝器、第二温度采集模块连接至液冷控制单元中的制冷液；温度控制单元用于接收温度变化引起的电压差信号，基于PID算法输出控制量信号至液冷控制单元的输出端，实现对制冷液流量的控制；其中电压差信号为第一温度采集模块采集的第一温度与第二温度采集模块采集的第二温度之间的温度差产生的电压差信号。基于一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统，还提出了一种混凝土浇筑过程中内部温度控制方法。本发明采用了改变搜索步长的果蝇优化算法对PID控制器参数进行优化，提高了混凝土浇筑过程中内部温度控制的快速性、稳定性和鲁棒性。
本发明可以根据大体积混凝土浇筑过程中水泥水化热产生的内部高温的不同状况，实时在线调整控制器的控制参数，实现对其内部温度的更精细化控制，避免施工的过程中由于内外表面温差过大引起的浇筑裂缝，提高浇筑的质量。
附图说明
如图1为本发明实施例1一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统连接示意图；
如图2为本发明实施例1中信号调理模块电路示意图；
如图3为现有技术中FOA算法原理图；
如图4为现有技术中FOA算法流程图；
如图5为本发明实施例1步长变化曲线示意图；
如图6为本发明实施例1一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统实现原理示意图；
如图7为本发明实施例1采用不同优化策略对PID参数进行优化的结果示意图；
如图8为本发明实施例1不同PID参数优化方法的控制效果示意图；
如图9为本发明实施例2一种混凝土浇筑过程中内部温度控制方法流程图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
实施例1
本发明实施例1提出了一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统。可以根据大体积混凝土浇筑过程中水泥水化热产生的内部高温的不同状况，实时在线调整控制器的控制参数，实现对其内部温度的更精细化控制，避免施工的过程中由于内外表面温差过大引起的浇筑裂缝，提高浇筑的质量。
如图1为本发明实施例1一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统连接示意图；该系统包括混凝土浇筑体；
还包括温度控制单元、液冷控制单元、第一温度采集模块、冷凝器和第二温度采集模块；液冷控制单元的输出端连接至混凝土浇筑体内冷凝管的输入端；冷凝管的输出端依次经过第一温度采集模块、冷凝器、第二温度采集模块连接至液冷控制单元中的制冷液；
温度控制单元用于接收温度变化引起的电压差信号，基于PID算法输出控制量信号至液冷控制单元的输出端，实现对制冷液流量的控制；其中，电压差信号为第一温度采集模块采集的第一温度与第二温度采集模块采集的第二温度之间的温度差产生的电压差信号。
第一温度采集模块用于采集混凝土浇筑体内冷凝管出口处液体的第一温度；第一温度采集模块采用pt100温度传感器。
第二温度采集模块用于采集从冷凝管输出经过冷凝器后液体的第二温度；第二温度采集模块采用pt100温度传感器。
温度控制单元包括控制模块、变频器和信号调理模块；
信号调理模块用于将第一温度采集模块采集的第一温度与第二温度采集模块采集的第二温度之间的温度差调理成电压差信号发送至控制模块；信号调理模块采用信号调理电路，如图2为本发明实施例1中信号调理模块电路示意图。利用惠斯登平衡电桥桥法分别检测Pt100随温度变化产生的电压差，然后经过差动运算放大电路将电压信号放大至0-3.3V分别输入STM32系统用于温度信号采集。
温度控制单元还包括电源模块、键盘和显示模块。电源模块为温度控制系统提供直流工作电源；键盘用于输入温度控制的期望值、PID控制器的初始参数、查询当前控制参数等；显示模块用于显示当前内部冷凝管出水口温度及外部冷凝器出水口温度、当前电机转速等；
控制模块采用STM32控制器；控制模块的输入端与信号调理模块相连，首先确定系统传递函数；然后采用可以改变搜索步长的果蝇优化算法，在温度控制性能最佳的情况下，整定PID控制器参数；最后根据所述电压差信号，采用整定的PID控制器输出制冷液输出量；
变频器与控制模块的输出端相连，用于根据制冷液输出量，产生出对应频率的控制交流信号，然后将交流信号发送至液冷控制单元。
液冷控制单元包括交流电机、水泵和水箱；交流电机的输出端连接水泵的输入端水箱也连接至水泵的输入端；水泵的输出端连接至混凝土浇筑体内冷凝管的输入端；
交流电机的输入端连接变频器的输出端，用于根据变频器输出驱动水泵，通过对电机速度的控制实现对水泵流量的控制；
水泵用于抽取水箱进入内部冷凝器，带走混凝图部热量，降低混凝土内部温度；水箱用于存贮制冷液和收集的回流水。
本系统无需在浇筑体内部设置温度检测单元，而是基于内部温度的变化会影响冷凝管出水口温度这一原理，通过控制混凝土浇筑体内部冷凝管出水温度实现对浇筑体内部温度的控制和调节。通过智能温度控制系统的操作键盘设置冷凝管出水口的温度，系统将Pt100的检测信号进行一定的调理送STM32MCU进行A/D转换，测得当前出水口的温度，然后计算期望温度与实际温度的差，利用该差值，系统基于PID控制算法产生控制信号，该控制信号控制变频器调节交流电机的转速，实现对水泵流量的控制，从而达到控制混凝土浇筑体内部温度的作用。
如图6为本发明实施例1一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统实现原理示意图。本申请中控制模块实现过程中，首先确定传递函数。采用最小二乘法离线辨识出变频器、液冷控制单元输出的控制信号与混凝土浇筑体内冷凝管的输出端构成的传递函数G(s)＝G0(s)e-τs；其中τ为纯滞后时间。控制信号还设置史密斯预估器用于补偿纯响应滞后对控制性能的影响，其中史密斯预估器的表达式为：Gp(s)＝G0(s)(1-e-τs)。
FOA算法的思想是果蝇通过嗅觉找到食物的过程，其过程实质上就是由食物味道浓度淡的位置向到食物味道浓度的位置不断靠近的过程。根据这一原理，可以得到果蝇优化算法的流程如图3所示；如图4为现有技术中FOA算法流程图。从FOA算法的流程可以看出，该算法优化搜索范围始终处于[-1,1]之间。这种选择固定步长范围内的随机搜索可能会存如下不足：步长选择较大时，算法的全局搜索能力很强，但局部搜索能力就会变差；选择较小的步长会增强算法的局部搜索能力，但全局搜索能力变弱，可能会陷入局部最优，而且搜索效率也大大降低。
本发明实施例1提出了一种可以改变搜索步长的FOA算法，如图5为步长变化曲线规律示意图。
首先确定输入输出的函数表达式为：
其中，Mmax为寻优搜索最大迭代次数，M1和M2均为正整数且M1≤M2≤Mmax，α为设置的搜索步长改变的第一转折点；β为设置的搜索步长改变的第二转折点；α∈(0,1)，β∈(0,1)且α<β<1；
设置搜索步长L为：L＝L0[1-f(M)]；
其中，L0为初始步长，M为当前迭代次数。
控制模块采用的改变搜索步长的果蝇优化算法，在温度控制性能最佳的情况下，整定PID控制器参数的过程包括：
首先确定适应函数
设置果蝇种群的个体数量Sizepop＝N及最大迭代次数Maxgen＝M，M和N均为设置的正整数；随机确定果蝇群的初始坐标位置，即为N个PID控制器对应的kP、kI、kD赋初值；
计算果蝇个体随机搜索食物的距离为：
其中，X(N,1)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kP的更新值；X(N,2)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kI的更新值；X(N,3)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kD的更新值；Xaxis(N,1)表示第N个果蝇在当前的kP的值；Xaxis(N,2)表示第N个果蝇在当前的kI的值；Xaxis(N,3)表示第N个果蝇在当前的kD的值；Rand(1,1)为随机产生的一个0-1的数值。
针对每一个个体，利用适应度函数求出每一个体的味道浓度J；
选取根据个体的味道浓度最小的个体，确定为该群体中的最优的个体；
记录保留最优浓度味道值J及其坐标值，作为群体利用视觉飞抵新位置；
进入迭代寻优，循环执行，判断迭代次数是否达小于最大迭代次数M，否则，继续进行迭代。
为了验证所提出方法的可行性及优越性进行了仿真实验。
温度控制系统的模型利用MATLAB对测得的实验数据进行辨识得到系统的传递函数模型为：
传统的FOA与本发明提出的改进的FOA进行PID参数优化效率的仿真对比实验，如图7为本发明实施例1采用不同优化策略对PID参数进行优化的结果示意图；可以看出采用改进FOA对PID参数优化的控制方法比Z-N法整定后的PID控制的快速性和稳定性都要好的多。
为了验证所提出方法的鲁棒性，分别在两种控制策略下施加r(t)＝0.1sin(0.2t)正弦波干扰，如图8为本发明实施例1不同PID参数优化方法的控制效果示意图；从仿真结果可以看出，我们提出的方法的控制效果几乎未受到影响，但Z-N法整定的PID控制器的控制输出出现了不稳定的状况。
本发明实施例1提出了一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统，可以根据大体积混凝土浇筑过程中水泥水化热产生的内部高温的不同状况，实时在线调整控制器的控制参数，实现对其内部温度的更精细化控制，避免施工的过程中由于内外表面温差过大引起的浇筑裂缝，提高浇筑的质量。
实施例2
基于本发明实施例1提出的一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统，本发明实施例2还提出了一种混凝土浇筑过程中内部温度控制方法。如图9为本发明实施例2一种混凝土浇筑过程中内部温度控制方法流程图。
在步骤S900中，温度控制单元接收温度变化引起的电压差信号，基于PID算法输出控制量信号至液冷控制单元的输出端；其中电压差信号为第一温度采集模块采集的第一温度与第二温度采集模块采集的第二温度之间的温度差产生的电压差信号；
在步骤S910中，液冷控制单元中交流电机根据温度控制单元中变频器的输出驱动水泵，通过对电机速度的控制实现对水泵流量的控制。
本发明实施例2提出的温度控制单元温度控制单元还包括电源模块、键盘和显示模块。电源模块为温度控制系统提供直流工作电源；键盘用于输入温度控制的期望值、PID控制器的初始参数、查询当前控制参数等；显示模块用于显示当前内部冷凝管出水口温度及外部冷凝器出水口温度、当前电机转速等；
控制模块采用STM32控制器；控制模块的输入端与信号调理模块相连，首先确定系统传递函数；然后采用可以改变搜索步长的果蝇优化算法，在温度控制性能最佳的情况下，整定PID控制器参数；最后根据所述电压差信号，采用整定的PID控制器输出制冷液输出量；
变频器与控制模块的输出端相连，用于根据制冷液输出量，产生出对应频率的控制交流信号，然后将交流信号发送至液冷控制单元。
液冷控制单元包括交流电机、水泵和水箱；交流电机的输出端连接水泵的输入端水箱也连接至水泵的输入端；水泵的输出端连接至混凝土浇筑体内冷凝管的输入端；
交流电机的输入端连接变频器的输出端，用于根据变频器输出驱动水泵，通过对电机速度的控制实现对水泵流量的控制；
水泵用于抽取水箱进入内部冷凝器，带走混凝图部热量，降低混凝土内部温度；水箱用于存贮制冷液和收集的回流水。
控制模块实现过程中，首先确定传递函数。采用最小二乘法离线辨识出变频器、液冷控制单元输出的控制信号与混凝土浇筑体内冷凝管的输出端构成的传递函数G(s)＝G0(s)e-τs；其中τ为纯滞后时间。控制信号还设置史密斯预估器用于补偿纯响应滞后对控制性能的影响，其中史密斯预估器的表达式为：Gp(s)＝G0(s)(1-e-τs)。
FOA算法的思想是果蝇通过嗅觉找到食物的过程，其过程实质上就是由食物味道浓度淡的位置向到食物味道浓度的位置不断靠近的过程。根据这一原理，可以得到果蝇优化算法的流程如图3所示；如图4为现有技术中FOA算法流程图。从FOA算法的流程可以看出，该算法优化搜索范围始终处于[-1,1]之间。这种选择固定步长范围内的随机搜索可能会存如下不足：步长选择较大时，算法的全局搜索能力很强，但局部搜索能力就会变差；选择较小的步长会增强算法的局部搜索能力，但全局搜索能力变弱，可能会陷入局部最优，而且搜索效率也大大降低。
本发明实施例1提出了一种可以改变搜索步长的FOA算法，如图5为步长变化曲线规律示意图。
首先确定输入输出的函数表达式为：
其中，Mmax为寻优搜索最大迭代次数，M1和M2均为正整数且M1≤M2≤Mmax，α为设置的搜索步长改变的第一转折点；β为设置的搜索步长改变的第二转折点；α∈(0,1)，β∈(0,1)且α<β<1；
设置搜索步长L为：L＝L0[1-f(M)]；
其中，L0为初始步长，M为当前迭代次数。
控制模块采用的改变搜索步长的果蝇优化算法，在温度控制性能最佳的情况下，整定PID控制器参数的过程包括：
首先确定适应函数
设置果蝇种群的个体数量Sizepop＝N及最大迭代次数Maxgen＝M，M和N均为设置的正整数；随机确定果蝇群的初始坐标位置，即为N个PID控制器对应的kP、kI、kD赋初值；
计算果蝇个体随机搜索食物的距离为：
其中，X(N,1)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kP的更新值；X(N,2)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kI的更新值；X(N,3)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kD的更新值；Xaxis(N,1)表示第N个果蝇在当前的kP的值；Xaxis(N,2)表示第N个果蝇在当前的kI的值；Xaxis(N,3)表示第N个果蝇在当前的kD的值；Rand(1,1)为随机产生的一个0-1的数值。
针对每一个个体，利用适应度函数求出每一个体的味道浓度J；
选取根据个体的味道浓度最小的个体，确定为该群体中的最优的个体；
记录保留最优浓度味道值J及其坐标值，作为群体利用视觉飞抵新位置；
进入迭代寻优，循环执行，判断迭代次数是否达小于最大迭代次数M，否则，继续进行迭代。
本发明实施例2提出了一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统，可以根据大体积混凝土浇筑过程中水泥水化热产生的内部高温的不同状况，实时在线调整控制器的控制参数，实现对其内部温度的更精细化控制，避免施工的过程中由于内外表面温差过大引起的浇筑裂缝，提高浇筑的质量。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的修改或变形。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统，包括混凝土浇筑体，其特征在于，还包括温度控制单元、液冷控制单元、第一温度采集模块、冷凝器和第二温度采集模块；所述液冷控制单元的输出端连接至混凝土浇筑体内冷凝管的输入端；所述冷凝管的输出端依次经过第一温度采集模块、冷凝器、第二温度采集模块连接至液冷控制单元中的制冷液；
所述温度控制单元用于接收温度变化引起的电压差信号，基于PID算法输出控制量信号至液冷控制单元的输出端，实现对制冷液流量的控制；所述电压差信号为第一温度采集模块采集的第一温度与第二温度采集模块采集的第二温度之间的温度差产生的电压差信号；所述温度控制单元包括控制模块、变频器和信号调理模块；所述信号调理模块用于将第一温度采集模块采集的第一温度与第二温度采集模块采集的第二温度之间的温度差调理成电压差信号发送至控制模块；所述控制模块的输入端与信号调理模块相连，首先确定系统传递函数；然后采用可以改变搜索步长的果蝇优化算法，在温度控制性能最佳的情况下，整定PID控制器参数；最后根据所述电压差信号，采用整定的PID控制器输出制冷液输出量；所述变频器与控制模块的输出端相连，用于根据制冷液输出量，产生出对应频率的控制交流信号，然后将所述交流信号发送至液冷控制单元；
控制模块采用的改变搜索步长的果蝇优化算法包括：
确定输入输出的函数表达式为：
其中，Mmax为寻优搜索最大迭代次数，M1和M2均为正整数且M1≤M2≤Mmax，α为设置的搜索步长改变的第一转折点；β为设置的搜索步长改变的第二转折点；α∈(0,1)，β∈(0,1)且α<β<1；设置搜索步长L为：L＝L0[1-f(M)]；其中，L0为初始步长，M为当前迭代次数；
所述控制模块采用的改变搜索步长的果蝇优化算法，在温度控制性能最佳的情况下，整定PID控制器参数的过程包括：
首先确定适应函数
设置果蝇种群的个体数量Sizepop＝N及最大迭代次数Maxgen＝M，M和N均为设置的正整数；随机确定果蝇群的初始坐标位置，即为N个PID控制器对应的kP、kI、kD赋初值；
计算果蝇个体随机搜索食物的距离为：
其中，X(N,1)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kP的更新值；X(N,2)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kI的更新值；X(N,3)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kD的更新值；Xaxis(N,1)表示第N个果蝇在当前的kP的值；Xaxis(N,2)表示第N个果蝇在当前的kI的值；Xaxis(N,3)表示第N个果蝇在当前的kD的值；Rand(1,1)为随机产生的一个0-1的数值。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统，其特征在于，所述第一温度采集模块用于采集混凝土浇筑体内冷凝管出口处液体的第一温度；所述第二温度采集模块用于采集从冷凝管输出经过冷凝器后液体的第二温度。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统，其特征在于，所述控制模块确定传递函数的过程包括：采用最小二乘法离线辨识出变频器、液冷控制单元输出的控制信号与混凝土浇筑体内冷凝管的输出端构成的传递函数G(s)＝G0(s)e-τs；其中τ为纯滞后时间。
4.根据权利要求3所述的一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统，其特征在于，所述控制信号还设置史密斯预估器用于补偿纯响应滞后对控制性能的影响。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统，其特征在于，所述液冷控制单元包括交流电机、水泵和水箱；所述交流电机的输出端连接水泵的输入端；所述水箱也连接至水泵的输入端；所述水泵的输出端连接至混凝土浇筑体内冷凝管的输入端；
所述交流电机的输入端连接变频器的输出端，用于根据变频器输出驱动水泵，通过对电机速度的控制实现对水泵流量的控制；
所述水泵用于抽取水箱进入内部冷凝器，带走混凝土内部热量，降低混凝土内部温度；水箱用于存贮制冷液和收集的回流水。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统，其特征在于，所述控制模块还获取第二温度，在第二温度大于阈值时，控制模块强制启动制冷风扇，加速冷凝器的制冷。
7.一种混凝土浇筑过程中内部温度控制方法，是基于权利要求1至6任意一项所述的一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统实现的，其特征在于，包括以下步骤：
温度控制单元接收温度变化引起的电压差信号，基于PID算法输出控制量信号至液冷控制单元的输出端；其中电压差信号为第一温度采集模块采集的第一温度与第二温度采集模块采集的第二温度之间的温度差产生的电压差信号；
液冷控制单元中交流电机根据温度控制单元中变频器的输出驱动水泵，通过对电机速度的控制实现对水泵流量的控制；所述温度控制单元包括控制模块、变频器和信号调理模块；所述信号调理模块用于将第一温度采集模块采集的第一温度与第二温度采集模块采集的第二温度之间的温度差调理成电压差信号发送至控制模块；所述控制模块的输入端与信号调理模块相连，首先确定系统传递函数；然后采用可以改变搜索步长的果蝇优化算法，在温度控制性能最佳的情况下，整定PID控制器参数；最后根据所述电压差信号，采用整定的PID控制器输出制冷液输出量；
所述变频器与控制模块的输出端相连，用于根据制冷液输出量，产生出对应频率的控制交流信号，然后将所述交流信号发送至液冷控制单元；
控制模块采用的改变搜索步长的果蝇优化算法包括：
确定输入输出的函数表达式为：
其中，Mmax为寻优搜索最大迭代次数，M1和M2均为正整数且M1≤M2≤Mmax，α为设置的搜索步长改变的第一转折点；β为设置的搜索步长改变的第二转折点；α∈(0,1)，β∈(0,1)且α<β<1；设置搜索步长L为：L＝L0[1-f(M)]；其中，L0为初始步长，M为当前迭代次数；
所述控制模块采用的改变搜索步长的果蝇优化算法，在温度控制性能最佳的情况下，整定PID控制器参数的过程包括：
首先确定适应函数
设置果蝇种群的个体数量Sizepop＝N及最大迭代次数Maxgen＝M，M和N均为设置的正整数；随机确定果蝇群的初始坐标位置，即为N个PID控制器对应的kP、kI、kD赋初值；
计算果蝇个体随机搜索食物的距离为：
其中，X(N,1)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kP的更新值；X(N,2)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kI的更新值；X(N,3)表示第N个果蝇经过一步搜索后得到的kD的更新值；Xaxis(N,1)表示第N个果蝇在当前的kP的值；Xaxis(N,2)表示第N个果蝇在当前的kI的值；Xaxis(N,3)表示第N个果蝇在当前的kD的值；
Rand(1,1)为随机产生的一个0-1的数值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210425915.1A CN114942657B (zh) | 2022-04-21 | 2022-04-21 | 一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统和控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210425915.1A CN114942657B (zh) | 2022-04-21 | 2022-04-21 | 一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统和控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114942657A CN114942657A (zh) | 2022-08-26 |
| CN114942657B true CN114942657B (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=82907427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210425915.1A Active CN114942657B (zh) | 2022-04-21 | 2022-04-21 | 一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统和控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114942657B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117655315B (zh) * | 2024-02-02 | 2024-04-23 | 山东中力高压阀门股份有限公司 | 一种阀门浇筑过程包内铁液温度实时监测系统 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102721480A (zh) * | 2012-06-27 | 2012-10-10 | 清华大学 | 基于冷却通水监测的计算大体积混凝土等效温度场的方法 |
| CN106849814A (zh) * | 2017-03-27 | 2017-06-13 | 无锡开放大学 | 基于果蝇蛙跳模糊神经网络pid直线同步电机控制方法 |
| CN107367937A (zh) * | 2017-08-07 | 2017-11-21 | 陕西科技大学 | 一种基于自适应果蝇优化算法的pid参数优化方法 |
| CN109974360A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-07-05 | 东南大学 | 一种基于果蝇算法的制冷系统温度优化控制方法 |
| CN210685422U (zh) * | 2019-08-27 | 2020-06-05 | 中铁七局集团第三工程有限公司 | 一种大体积混凝土温度控制装置 |
| CN111488014A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-08-04 | 江苏开通建设工程有限公司 | 一种大体积混凝土施工智能温控系统 |
| CN111980027A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-11-24 | 清华大学 | 一种蜗壳混凝土智能温控系统与方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102152725B1 (ko) * | 2014-05-29 | 2020-09-07 | 한화테크윈 주식회사 | 카메라 제어장치 |
-
2022
- 2022-04-21 CN CN202210425915.1A patent/CN114942657B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102721480A (zh) * | 2012-06-27 | 2012-10-10 | 清华大学 | 基于冷却通水监测的计算大体积混凝土等效温度场的方法 |
| CN106849814A (zh) * | 2017-03-27 | 2017-06-13 | 无锡开放大学 | 基于果蝇蛙跳模糊神经网络pid直线同步电机控制方法 |
| CN107367937A (zh) * | 2017-08-07 | 2017-11-21 | 陕西科技大学 | 一种基于自适应果蝇优化算法的pid参数优化方法 |
| CN109974360A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-07-05 | 东南大学 | 一种基于果蝇算法的制冷系统温度优化控制方法 |
| CN210685422U (zh) * | 2019-08-27 | 2020-06-05 | 中铁七局集团第三工程有限公司 | 一种大体积混凝土温度控制装置 |
| CN111488014A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-08-04 | 江苏开通建设工程有限公司 | 一种大体积混凝土施工智能温控系统 |
| CN111980027A (zh) * | 2020-08-21 | 2020-11-24 | 清华大学 | 一种蜗壳混凝土智能温控系统与方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| An improved Fruit Fly Optimization Algorithm and its application in wet flue gas desulfurization system;Chao He etal;2020 Chinese Control And Decision Conference;5125-5130 * |
| PID control parameters optimize based on an immune fruit fly optimization algorithm;Juan Song etal;IEEE;6383-6388 * |
| 基于自适应果蝇优化算法的PID 参数优化;李明辉等;机床与液压;第46卷(第20期);144-147 * |
| 迭代步进值递减的果蝇优化算法在PID整定中的应用;孟桂艳 等;青岛大学学报（自然科学版）;第30卷(第3期);19-23 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114942657A (zh) | 2022-08-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106950832B (zh) | 一种利用空化强度反馈的超声分散控制装置 | |
| CN114942657B (zh) | 一种混凝土浇筑过程中内部温度控制系统和控制方法 | |
| CN105630033B (zh) | 基于自适应模糊pid的水温控制方法及其控制系统 | |
| Mohideen et al. | Real-coded Genetic Algorithm for system identification and tuning of a modified Model Reference Adaptive Controller for a hybrid tank system | |
| CN102436177B (zh) | 一种多效蒸馏水机的自动控制装置 | |
| CN106766214A (zh) | 一种水温调频控制方法 | |
| CN111972991B (zh) | 热水处理装置及其控制方法与装置 | |
| CN116562156B (zh) | 一种控制决策模型的训练方法、装置、设备及存储介质 | |
| CN107816334B (zh) | 控制抽油杆加热的方法及装置 | |
| CN102087531A (zh) | 液体泵的流量控制方法 | |
| CN111664560A (zh) | 中央空调主机智慧节能控制方法 | |
| CN107522295B (zh) | 一种基于滞环比较法的电磁除垢防垢方法及除垢防垢装置 | |
| CN103712514A (zh) | 一种冷凝器共振除垢方法及装置 | |
| CN109211317A (zh) | 净水器控制方法、装置、净水器及计算机可读介质 | |
| CN112875830A (zh) | 一种二级反渗透系统入口pH值的自动控制方法及系统 | |
| CN107766880A (zh) | 基于ba‑lssvm的光合细菌发酵过程关键参量的软测量方法 | |
| CN115857355A (zh) | 一种基于深度学习预测模型的智能加药控制方法 | |
| CN201940395U (zh) | 全自动超大功率工业管道超声波防垢、除垢装置 | |
| CN112733076B (zh) | 基于神经网络常微分方程在非持续激励下的系统辨识方法 | |
| CN113513001A (zh) | 一种测控一体化闸门的水量控制方法、装置和电子设备 | |
| CN101887261B (zh) | 一种内部热耦合精馏塔的自适应非线性控制系统及方法 | |
| JP2010088988A (ja) | 曝気槽制御方法および装置 | |
| CN116167188B (zh) | 循环水节能的数据处理方法及系统 | |
| Paulen et al. | Dual robust control of batch processes based on optimality-conditions parameterization | |
| Qi et al. | The constant current control of anti-scaling descaling device based on incremental digital PID controller |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |