CN116294341B - 冷冻系统稳定压力源的控制方法及冷冻系统 - Google Patents

冷冻系统稳定压力源的控制方法及冷冻系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种冷冻系统稳定压力源的控制方法及冷冻系统，涉及消融技术领域。本发明的冷冻系统稳定压力源的控制方法，利用压力源不同阶段的情况输出，对应调整增压阀和放气阀的开度，从而降低系统压力源的不稳定现象，以此来控制压力介质的平稳输出，使得压力源在高液位时，压力稳定且降压速度可控、在低液位时也能够满足输出压力，以保证消融针上冰球正常生长。

Description

冷冻系统稳定压力源的控制方法及冷冻系统
技术领域
本发明涉及消融技术领域，特别地涉及一种冷冻系统稳定压力源的控制方法及冷冻系统。
背景技术
冷冻系统在输出压力和输出介质时需要一个稳定的压力源。为节省系统体积，压力源（例如液氮罐）一般为自增压结构。其利用在同一罐体内的盘管结构，将罐内漏热增大，致使管道内液氮吸热蒸发膨胀，从而使系统的压力增加。其中，增压盘管一般设计在液氮罐的底部，使得在同一压力系统内的液氮利用重力自然流入盘管内，实现吸热膨胀。
由于液氮罐的自增压系统主要依靠液位的重力来进入增压盘管对外换热，所以增压的响应时间及增压速度均会因不同情况而发生变化。现有的控制压力的方法一般是依靠打开或关闭增压阀，从而断续控制增压管路的通断，使得增压液氮缓慢流入增压盘管，实现压力的可控。但是在实际使用中发现，在系统起始时，液氮罐中被灌注满液氮，因此处于高液位状态，从而增压过程非常快而不可控；此外，由于液氮罐上部气相空间小，因此增压阀的开闭频率比较大，使得高液位情况下压力波动比较频繁；反之，随着液氮的消耗，液氮罐处于低液位时，液氮罐的增压会相对缓慢，输出液氮较多时，会存在罐内压力保持不住从而导致消融针上形成的冰球长不大的现象。
发明内容
本发明提供一种冷冻系统稳定压力源的控制方法及冷冻系统，用于解决上述的至少一个技术问题。
根据本方面的第一个方面，本发明提供一种冷冻系统稳定压力源的控制方法，包括以下操作步骤：
S100：判断压力源的压力P 压力源是否小于目标压力P 目标，若是，则执行S200；若否，则执行S300；
S200：根据目标压力P 目标与压力源的压力P 压力源之间的压力差δP，调整增压阀的开度，其中δP=P目标-P压力源；
S300：根据压力源的压力P 压力源与目标压力P 目标之间的压力差δP’，调整放气阀的开度，其中，δP’=P 压力源-P 目标。
根据本方面的第二个方面，本发明提供一种冷冻系统稳定压力源的控制方法，包括步骤200，步骤S200包括以下子步骤：
S210：判断δP是否满足0＜δP≤P 3、P 3＜δP≤P 4或δP＞P 4，若δP满足0＜δP≤P 3，则执行步骤S211；若δP满足P 3＜δP≤P 4，则执行步骤S212；若δP满足δP＞P 4，则执行步骤S213；
步骤S211：将增压阀的开度调整为第一开度K 1；
步骤S212：将增压阀的开度调整为第二开度K 2；
步骤S213：将增压阀的开度调整为第三开度K 3；
其中，0＜P 3＜P 4，K 1＜K 2＜K 3。
在一个实施方式中，步骤S200还包括以下子步骤：
S220：判断δP是满足δP≥P 2，若是，则执行步骤S221；若否，则执行步骤S222；
步骤S221：将增压阀的开度调整为100%；
步骤S222：将增压阀的开度调整为第二开度K 3。
在一个实施方式中，步骤S221中，将增压阀的开度调整为100%后，判断压力源中的液位是否低于第一液位，若是，则对压力源进行强制换热；和/或
步骤S222中，将增压阀的开度调整为第二开度K 3后，判断压力源中的液位是否低于第一液位，若是，则将增压阀的开度调整为100%。
根据本方面的第三个方面，本发明提供一种冷冻系统稳定压力源的控制方法，包括步骤S230：通过PID减小增压阀的开度的步骤；
步骤S230包括以下子步骤：
S231：分别获得目标压力P 目标与当前第k时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k）、目标压力P 目标与第k-1时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k-1）以及目标压力P 目标与第k-2时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k-2）；
S232：判断e（k），e（k-1），e（k-2）是否都大于0，若否，则关闭增压阀；若是，则执行步骤S233；
S233：判断e（k），e（k-1），e（k-2）是否都大于P 1，若否，则关闭增压阀；若是，则执行步骤S234；
S234：根据增压阀第k-1时刻的开度α（k-1）调整增压阀的当前第k时刻的开度α（k）。
在一个实施方式中，根据增压阀的第k-1时刻的开度α（k-1），按下列表达式（1）调整增压阀的当前第k时刻的开度α（k）：
（1）
其中，α（k-1）为第k-1时刻增压阀的开度；
kp 1为PID比例参数，ki 1为PID积分参数，kd 1为PID微分参数。
根据本方面的第四个方面，本发明提供一种冷冻系统稳定压力源的控制方法，包括步骤300，步骤S300包括以下子步骤：
S310：判断δP’是否满足P 1≤δP’≤P 2或δP’＞P 2，若δP’满足P 1≤δP’≤P 2，则执行步骤S311；若满足δP’＞P 2，则执行步骤S312；
步骤S311：将放气阀的开度调节为K 4；
步骤S312：将放气阀的开度调节为K 3。
在一个实施方式中，步骤S311后，还执行：
S313：持续时间t 1或t 2；
S314：判断δP’是否减小，若是，则执行步骤S315；
S315：以速度v 1关闭放气阀；
S316：持续时间t 1或t 2；
S317：判断δP’增大，若是，则执行步骤S318；
S318：以速度v 2开启放气阀。
根据本方面的第五个方面，本发明提供一种冷冻系统稳定压力源的控制方法，包括步骤S330：通过PID减小放气阀的开度的步骤；
步骤S330包括以下子步骤：
S331：分别获得当前第k时刻压力源的压力P 当前与目标压力P 目标之间的压力差e’（k）、第k-1时刻压力源的压力P 当前与目标压力P 目标之间的压力差e’（k-1）以及第k-2时刻压力源的压力P 当前与目标压力P 目标之间的压力差e’（k-2）；
S332：判断e’（k），e’（k-1），e’（k-2）是否都大于0，若否，则关闭放气阀；若是，则执行步骤S233；
S333：判断e’（k），e’（k-1），e’（k-2）是否都大于-P 1，若否，则关闭增压阀；若是，则执行步骤S334；
S334：根据放气阀的第k-1时刻的开度β（k-1）调整放气阀的当前第k时刻的开度β（k）。
在一个实施方式中，根据放气阀的第k-1时刻的开度β（k-1），按下列表达式（2）调整放气阀的当前第k时刻的开度β（k）：
（2）
其中，β（k-1）为第k-1时刻增压阀的开度；
kp 2为PID比例参数，ki 2为PID积分参数，kd 2为PID微分参数。
在一个实施方式中，P 3为200KPa，P 4为500KPa，K 1为10%，K 2为30%，K 3为50%，K 4为5%。
在一个实施方式中，P 2为100KPa
在一个实施方式中，P 1为50KPa。
根据本发明的第六个方面，本发明提供一种冷冻系统，包括压力源，所述压力源包括冷罐，所述冷罐上分别设置有增压阀和放气阀，所述冷罐、所述增压阀和所述放气阀用于执行上述的冷冻系统稳定压力源的控制方法。
根据本发明的第七个方面，本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的冷冻系统稳定压力源的控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的优点在于，利用压力源不同阶段的情况输出，对应调整增压阀和放气阀的开度，从而降低系统压力源的不稳定现象，以此来控制压力介质的平稳输出，使得压力源在高液位时，压力稳定且降压速度可控、在低液位时也能够满足输出压力，以保证消融针上冰球正常生长。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
图1是本发明的实施例中保压控制过程的流程图；
图2是本发明的实施例中压力源输出的压力进行调节的流程图；
图3是本发明的实施例中通过PID减小增压阀或放气阀的开度的流程图；
图4是本发明的实施例中冷冻系统的立体结构示意图；
图5是未对冷冻系统的压力源的进行控制时，冷冻系统的压力和消融针的温度曲线图；
图6是采用本发明的冷冻系统稳定压力源的控制方法进行控制时，冷冻系统的压力和消融针的温度曲线图。
附图标记：
1、冷罐；2、比例增压阀；3、比例放气阀。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-图3所示，根据本发明的第一个方面，本发明提供一种冷冻系统稳定压力源的控制方法，其包括以下操作步骤：
S100：判断压力源的压力P 压力源是否小于目标压力P 目标，若是，则执行S200；若否，则执行S300。其中，目标压力P 目标例如可以是900KPa。
在执行步骤S100时，压力源中已经被灌注了压力介质（例如液氮）。
S200：根据目标压力P 目标与压力源的压力P 压力源之间的压力差δP，调整增压阀的开度，其中δP=P目标-P压力源。需要说明的是，此时放气阀可以是关闭状态。
S300：根据压力源的压力P 压力源与目标压力P 目标之间的压力差δP’，调整放气阀的开度，其中，δP’=P 压力源-P 目标。需要说明的是，此时增压阀可以是关闭状态。
其中，压力源例如可以是图4所示的冷罐1，冷罐1中存储有压力介质（例如液氮）。冷罐1可以是自增压冷罐，其上设置有自增压管路，自增压管路上设置有增压阀，从而可将冷罐1的压力增加到期望的压力。自增压冷罐可采用现有技术中的结构，本发明对此并不进行限定。
本发明的冷冻系统稳定压力源的控制方法，能够在压力源处于高液位时，控制压力稳定，使得降压速度可控；并且在压力源处于低液位时，控制压力以满足输出压力的要求。
如图1所示，根据本发明的第二个方面，本发明的冷冻系统稳定压力源的控制方法，其包括步骤S200，步骤S200包括保压控制过程，该过程是通过调节增压阀的开度从而达到对压力源的压力进行调节的目的，换言之，此时压力源还未开始输出压力介质。具体来说，步骤S200包括以下子步骤：
S210：判断δP是否满足0＜δP≤P 3、P 3＜δP≤P 4或δP＞P 4。其中，0＜P 3＜P 4。
因此若δP满足0＜δP≤200KPa，则执行步骤S211，即将增压阀的开度调整为第一开度K 1。若δP满足0＜δP≤200 KPa，即表明目标压力P 目标与压力源的压力P 压力源之间的压力差δP较小，因此可将将增压阀的开度设置的较小，因此第一开度K 1可以是10%。
若δP满足200 KPa＜δP≤500 KPa，则执行步骤S212，即将增压阀的开度调整为第二开度K 2。若δP满足200 KPa＜δP≤500 KPa，即表明目标压力P 目标与压力源的压力P 压力源之间的压力差δP相对较大，因此可将将增压阀的开度设置的稍大，因此第二开度K 2可以是30%。
若δP满足δP＞500 KPa，则执行步骤S213，即将增压阀的开度调整为第三开度K 3。若δP满足δP＞500 KPa，即表明目标压力P 目标与压力源的压力P 压力源之间的压力差δP较大，因此可将将增压阀的开度设置的更大，以使压力源的压力能够较快地增压到目标压力，因此第三开度K 3可以是50%。
其中，P 3和P 4分别为设定的压力值，例如P 3可以是200KPa，P 4可以是500KPa。
此外，目标压力P 目标可以根据需要进行设置，例如可设置为900 KPa，或者更高。
因此，通过上述调节方式，使得压力源的压力P 压力源达到与目标压力P 目标相同或者接近（在规定的误差范围内），则控制过程即可结束。
由于压力源中的压力介质处于高液位时，开闭增压阀时，由于气相空间小，容易出现超压放气现象。因此本发明通过设置上述三个范围，即(0，P 3]、(P 3，P 4]以及大于P 4，并根据判断δP所在的不同范围区间进行相应的开度调整，可以实现逐渐控制压力源的增压速度的目的，从而满足压力源高液位增压稳定的要求。
进一步地，步骤S200还包括对压力源输出的压力进行调节的过程，在此过程中可以通过调节增压阀的开度来调节压力源输出的压力，换言之，此时压力源已经开始输出压力介质。具体来说，如图2所示，步骤S200包括以下子步骤：
S220：判断δP是满足δP≥P 2，若是，则执行步骤S221；若否，则执行步骤S222。
步骤S221：将增压阀的开度调整为100%；
步骤S222：将增压阀的开度调整为第二开度K 3。第三开度K 3可以是50%。
其中，P 2为设定的压力值，并且P 2满足0＜P 2＜P 3，在此P 2可以是100KPa。
也就是说，当δP≥100KPa时，即表明压力源在压力输出过程中，目标压力P 目标与压力源的压力P 压力源（输出的压力）之间的压力差δP相差较大，因此将增压阀的开度调整为100%，以使压力源的输出的压力能够较快地增压到目标压力。
反之，当P＜100KPa时，即表明压力源在压力输出过程中，目标压力P 目标与压力源的压力P 压力源（输出的压力）之间的压力差δP相差较小，因此将增压阀的开度调整为50%，或者更小。
进一步地，步骤S221中，将增压阀的开度调整为100%后，还执行步骤S223，即判断压力源中的液位是否低于第一液位，若是，则执行步骤S224，即对压力源进行强制换热。反之，若压力源中的液位并未低于第一液位，则可不执行步骤S224。
其中，第一液位可以是压力源的总液位的30%，当压力源中的液位低于第一液位（30%）时，即表明压力源中的液位较低，并且此时增压阀的开度已经打开到100%，因此需要对压力源进行强制换热，例如可通过打开压力源底部的风扇（例如，可控调压风扇）来对压力源进行强制换热。从而将压力介质（液氮）排气导向引入到压力源底部换热部分，既可以减少压力源结霜也可以控制风速以此来控制压力源底部的换热，增大压力源低液位情况下的增压速度。
步骤S222中，将增压阀的开度调整为第二开度K 3后，还执行步骤S225，即判断压力源中的液位是否低于第一液位，若是，则执行步骤S226，即将增压阀的开度调整为100%。
其中，第一液位可以是压力源的总液位的30%，当压力源中的液位低于第一液位（30%）时，即表明压力源中的液位较低，因此增压阀的当前开度可能不能满足增加压力的需要，因此可将增压阀的开度调整为100%，以便能够较快地将压力源输出的压力增加到目标压力。反之，若压力源中的液位并未低于第一液位，则可不执行步骤S226。
因此，通过上述调节方式，使得压力源的压力P 压力源达到与目标压力P 目标相同或者接近（在规定的误差范围内），则控制过程即可结束。
在上述保压控制过程和对压力源输出的压力进行调节的过程中，增压阀的开度调整为例如100%、50%、30%或者10%等开度值，在此基础上，根据本发明的第三个方面，本发明的冷冻系统稳定压力源的控制方法，其包括步骤S230，即通过PID减小增压阀的开度的步骤。
具体来说，如图3所示，步骤S230包括以下子步骤：
S231：分别获得目标压力P 目标与当前第k时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k）、目标压力P 目标与第k-1时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k-1）以及目标压力P 目标与第k-2时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k-2）。
S232：判断e（k），e（k-1），e（k-2）是否都大于0，若否，则关闭增压阀；若是，则执行步骤S233。目标压力P 目标与当前第k时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k）、前一次压力差e（k-1）以及前两次压力差e（k-2）都大于0，则表明压力源的压力均低于目标压力P 目标，需要进一步判断其与目标压力P 目标之间的差距。
S233：判断e（k），e（k-1），e（k-2）是否都大于P 1，若否，则关闭增压阀；若是，则执行步骤S234。其中，P 1可以是50KPa，即若当前压力差e（k）、前一次压力差e（k-1）以及前两次压力差e（k-2）都大于50KPa，则表明压力源的压力较为稳定地处于低于目标压力P 目标的状态，因此需要调整增压阀的开度。
S234：根据增压阀第k-1时刻的开度α（k-1）调整增增压阀的当前第k时刻的开度α（k）。
具体来说，根据增压阀第k-1时刻的开度α（k-1）按下列表达式（1）调整增压阀的当前第k时刻的开度α（k）：
（1）
其中，α（k-1）为第k-1时刻增压阀的开度；kp 1为PID比例参数，ki 1为PID积分参数，kd 1为PID微分参数。
S235：增压阀的当前第k时刻的开度α（k）作为第k-1时刻的开度α（k-1），并继续进行判断。
其中，当目标压力P 目标与当前第k时刻压力源的压力P 当前之间的压力差小于P 1（即50KPa）时，表明压力源的压力P 当前与目标压力P 目标之间的差距较小，因此可以结束增压阀的调节过程。
根据上述步骤S230的各子步骤，通过对比目标压力值与实际压力的差值，自动调节增压阀开度，从而达到平稳控制压力的目的。
在上述通过增压阀调节压力源的压力的基础上，还可通过调节放气阀来调节压力源的压力。
如图1和图2所示，根据本发明的第四个方面，本发明的冷冻系统稳定压力源的控制方法，其包括步骤S300，步骤S300包括保压控制过程（压力源还未开始输出压力介质）和对压力源输出的压力进行调节的过程（压力源开始输出压力介质），上述过程是通过放气阀的开度从而达到对压力源的压力进行调节的目的。
其中，与上述步骤S200不同的是，步骤S300中是对压力源的压力P 压力源与目标压力P 目标之间的压力差δP’进行控制，因为压力源可能存在一定的漏热，因此在压力保持时，压力会有一定上涨，即压力源的压力P 压力源已经超过了目标压力P 目标，从而需要通过控制放气阀的开度来使压力源的压力P 压力源降低到目标压力P 目标。
如图1和图2所示，具体来说，步骤S300包括以下子步骤：
S310：判断δP’是否满足P 1≤δP’≤P 2或δP’＞P 2，若δP’满足P 1≤δP’≤P 2，则执行步骤S311；若满足δP’＞P 2，则执行步骤S312。
步骤S311：将放气阀的开度调节为K 4。
步骤S312：将放气阀的开度调节为K 3。
其中，0＜P 1＜P 2＜P 3＜P 4，P 1可以是50KPa，P 2可以是100KPa。0＜K 4＜K 1＜K 2＜K 3，K 4可以是5%，K 3可以是50%。
因此若δP’满足50KPa≤δP’≤100KPa，则表明压力源的压力P 压力源略微超过目标压力P 目标，因此可将放气阀的开度调节为K 4（例如5%），即略微打开放气阀进行放气。
若δP’满足δP’＞100KPa，则表明压力源的压力P 压力源超过目标压力P 目标，因此可将放气阀的开度调节为K 3（例如50%），即打开放气阀进行放气。
因此，通过分别控制增压阀和放气阀，从而达到保证压力源的压力稳定的目的，并且也可减少超压放气频繁以及消耗无用液氮的情况。
进一步地，如图1所示，步骤S311中，将放气阀的开度调节为K 4后还执行步骤S313，即持续时间t 1（如图1所示）或t 2（如图2所示）的步骤。其中，t 1可以是3s，t 2可以是10s，即使放气阀保持开度为K 4并持续一定的时间来判断压力源的压力P 压力源的变化。
步骤S313后，执行步骤S314，即判断δP’是否减小的步骤。若δP’减小，则执行步骤315，即以速度v 1关闭放气阀。其中，δP’减小是指，放气阀将开度调整为K 4时的δP’小于持续保持开度为K 4一定时间（t 1或t 2）后的δP’。若δP’不减小，例如δP’增大时，表明δP’可能不满足P 1≤δP’≤P 2，因此可返回至步骤S310中重新进行判断。
需要说明的是，若步骤S314中，δP’不变（即未增大也未减小），则可维持当前状态。
v 1可以是1%每秒，即在持续3s或10s后，若δP’减小，则以1%每秒的速度关闭放气阀，因为此时压力源的压力P 压力源和目标压力P 目标之间的差距在逐渐减小，因此可以缓慢关闭放气阀，从而使压力P 压力源达到目标压力P 目标。
步骤S315之后，压力源的压力P 压力源达到与目标压力P 目标相同或者接近（在规定的误差范围内），则控制过程即可结束。或者还可执行步骤S316，即持续时间t 1（如图1所示）或t 2（如图2所示）的步骤。其中，t 1可以是3s，t 2可以是10s。
步骤S316后，执行步骤S317，即判断δP’是否增大的步骤。若δP’增大，则执行步骤318，即以速度v 2开启放气阀。其中，δP’ 增大是指，放气阀将开度调整为K 3时的δP’大于持续保持开度为K 3一定时间（t 1或t 2）后的δP’。
若δP’不增大，例如δP’减小时，表明δP’可能不满足δP’＞P 2，因此可返回至步骤S310中重新进行判断。
需要说明的是，若步骤S317中，δP’不变（即未增大也未减小），则可维持当前状态。
v 2可以是5%每秒，即在持续3s后，若δP’增大，则以5%每秒的速度开启放气阀，因为此时压力源的压力P 压力源和目标压力P 目标之间的差距在逐渐增大，因此可以在开度K 3的基础上进一步打开放气阀，从而期望压力源的压力P 压力源能够降低到目标压力P 目标。
此外，在步骤S318之后，压力源的压力P 压力源达到与目标压力P 目标相同或者接近（在规定的误差范围内），则控制过程即可结束。或者还可返回步骤S312，即将放气阀的开度调节为K 3（例如50%）。
因此，通过上述调节方式，使得压力源的压力P 压力源达到与目标压力P 目标相同或者接近（在规定的误差范围内），则控制过程即可结束。
需要说明的是，放气阀的开度K 3（例如50%）与漏热量有关，可以适当进行调整，例如将可将其设置的更小等。
在图1所示的保压控制过程中，步骤S313和步骤S316中，均持续时间t 1，在图2所示的对压力源输出的压力进行调节的过程中，步骤S313和步骤S316中，均持续时间t 2，其中，t 2大于t 1，因为压力源在输出压力介质的过程中压力更容易不稳定，因此将此过程中持续时间设置的较长。
在上述保压控制过程和对压力源输出的压力进行调节的过程中，放气阀的开度调整为例如5%、50%等开度值，在此基础上，根据本发明的第五个方面，本发明的冷冻系统稳定压力源的控制方法，其包括步骤S330，即通过PID减小放气阀的开度的步骤。
如图3所示，具体来说，步骤S330包括以下子步骤：
S331：分别获得当前第k时刻压力源的压力P 当前与目标压力P 目标之间的压力差e’（k）、第k-1时刻压力源的压力P 当前与目标压力P 目标之间的压力差e’（k-1）以及第k-2时刻压力源的压力P 当前与目标压力P 目标之间的压力差e’（k-2）。
S332：判断e’（k），e’（k-1），e’（k-2）是否都大于0，若否，则关闭放气阀；若是，则执行步骤S333。当前第k时刻压力源的压力P 当前与目标压力P 目标之间的压力差e’（k）、前一次二者之间的压力差e’（k-1）以及前两次二者之间的压力差e’（k-2）都大于0，则表明压力源的压力均高于目标压力P 目标，需要进一步判断其与目标压力P 目标之间的差距。
S333：判断e’（k），e’（k-1），e’（k-2）是否都大于P 1，若否，则关闭放气阀；若是，则执行步骤S334。其中，P 1可以是50KPa，即若当前压力差e’（k）、前一次压力差e’（k-1）以及前两次压力差e’（k-2）都大于50KPa，则表明压力源的压力较为稳定地处于高于目标压力P 目标的状态，因此需要调整放气阀的开度。
S334：根据放气阀的第k-1时刻的开度β（k-1）调整放气阀的当前第k时刻的开度β（k）。
具体来说，根据放气阀的第k-1时刻的开度β（k-1），按下列表达式（2）调整放气阀的当前第k时刻的开度β（k）：
（2）
其中，β（k-1）为第k-1时刻增压阀的开度；
kp 2为PID比例参数，ki 2为PID积分参数，kd 2为PID微分参数，其可以与上文中表达式（1）中的各参数相同或不同。
S335：增压阀的当前第k时刻的开度β（k）作为第k-1时刻的开度β（k-1），并继续进行判断。
其中，当前第k时刻压力源的压力P 当前与当目标压力P 目标之间的压力差小于P 1（即50KPa）时，表明压力源的压力P 当前与目标压力P 目标之间的差距较小，因此可以结束比例阀的调节过程。
根据上述步骤S330的各子步骤，通过对比目标压力值与实际压力的差值，自动调节放气阀开度，从而达到平稳控制压力的目的。
需要说明的是，由于步骤S200中，压力源的压力P 压力源小于目标压力P 目标，因此步骤S200所包括的各子步骤中（例如步骤S231、S232、S233、S234和S235中），采用目标压力P 目标减去压力源的压力P 压力源进行判断的方式；而步骤S300中，压力源的压力P 压力源大于（或等于）目标压力P 目标，因此步骤S300所包括的各子步骤中（例如步骤S331、S332、S333、S334和S335中），采用压力源的压力P 压力源减去目标压力P 目标进行判断的方式，以保证二者之间的差值为正。
因此可以理解地，为了将上述步骤S331、S332、S333、S334和S335分别与上述步骤S231、S232、S233、S234和S235相对应，则上述S331、S332、S333、 S334和S335还可以表述为下列方式：
S331：分别获得目标压力P 目标与当前第k时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k）、目标压力P 目标与第k-1时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k-1）以及目标压力P 目标与第k-2时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k-2）。
S332：判断e（k），e（k-1），e（k-2）是否都小于0，若否，则关闭放气阀；若是，则执行步骤S333。目标压力P 目标与当前第k时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k）、前一次压力差e（k-1）以及前两次压力差e（k-2）都小于0，则表明压力源的压力均高于目标压力P 目标，需要进一步判断其与目标压力P 目标之间的差距。
S333：判断e（k），e（k-1），e（k-2）是否都小于-P 1（即负值），若否，则关闭放气阀；若是，则执行步骤S334。其中，P 1可以是50KPa，即若当前压力差e（k）、前一次压力差e（k-1）以及前两次压力差e（k-2）都小于-50KPa，则表明压力源的压力较为稳定地处于高于目标压力P 目标的状态，因此需要调整放气阀的开度。
S334：根据放气阀的第k-1时刻的开度β（k-1）调整放气阀的当前第k时刻的开度β（k）。
具体来说，根据放气阀的第k-1时刻的开度β（k-1），按下列表达式（2）调整放气阀的当前第k时刻的开度β（k）：
（2）
其中，β（k-1）为第k-1时刻增压阀的开度；
kp 2为PID比例参数，ki 2为PID积分参数，kd 2为PID微分参数，其可以与上文中表达式（1）中的各参数相同或不同。
S335：增压阀的当前第k时刻的开度β（k）作为第k-1时刻的开度β（k-1），并继续进行判断。
所不同的是，当目标压力P 目标与当前第k时刻压力源的压力P 当前之间的压力差的绝对值小于P 1（即50KPa）时，表明压力源的压力P 当前与目标压力P 目标之间的差距较小，因此可以结束比例阀的调节过程。如图1和图2所示，本发明提供一种冷冻系统稳定压力源的控制方法还包括在步骤S100之前，判确定消融针型号的步骤。图1和图2所示实施例为消融针直径为1.7mm时的控制过程示例。可以理解地，消融针直径为2.0mm、2.6mm以及3.0mm时，控制过程可以与上述过程相同或类似。另外，消融针直径为2.0mm、2.6mm以及3.0mm时，目标压力P 目标可根据实际需求进行设置。
如图5所示，显示了未对冷冻系统的压力源的进行控制时，冷冻系统的压力和消融针的温度曲线图。从图5可以很明显地观察到，冷冻系统的压力和消融针的温度均呈现波动形态。
如图6所示，显示了采用本发明的冷冻系统稳定压力源的控制方法进行控制时，冷冻系统的压力和消融针的温度曲线图。从图6可以很明显地观察到，冷冻系统的压力和消融针的温度均呈现平稳形态，因此较之图5中未进行控制时，本发明在稳定冷冻系统的压力和消融针的温度方面，具有了较大的改善。
综上所述，本发明是利用不同阶段的情况输出，对应不同的增压阀或放气阀的开闭程度，以阶段进行放气、增压；或者利用计算进行线性自动控制（PID），以此降低系统压力源的不稳定现象，从而达到控制液氮的平稳输出，减少消融针因系统压力波动产生的温度波动，以促进冰球的正常生长。此外，还可在满足温度稳定的情况下，将压力下降到最低压力，以此达到节省液氮、提高效率的目的。通过本发明的控制方法能够实现稳定的压力输出，由此不仅可以减少液氮消耗量的异常，还可以在输出的时候进行稳定的降压，从而为实现调节冰球大小的方法打下基础，使得控制冰球生长速度能够成为现实。
需要说明的是，本发明的上述第一个方面、第二个方面、第三个方面、第四个方面以及第五方面所述的冷冻系统稳定压力源的控制方法均可单独进行执行，或者其中的一个或多个方面均可与其他各方面相结合进行执行。
应当注意的是，本发明的上述各方面所述的冷冻系统稳定压力源的控制方法，均应用于冷冻系统的实验或测试阶段。
如图4所示，根据本发明的第二个方面，本发明提供一种冷冻系统，其用于执行本发明的上述各方面所述的冷冻系统稳定压力源的控制方法。具体来说，本发明的冷冻系统，包括压力源，在本文中，压力源构造为冷罐1，冷罐1中存储有压力介质（例如液氮）。冷罐1可以是自增压冷罐，其上设置有自增压管路，从而可将冷罐1的压力增加到期望的压力。自增压冷罐可采用现有技术中的结构，本发明对此并不进行限定。
冷罐1的自增压管路上可设置有增压阀（例如可以是开关增压阀或比例增压阀2），冷罐1的上部可设置放气阀（例如可以是开关阀或比例放气阀3）。冷冻系统还可包括电控单元（未图示），其分别与比例增压阀2和比例放气阀3均电连接，从而电控单元可调节其开度。
其中，选择开关增压阀，可以通过线性调节开关通径的方式使得增压过程柔和，或者选择比例增压阀2，也可以选择性控制开关的比例（开度），以此控制增压的速度。选择比例放气阀3，可以控制放气速度，并根据设计条件进行比例放气，从而控制压力缓慢下降。
此外，冷罐1的底部还设置有风扇（例如，可控调压风扇），风扇开启时可对冷罐1的进行强制换热，以将冷罐1中的液氮排气导向引入到罐底换热部分，既可以减少罐底结霜也可以控制风速以此来控制罐底的换热，增大罐体低液位情况下的增压速度。
本发明的冷冻系统还可包括与冷罐1相连的消融针，冷罐1中的液氮可输入至消融针，消融针处于目标位置时其上可形成冰球。可以理解地，消融针还可以是消融笔或消融枪的结构形式。
冷冻系统还可包括实现其功能的其他部件及元件，均可采用现有技术中的相关设置方式，本发明对此不再赘述。
本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的冷冻系统稳定压力源的控制方法的步骤。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种冷冻系统稳定压力源的控制方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
S100：判断压力源的压力P 压力源是否小于目标压力P 目标，若是，则执行S200；若否，则执行S300；
S200：根据目标压力P 目标与压力源的压力P 压力源之间的压力差δP，调整增压阀的开度，其中δP=P目标-P压力源；
S300：根据压力源的压力P 压力源与目标压力P 目标之间的压力差δP’，调整放气阀的开度，其中，δP’= P 压力源-P 目标；
步骤S200包括保压控制过程，保压控制过程中，压力源还未开始输出压力介质；
保压控制过程包括以下子步骤：
S210：判断δP是否满足0＜δP≤P 3、P 3＜δP≤P 4或δP＞P 4，若δP满足0＜δP≤P 3，则执行步骤S211；若δP 满足P 3＜δP≤P 4，则执行步骤S212；若δP满足δP＞P 4，则执行步骤S213；
步骤S211：将增压阀的开度调整为第一开度K 1；
步骤S212：将增压阀的开度调整为第二开度K 2；
步骤S213：将增压阀的开度调整为第三开度K 3；
其中，0＜P 3＜P 4，K 1＜K 2＜K 3；
P 1为50KPa，P 2为100KPa，P 3为200KPa，P 4为500KPa，目标压力P 目标为900KPa；
K 1为10%，K 2为30%，K 3为50%，K 4为5%；
步骤S300包括以下子步骤：
S310：判断δP’是否满足P 1≤δP’≤P 2或δP’＞P 2，若δP’满足P 1≤δP’≤P 2，则执行步骤S311；若满足δP’＞P 2，则执行步骤S312；
步骤S311：将放气阀的开度调节为K 4；
步骤S312：将放气阀的开度调节为K 3；
步骤S311后，还执行：
S313：持续时间t 1或t 2；
S314：判断δP’是否减小，若是，则执行步骤S315；
S315：以速度v 1关闭放气阀；
S316：持续时间t 1或t 2；
S317：判断δP’增大，若是，则执行步骤S318；
S318：以速度v 2开启放气阀；
速度v 1为1%每秒，速度v 2为5%每秒。
2.根据权利要求1所述的冷冻系统稳定压力源的控制方法，其特征在于，步骤S200还包括以下子步骤：
S220：判断δP是满足δP≥P 2，若是，则执行步骤S221；若否，则执行步骤S222；
步骤S221：将增压阀的开度调整为100%；
步骤S222：将增压阀的开度调整为第二开度K 3。
3.根据权利要求2所述的冷冻系统稳定压力源的控制方法，其特征在于，步骤S221中，将增压阀的开度调整为100%后，判断压力源中的液位是否低于第一液位，若是，则对压力源进行强制换热；和/或
步骤S222中，将增压阀的开度调整为第二开度K 3后，判断压力源中的液位是否低于第一液位，若是，则将增压阀的开度调整为100%。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的冷冻系统稳定压力源的控制方法，其特征在于，步骤S200还包括步骤S230：通过PID减小增压阀的开度的步骤；
步骤S230包括以下子步骤：
S231：分别获得目标压力P 目标与当前第k时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k）、目标压力P 目标与第k -1时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k-1）以及目标压力P 目标与第k -2时刻压力源的压力P 当前之间的压力差e（k-2）；
S232：判断e（k），e（k-1），e（k-2）是否都大于0，若否，则关闭增压阀；若是，则执行步骤S233；
S233：判断e（k），e（k-1），e（k-2）是否都大于P 1，若否，则关闭增压阀；若是，则执行步骤S234；
S234：根据增压阀第k-1时刻的开度α（k-1）调整增压阀的当前第k时刻的开度α（k）。
5.根据权利要求4所述的冷冻系统稳定压力源的控制方法，其特征在于，根据增压阀的第k-1时刻的开度α（k-1），按下列表达式（1）调整增压阀的当前第k时刻的开度α（k）：
（1）
其中，α（k-1）为第k -1时刻增压阀的开度；
kp 1为PID比例参数，ki 1为PID积分参数，kd 1为PID微分参数。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的冷冻系统稳定压力源的控制方法，其特征在于，步骤S300还包括步骤S330：通过PID减小放气阀的开度的步骤；
步骤S330包括以下子步骤：
S331：分别获得当前第k时刻压力源的压力P 当前与目标压力P 目标之间的压力差e’（k）、第k-1时刻压力源的压力P 当前与目标压力P 目标之间的压力差e’（k-1）以及第k -2时刻压力源的压力P 当前与目标压力P 目标之间的压力差e’（k-2）；
S332：判断e’（k），e’（k-1），e’（k-2）是否都大于0，若否，则关闭放气阀；若是，则执行步骤S233；
S333：判断e’（k），e’（k-1），e’（k-2）是否都大于P 1，若否，则关闭增压阀；若是，则执行步骤S334；
S334：根据放气阀的第k-1时刻的开度β（k-1）调整放气阀的当前第k时刻的开度β（k）。
7.根据权利要求1所述的冷冻系统稳定压力源的控制方法，其特征在于，根据放气阀的第k-1时刻的开度β（k-1），按下列表达式（2）调整放气阀的当前第k时刻的开度β（k）：
（2）
其中，β（k-1）为第k -1时刻增压阀的开度；
kp 2为PID比例参数，ki 2为PID积分参数，kd 2为PID微分参数。
8.一种冷冻系统，其特征在于，包括压力源，所述压力源包括冷罐，所述冷罐上分别设置有增压阀和放气阀，所述冷罐、所述增压阀和所述放气阀用于执行权利要求1-7中任一项所述的冷冻系统稳定压力源的控制方法。
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