CN117294214A - 一种转子变频调速控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动机变频调速技术领域，提出了一种转子变频调速控制方法及装置，包括：获取转速数据序列、水压数据序列和归一化水压预设值；根据水压数据序列获取水压趋势一致性指数，根据水压数据序列和归一化水压预设值获取水压偏差系数，根据水压趋势一致性指数和水压偏差系数获取水压调节因子；根据转速数据序列获取综合转速震荡影响系数，进而获取比例系数的水泵电机转速调节因子；根据比例系数的水压调节因子和水泵电机转速调节因子获取自适应比例系数，根据自适应比例系数和水泵电动机的转子变频调速装置获取调控转子电流，实现转子转速的变频调控。本发明解决工作条件发生变化时转子变频调速控制效果不佳的问题。

Description

一种转子变频调速控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电动机变频调速技术领域，具体涉及一种转子变频调速控制方法及装置。

背景技术

中高压电动机通过对电动机进行调速来实现风量和水量的调节，被广泛应用于风机和水泵的拖动。在中高压电动机的风机和水泵的运行过程中，其工作条件可能会发生变化，工作条件包括进口压力、出口流量、阻力等。当工作条件发生变化时，如果不进行相应的电动机转速调节，就会造成不必要的能源浪费。因此，在实际生产工况中，需要对电动机的转速进行及时、稳定地调控，以提高设备的效率和性能、降低设备的能源消耗。

转子变频调速是一种电动机转速调节技术，将电动机的转子绕组接入转子变频调速装置，利用转子变频调速装置在电机的转子侧进行调节，从而改变电动机的转速。转子变频调速技术具有调速范围广、调速精度高、相应速度快等优点，通常应用于大功率、高速、负载变化较大的场景，比如风机、水泵、压缩机、输送机等工业设备的调速控制。其中，转子变频调速常使用PI控制算法实现电动机的转速的控制，但是在实际的应用中，由于PI控制算法中的比例系数是固定参数，使得PI控制算法无法在工作条件发生变化时达到较好的控制效果，容易造成电动机的转速难以满足复杂运行状态下的转速要求的问题。

发明内容

本发明提供一种转子变频调速控制方法及装置，以解决工作条件发生变化时转子变频调速控制效果不佳的问题，所采用的技术方案具体如下：

第一方面，本发明一个实施例提供了一种转子变频调速控制方法，该方法包括以下步骤：

采集转速数据和水压数据并进行处理，获取转速数据序列、水压数据序列和归一化水压预设值；

根据水压数据序列获取水压趋势一致性指数，根据水压数据序列和归一化水压预设值获取水压偏差值，根据水压偏差值获取水压偏差数据序列和水压偏差变化率数据序列，获取第一拟合直线的斜率，根据第一拟合直线的斜率和水压偏差数据序列获取水压偏差系数，根据水压趋势一致性指数和水压偏差系数获取水压调节因子；

根据转速数据序列获取转速波动数据序列，根据转速波动数据序列获取转速峰谷数据序列，根据转速峰谷数据序列获取转速震荡影响系数，根据转速震荡影响系数和转速峰谷数据序列中包含的数据个数获取水泵电动机的综合转速震荡影响系数，根据综合转速震荡影响系数和转速波动数据序列获取比例系数的水泵电机转速调节因子；

根据比例系数的水压调节因子和水泵电机转速调节因子获取自适应比例系数，根据自适应比例系数和水泵电动机的转子变频调速装置获取调控转子电流，实现转子转速的变频调控。

进一步，所述根据水压数据序列获取水压趋势一致性指数的获取方法为：

获取水压数据序列的自相关系数，自相关系数评价水压数据序列的自相关性；

当水压数据序列的自相关系数大于第二预设阈值时，将水压趋势一致性指数记为水压数据序列的自相关系数；

当水压数据序列的自相关系数大于第二预设阈值时，将水压趋势一致性指数记为第一预设阈值。

进一步，所述根据水压数据序列和归一化水压预设值获取水压偏差值，根据水压偏差值获取水压偏差数据序列和水压偏差变化率数据序列，获取第一拟合直线的斜率，根据第一拟合直线的斜率和水压偏差数据序列获取水压偏差系数的获取方法为：

将水压数据序列中包含的数据与归一化水压预设值的差值的绝对值记为数据的水压偏差值；

将水压偏差值按照获取时间的先后顺序进行排列，获取水压偏差数据序列；

将水压偏差数据序列的一阶差分序列记为水压偏差变化率数据序列；

将水压偏差变化率数据序列中包含的所有数据与直线进行拟合，获取第一拟合直线，获取第一拟合直线的斜率；

将以自然常数为底数、以第一拟合直线的斜率为指数的幂与水压偏差数据序列中包含的所有数据的均值的乘积记为水压偏差系数。

进一步，所述根据水压趋势一致性指数和水压偏差系数获取水压调节因子的获取方法为：

将水压趋势一致性指数与第一调参常数的和与水压偏差系数的乘积记为水压调节因子。

进一步，所述根据转速数据序列获取转速波动数据序列，根据转速波动数据序列获取转速峰谷数据序列，根据转速峰谷数据序列获取转速震荡影响系数的方法为：

对转速数据序列进行时序序列分解，获取转速波动数据序列；

获取转速波动数据序列中所有波峰数据和波谷数据并按照数据在转速波动数据序列中的先后顺序排列，获取转速峰谷数据序列；

将转速峰谷数据序列中每个数据分别记为待分析数据，将待分析数据在转速峰谷数据序列中的下一个数据记为待分析数据的相邻数据；

将待分析数据与待分析数据的相邻数据的时间间隔与第二调参常数的和记为第一时间间隔；

将待分析数据与待分析数据的相邻数据的差值的绝对值与第一时间间隔的比值记为待分析数据对应的数据采集时刻的转速震荡影响系数。

进一步，所述根据转速震荡影响系数和转速峰谷数据序列中包含的数据个数获取水泵电动机的综合转速震荡影响系数的方法为：

将转速峰谷数据序列中包含的所有数据的对应的数据采集时刻的转速震荡影响系数的和与转速峰谷数据序列中包含数据数量的乘积记为综合转速震荡影响系数。

进一步，所述根据综合转速震荡影响系数和转速波动数据序列获取比例系数的水泵电机转速调节因子的方法为：

将综合转速震荡影响系数与转速波动数据序列中包含的所有转速波动幅值的标准差的乘积记为比例系数的水泵电机转速调节因子。

进一步，所述根据比例系数的水压调节因子和水泵电机转速调节因子获取自适应比例系数的方法为：

将第二调参常数与比例系数的水泵电机转速调节因子的和记为水泵调节因子；

将水压调节因子与水泵调节因子的比值的归一化值与第一调参系数的乘积记为调整比例系数；

将调整比例系数与第二调参系数的和记为自适应比例系数。

进一步，所述根据自适应比例系数和水泵电动机的转子变频调速装置获取调控转子电流，实现转子转速的变频调控的方法为：

将水压数据序列中最后一个数据对应的获取时间记为最终时刻，将最终时刻的水压数据和水压预设值分别线性映射至预设范围的电流信号，获取最终时刻的水压数据的电流信号与水压预设值的电流信号；

以自适应比例系数作为比例系数，将最终时刻的水压数据的电流信号和水压预设值的电流信号输入PI控制算法，获取预测时刻的电流信号；

将预测时刻的电流信号作为水泵电动机的转子变频调速装置的输入，获取调控转子电流，调控转子电流调节水泵电动机的功率，水泵电动机功率调节转速，实现转子转速的变频调控。

本发明第二方面实施例提供一种转子变频调速控制装置，包括：

获取模块，用于采集转速数据和水压数据并进行处理，获取转速数据序列、水压数据序列和归一化水压预设值；

分析模块，用于根据水压数据序列获取水压趋势一致性指数，根据水压数据序列和归一化水压预设值获取水压偏差值，根据水压偏差值获取水压偏差数据序列和水压偏差变化率数据序列，获取第一拟合直线的斜率，根据第一拟合直线的斜率和水压偏差数据序列获取水压偏差系数，根据水压趋势一致性指数和水压偏差系数获取水压调节因子；根据转速数据序列获取转速波动数据序列，根据转速波动数据序列获取转速峰谷数据序列，根据转速峰谷数据序列获取转速震荡影响系数，根据转速震荡影响系数和转速峰谷数据序列中包含的数据个数获取水泵电动机的综合转速震荡影响系数，根据综合转速震荡影响系数和转速波动数据序列获取比例系数的水泵电机转速调节因子；根据比例系数的水压调节因子和水泵电机转速调节因子获取自适应比例系数；

判定控制模块，用于根据自适应比例系数和水泵电动机的转子变频调速装置获取调控转子电流，实现转子转速的变频调控。

本发明的有益效果是：

本发明首先基于恒压供水系统中水压对水泵电动机的影响以及水压数据的分布情况，构建PI控制算法中比例系数的水压调节因子，对水压调节因子较大的待调节时刻的水泵电动机转速控制系统对应的比例系数赋予较大的权重，以提高水泵电动机转速控制系统的响应速度；其次，基于水泵电动机的转速数据序列的分布情况构建PI控制算法中比例系数的水泵电机转速调节因子，对水泵电机转速调节因子较大的待调节时刻的水泵电动机转速控制系统对应的比例系数赋予较小的权重，以提高水泵电动机转速控制系统的稳定性，保持水泵电动机的稳定运行；然后，根据水压调节因子和水泵电机转速调节因子自适应地得到PI控制算法中的比例系数，解决工作条件发生变化时转子变频调速控制效果不佳的问题，使得水泵电动机转速的调节更快更准确，提高水泵电动机的转子变频调速控制系统的稳定性和响应速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例所提供的一种转子变频调速控制方法的流程示意图；

图2为水压调节因子获取流程图；

图3为水泵电机转速调节因子获取流程图；

图4为转子变频调速控制装置模块图。

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。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种转子变频调速控制方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S001，采集转速数据和水压数据并进行处理，获取转速数据序列、水压数据序列和归一化水压预设值。

中高压电动机被广泛应用于风机和水泵的拖动，适用范围广阔，本实施例以恒压供水系统中的水泵电动机为例进行分析。

在水泵电动机的电机轴端处安装速度传感器，在水泵电动机连接的恒压供水系统的供水管道中安装压力传感器，使用速度传感器采集水泵电动机的转速数据，使用压力传感器采集水压数据、获取供水管道中的水压预设值。其中，速度传感器和压力传感器采集数据的时刻、间隔时间和采集的数据量均相同，可由实施者自行定义，两次数据采集的时间间隔经验值为0.05秒，采集的数据量的经验值为200。

分别将获取的转速数据和水压数据按照时间升序顺序进行排列，获取第一转速数据序列和第一水压数据序列。

数据在采集和传输过程中会出现数据缺失的问题，采用均值填充法分别对第一转速数据序列和第一水压数据序列进行填充。其中，均值填充法为公知技术，不再赘述。

分别使用归一化方法对填充后的第一转速数据序列、水压预设值和第一水压数据序列进行去量纲处理，获取转速数据序列、水压数据序列和归一化水压预设值。其中，水压预设值与第一水压数据序列一同进行去量纲处理；/>归一化方法为公知技术，不再赘述。

至此，获取转速数据序列、水压数据序列和归一化水压预设值。

步骤S002，根据水压数据序列获取水压趋势一致性指数，根据水压数据序列和归一化水压预设值获取水压偏差值，根据水压偏差值获取水压偏差数据序列和水压偏差变化率数据序列，获取第一拟合直线的斜率，根据第一拟合直线的斜率和水压偏差数据序列获取水压偏差系数，根据水压趋势一致性指数和水压偏差系数获取水压调节因子。

将转速数据序列和水压数据序列中最后一个数据对应的获取时间记为最终时刻，将最终时间之后一个时间间隔的时刻对应的时间记为预测时刻。

由于水泵电动机对瞬态响应要求较高，所以PI控制算法中的比例系数对获取的调控参数结果的影响更为显著，同时，比例系数决定了系统对于误差的响应速度和稳定性。比例系数越大时，对水泵电动机误差做出反应的速度越快，即可以更快地根据转子变频调速装置控制输出频率，而比例系数过大会导致系统产生过度响应，出现震荡等问题。

因此，本实施例通过转速数据序列和水压数据序列中包含的数据，自适应地调整预测时刻时PI控制算法中的比例系数，通过PI控制算法获取对应的水泵电动机转速，实现对电动机对转速误差的快速响应，并在一定范围内稳定地控制水泵电动机的转速。

在恒压供水系统中，由于供水源的水位发生变化、管道出水流量发生变化和管道系统内水流的摩擦损失等因素的影响，会导致管道系统中水压发生变化。当管道系统中实际的水压高于或低于水压预设值时，需要改变水泵电动机转子变频调速装置的输出频率，以调节水泵电动机的转速，使管道系统中水压趋向于水压预设值，以确保恒压供水系统的稳定工作。

同时，实际水压偏离水压预设值的程度越大，水泵电动机的转速需要调节的程度越大，因此，需要调节PI控制算法中的比例系数，以提高水泵电动机对转速误差的响应速度、及时地调整供水系统管道中水流的压力。

基于上述分析，首先，基于恒压供水系统中水压的变化情况来获取水泵电动机在PI控制算法中比例系数的水压调节因子。其中，水压调节因子获取流程图如图2所示。

具体的，首先，获取水压数据序列的指数，其中，/>指数的计算为公知技术，不再赘述，/>指数评价了水压数据序列的自相关性。

根据指数获取水压趋势一致性指数。其中，水压趋势一致性指数用于反映恒压供水系统中、供水源的水位是否出现了变化以及供水系统的用水量是否出现了变化。

式中，表示水压趋势一致性指数；/>表示对水压数据序列的/>指数；/>表示第一预设阈值，经验值为0；/>表示第二预设阈值，经验值为0.5。

当水压数据序列的指数大于第二预设阈值且越大时，水压数据序列中的水压数据具有的长期递增或递减的趋势越强，水压数据序列中包含的数据的变化趋势越为一致，即/>的值越大，说明在水压数据序列的采集期间，恒压供水系统中的供水源的水位或供水系统的用水量越可能出现了变化。例如，在某一段时间内，供水源的水位出现下降或者供水系统中的用水量出现增加，将会导致供水管道中的水压出现持续的下降。

供水管道中的水压出现持续的减小会减弱供水系统的供水能力，水管道中的水压出现持续的增大会增加管道和设备的负担，增加设备失效的风险，因此，水压趋势一致性指数的值越大，越需要增大PI控制算法中比例系数的值，即比例系数的水压调节因子的值应越大，以提高水泵电动机的转速控制系统中对转速误差的响应速度、及时调整管道中水压、确保管道中的水压稳定在一个适当的水平。

将水压数据序列中包含的数据与归一化水压预设值的差值的绝对值记为数据的水压偏差值。将水压偏差值按照水压偏差值对应的水压数据序列中包含的数据的获取时间的先后顺序进行排列，得到水压偏差数据序列。水压偏差数据序列反映各个数据获取时刻所需调节的水压大小。

对水压偏差数据序列进行一阶差分处理，得到水压偏差变化率数据序列。其中，一阶差分处理为公知技术，不再赘述。

对水压偏差变化率数据序列中包含的所有数据使用最小二乘法，将数据与直线进行拟合，获取第一拟合直线，获取第一拟合直线的斜率。其中，使用最小二乘法进行线性拟合为公知技术，不再赘述。

根据第一拟合直线的斜率和水压偏差数据序列获取水压偏差系数。

式中，表示水压偏差系数；/>表示水压偏差数据序列中的第/>个数据的值，其中，/>；/>表示水压偏差数据序列中包含的数据个数，其数值等于水压数据序列中包含的数据个数；/>表示第一拟合直线的斜率；/>表示自然常数。

当水压偏差数据序列中包含的数据越大时，水压数据序列中各水压数据与水压预设值之间的差异越大，说明在这个时间段内管道内的水压整体偏离水压预设值的程度越大，即水压偏差系数越大；第一拟合直线的斜率越大，表示水压偏差变化率数据序列中包含的数据呈现出的递增趋势越强，即在水压数据序列包含的数据对应的时间段内，水压数据与水压预设值之间的差值随着时间呈现越为明显的递增趋势，说明管道内的水压在预测时刻偏离水压预设值的程度越大，即水压偏差系数/>的值越大。

当水压偏差系数越大时，水泵电动机的转速控制系统对转速误差的响应速度越慢、调整管道中的水压较稳定地保持在水压预设值附近的能力越差，因此，应增大PI控制算法中比例系数的取值。

根据水压趋势一致性指数和水压偏差系数获取水压调节因子。

式中，表示比例系数的水压调节因子；/>表示水压趋势一致性指数；/>表示水压偏差系数；/>表示第一调参常数，作用为防止/>的值为0使比例系数的水压调节因子为0，使后续不能很好地根据水压的变化情况获取比例系数的取值，经验值为1。

当水压趋势一致性指数和水压偏差系数越大时，水压调节因子越大，PI控制算法中比例系数的取值越大。

至此，获取比例系数的水压调节因子。

步骤S003，根据转速数据序列获取转速波动数据序列，根据转速波动数据序列获取转速峰谷数据序列，根据转速峰谷数据序列获取转速震荡影响系数，根据转速震荡影响系数和转速峰谷数据序列中包含的数据个数获取水泵电动机的综合转速震荡影响系数，根据综合转速震荡影响系数和转速波动数据序列获取比例系数的水泵电机转速调节因子。

水泵电动机的转速直接影响水泵的输出压力，当水泵电动机转速不稳定时，水泵的输出压力也会随之波动，导致供水系统中的水压不稳定，出现供水压力过高或过低的问题，影响供水设备的正常运行，甚至会引起设备损坏或水力冲击等安全隐患，同时，转速的不稳定会给水泵电动机带来额外的负荷和运行压力，增加水泵电动机的磨损，导致水泵电动机使用寿命的缩短。因此，需要调节PI控制算法中的比例系数，在提高水泵电动机对转速误差的响应速度的同时，提高水泵电动机转速的稳定性。

具体的，使用STL分解算法获取转速数据序列的季节项数据序列，季节项数据序列可反映水泵电动机的转速在数据采集期间的波动情况。将季节项数据序列记为转速波动数据序列，并将转速波动数据序列中包含的数据记为转速波动幅值。其中，STL分解算法为公知技术，不再赘述。

将转速波动数据序列作为波峰波谷二阶差分识别算法的输入，获取转速波动数据序列中所有的波峰数据和波谷数据对应的转速波动幅值和采集时刻。波峰数据和波谷数据可反映水泵电动机的转速在数据采集期间的数据震荡情况。其中，波峰波谷二阶差分识别算法为公知技术，不再赘述。

将所有波峰数据和波谷数据按照其对应的采集时刻的先后顺序进行排列，得到水泵电动机的转速峰谷数据序列。其中，转速峰谷数据序列中数据为对应采集时刻的转速波动幅值。

进一步的，根据转速峰谷数据序列获取转速震荡影响系数。

式中，表示水泵电动机在转速峰谷数据序列中第/>个数据对应的数据采集时刻的转速震荡影响系数，其中，/>；/>表示转速峰谷数据序列中包含的数据个数；/>表示转速峰谷数据序列中第/>个和第/>个数据的差值的绝对值；/>表示转速峰谷数据序列中第/>个和第/>个数据的采集时刻的时间间隔；/>表示第二调参常数，作用为防止分母为0，经验值为1。

转速波动数据序列中的波峰和波谷是依次出现的，因此，转速峰谷数据序列中相邻两个数据的差值的绝对值越大时，表示转速波动数据序列中相邻的波峰和波谷对应的转速波动幅值之间的差值越大，即转速数据的震荡程度越大，所以，水泵电动机在波峰和波谷对应的数据采集时刻的转速震荡影响系数越大；转速峰谷数据序列中相邻两个数据的采集时刻的时间间隔越小时，转速波动数据序列中相邻的波峰和波谷对应的时间间隔越小，相邻的波峰和波谷对应的转速数据的震荡频率越高，即转速数据震荡越剧烈，所以，水泵电动机在波峰和波谷对应的数据采集时刻的转速震荡影响系数/>越大。

根据转速震荡影响系数和转速峰谷数据序列中包含的数据个数获取水泵电动机的综合转速震荡影响系数。

式中，表示水泵电动机的综合转速震荡影响系数；/>表示转速峰谷数据序列中包含的数据个数；/>表示水泵电动机在转速峰谷数据序列中第/>个数据对应的数据采集时刻的转速震荡影响系数，其中，/>。

转速峰谷数据序列中包含的数据个数越多时，转速波动数据序列中的波峰数据和波谷数据的数量越多，转速数据序列出现震荡现象的转速数据的数量越多，转速数据序列中转速数据出现的震荡现象越严重，综合转速震荡影响系数越大；转速数据序列中出现震荡现象的转速数据对应的数据采集时刻的转速震荡影响系数越大时，转速数据序列出现数据震荡的现象越严重，综合转速震荡影响系数越大。

根据综合转速震荡影响系数和转速波动数据序列获取比例系数的水泵电机转速调节因子。

式中，表示比例系数的水泵电机转速调节因子；/>表示水泵电动机的综合转速震荡影响系数；/>表示转速波动数据序列中包含的所有转速波动幅值的标准差。

正常工作状态下的水泵电动机的转速会在一定的误差范围内进行波动，非正常工作状态下的水泵电动机的转速的波动较大，转速波动数据序列中包含的所有转速波动幅值的标准差越大时，转速波动数据序列中包含的所有转速波动幅值的差异越大，即在水泵电动机的运行过程中，转速数据的波动越不稳定，因此，越需要增大PI控制算法中比例系数的水泵电机转速调节因子的取值，以降低比例系数的值、提高水泵电动机的转速控制系统的稳定性；综合转速震荡影响系数越大时，转速数据序列整体的数据震荡情况越为严重，即水泵电动机的运行过程中转速越不稳定，因此，越需要增大PI控制算法中比例系数的水泵电机转速调节因子的取值，以降低比例系数的值、提高水泵电动机的转速控制系统的稳定性、减少水泵电动机的转速数据的震荡现象。

至此，获取比例系数的水泵电机转速调节因子，其中，水泵电机转速调节因子获取流程图如图3所示。

步骤S004，根据比例系数的水压调节因子和水泵电机转速调节因子获取自适应比例系数，根据自适应比例系数和水泵电动机的转子变频调速装置获取调控转子电流，实现转子转速的变频调控。

根据比例系数的水压调节因子和水泵电机转速调节因子获取自适应比例系数。

式中，表示自适应比例系数；/>表示比例系数的水压调节因子；/>表示比例系数的水泵电机转速调节因子；/>表示归一化函数，作用为对括号内的数值进行线性归一化；表示第二调参常数，作用为防止分母为0，经验值为1；/>表示第一调参系数，经验值为2；/>表示第二调参系数，经验值为1.3。

其中，水压调节因子与自适应比例系数/>成正比，水泵电机转速调节因子/>与自适应比例系数/>成反比。

最终时刻的水压数据和水压预设值分别线性映射至4-20mA的电流信号，获取最终时刻的水压数据的电流信号与水压预设值的电流信号。

以自适应比例系数作为比例系数，将最终时刻的水压数据的电流信号和水压预设值的电流信号输入PI控制算法，获取预测时刻的电流信号。其中，PI控制算法为公知技术，不再赘述，PI控制算法中积分系数经验值取0.01；水压预设值的电流信号为目标值。

将预测时刻的电流信号作为水泵电动机的转子变频调速装置的输入，获取调控转子电流。

其中，转子变频调速装置的作用为：根据转子变频调速装置中的晶闸管有源逆变器和升压斩波器共同产生附加电动势，将所得附加电动势代入附加电动势与转子电流的计算公式，获取调控转子电流。其中，水泵电动机的转子变频调速装置将模拟电压信号转换为调控转子电流的过程为公知技术，不再赘述；附加电动势与转子电流的计算公式为公知技术，不再赘述。

进一步的，调控转子电流可调节水泵电动机的功率，水泵电动机功率的调整可调整转速，实现转子转速的变频调控。

至此，实现转子转速的变频调控。

基于与上述方法相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种转子变频调速控制装置，包括：

获取模块，用于采集转速数据和水压数据并进行处理，获取转速数据序列、水压数据序列和归一化水压预设值；

分析模块，用于根据水压数据序列获取水压趋势一致性指数，根据水压数据序列和归一化水压预设值获取水压偏差值，根据水压偏差值获取水压偏差数据序列和水压偏差变化率数据序列，获取第一拟合直线的斜率，根据第一拟合直线的斜率和水压偏差数据序列获取水压偏差系数，根据水压趋势一致性指数和水压偏差系数获取水压调节因子；根据转速数据序列获取转速波动数据序列，根据转速波动数据序列获取转速峰谷数据序列，根据转速峰谷数据序列获取转速震荡影响系数，根据转速震荡影响系数和转速峰谷数据序列中包含的数据个数获取水泵电动机的综合转速震荡影响系数，根据综合转速震荡影响系数和转速波动数据序列获取比例系数的水泵电机转速调节因子；根据比例系数的水压调节因子和水泵电机转速调节因子获取自适应比例系数；

判定控制模块，用于根据自适应比例系数和水泵电动机的转子变频调速装置获取调控转子电流，实现转子转速的变频调控。其中，转子变频调速控制装置模块图如图4所示。

综上所述，本实施例首先基于恒压供水系统中水压对水泵电动机的影响以及水压数据的分布情况，构建PI控制算法中比例系数的水压调节因子，对水压调节因子较大的待调节时刻的水泵电动机转速控制系统对应的比例系数赋予较大的权重，以提高水泵电动机转速控制系统的响应速度；其次，基于水泵电动机的转速数据序列的分布情况构建PI控制算法中比例系数的水泵电机转速调节因子，对水泵电机转速调节因子较大的待调节时刻的水泵电动机转速控制系统对应的比例系数赋予较小的权重，以提高水泵电动机转速控制系统的稳定性，保持水泵电动机的稳定运行；然后，根据水压调节因子和水泵电机转速调节因子自适应地得到PI控制算法中的比例系数，解决工作条件发生变化时转子变频调速控制效果不佳的问题，使得水泵电动机转速的调节更快更准确，提高水泵电动机的转子变频调速控制系统的稳定性和响应速度。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内，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 (10)

1.一种转子变频调速控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

采集转速数据和水压数据并进行处理，获取转速数据序列、水压数据序列和归一化水压预设值；

根据水压数据序列获取水压趋势一致性指数，根据水压数据序列和归一化水压预设值获取水压偏差值，根据水压偏差值获取水压偏差数据序列和水压偏差变化率数据序列，获取第一拟合直线的斜率，根据第一拟合直线的斜率和水压偏差数据序列获取水压偏差系数，根据水压趋势一致性指数和水压偏差系数获取水压调节因子；

根据转速数据序列获取转速波动数据序列，根据转速波动数据序列获取转速峰谷数据序列，根据转速峰谷数据序列获取转速震荡影响系数，根据转速震荡影响系数和转速峰谷数据序列中包含的数据个数获取水泵电动机的综合转速震荡影响系数，根据综合转速震荡影响系数和转速波动数据序列获取比例系数的水泵电机转速调节因子；

根据比例系数的水压调节因子和水泵电机转速调节因子获取自适应比例系数，根据自适应比例系数和水泵电动机的转子变频调速装置获取调控转子电流，实现转子转速的变频调控。

2.根据权利要求1所述的一种转子变频调速控制方法，其特征在于，所述根据水压数据序列获取水压趋势一致性指数的获取方法为：

获取水压数据序列的自相关系数，自相关系数评价水压数据序列的自相关性；

当水压数据序列的自相关系数大于第二预设阈值时，将水压趋势一致性指数记为水压数据序列的自相关系数；

当水压数据序列的自相关系数大于第二预设阈值时，将水压趋势一致性指数记为第一预设阈值。

3.根据权利要求2所述的一种转子变频调速控制方法，其特征在于，所述根据水压数据序列和归一化水压预设值获取水压偏差值，根据水压偏差值获取水压偏差数据序列和水压偏差变化率数据序列，获取第一拟合直线的斜率，根据第一拟合直线的斜率和水压偏差数据序列获取水压偏差系数的获取方法为：

将水压数据序列中包含的数据与归一化水压预设值的差值的绝对值记为数据的水压偏差值；

将水压偏差值按照获取时间的先后顺序进行排列，获取水压偏差数据序列；

将水压偏差数据序列的一阶差分序列记为水压偏差变化率数据序列；

将水压偏差变化率数据序列中包含的所有数据与直线进行拟合，获取第一拟合直线，获取第一拟合直线的斜率；

将以自然常数为底数、以第一拟合直线的斜率为指数的幂与水压偏差数据序列中包含的所有数据的均值的乘积记为水压偏差系数。

4.根据权利要求3所述的一种转子变频调速控制方法，其特征在于，所述根据水压趋势一致性指数和水压偏差系数获取水压调节因子的获取方法为：

将水压趋势一致性指数与第一调参常数的和与水压偏差系数的乘积记为水压调节因子。

5.根据权利要求1所述的一种转子变频调速控制方法，其特征在于，所述根据转速数据序列获取转速波动数据序列，根据转速波动数据序列获取转速峰谷数据序列，根据转速峰谷数据序列获取转速震荡影响系数的方法为：

对转速数据序列进行时序序列分解，获取转速波动数据序列；

获取转速波动数据序列中所有波峰数据和波谷数据并按照数据在转速波动数据序列中的先后顺序排列，获取转速峰谷数据序列；

将转速峰谷数据序列中每个数据分别记为待分析数据，将待分析数据在转速峰谷数据序列中的下一个数据记为待分析数据的相邻数据；

将待分析数据与待分析数据的相邻数据的时间间隔与第二调参常数的和记为第一时间间隔；

将待分析数据与待分析数据的相邻数据的差值的绝对值与第一时间间隔的比值记为待分析数据对应的数据采集时刻的转速震荡影响系数。

6.根据权利要求5所述的一种转子变频调速控制方法，其特征在于，所述根据转速震荡影响系数和转速峰谷数据序列中包含的数据个数获取水泵电动机的综合转速震荡影响系数的方法为：

将转速峰谷数据序列中包含的所有数据的对应的数据采集时刻的转速震荡影响系数的和与转速峰谷数据序列中包含数据数量的乘积记为综合转速震荡影响系数。

7.根据权利要求6所述的一种转子变频调速控制方法，其特征在于，所述根据综合转速震荡影响系数和转速波动数据序列获取比例系数的水泵电机转速调节因子的方法为：

将综合转速震荡影响系数与转速波动数据序列中包含的所有转速波动幅值的标准差的乘积记为比例系数的水泵电机转速调节因子。

8.根据权利要求7所述的一种转子变频调速控制方法，其特征在于，所述根据比例系数的水压调节因子和水泵电机转速调节因子获取自适应比例系数的方法为：

将第二调参常数与比例系数的水泵电机转速调节因子的和记为水泵调节因子；

将水压调节因子与水泵调节因子的比值的归一化值与第一调参系数的乘积记为调整比例系数；

将调整比例系数与第二调参系数的和记为自适应比例系数。

9.根据权利要求8所述的一种转子变频调速控制方法，其特征在于，所述根据自适应比例系数和水泵电动机的转子变频调速装置获取调控转子电流，实现转子转速的变频调控的方法为：

将水压数据序列中最后一个数据对应的获取时间记为最终时刻，将最终时刻的水压数据和水压预设值分别线性映射至预设范围的电流信号，获取最终时刻的水压数据的电流信号与水压预设值的电流信号；

以自适应比例系数作为比例系数，将最终时刻的水压数据的电流信号和水压预设值的电流信号输入PI控制算法，获取预测时刻的电流信号；

将预测时刻的电流信号作为水泵电动机的转子变频调速装置的输入，获取调控转子电流，调控转子电流调节水泵电动机的功率，水泵电动机功率调节转速，实现转子转速的变频调控。

10.一种转子变频调速控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于采集转速数据和水压数据并进行处理，获取转速数据序列、水压数据序列和归一化水压预设值；

分析模块，用于根据水压数据序列获取水压趋势一致性指数，根据水压数据序列和归一化水压预设值获取水压偏差值，根据水压偏差值获取水压偏差数据序列和水压偏差变化率数据序列，获取第一拟合直线的斜率，根据第一拟合直线的斜率和水压偏差数据序列获取水压偏差系数，根据水压趋势一致性指数和水压偏差系数获取水压调节因子；根据转速数据序列获取转速波动数据序列，根据转速波动数据序列获取转速峰谷数据序列，根据转速峰谷数据序列获取转速震荡影响系数，根据转速震荡影响系数和转速峰谷数据序列中包含的数据个数获取水泵电动机的综合转速震荡影响系数，根据综合转速震荡影响系数和转速波动数据序列获取比例系数的水泵电机转速调节因子；根据比例系数的水压调节因子和水泵电机转速调节因子获取自适应比例系数；

判定控制模块，用于根据自适应比例系数和水泵电动机的转子变频调速装置获取调控转子电流，实现转子转速的变频调控。