專利名稱：一種風(fēng)冷單冷機(jī)組運(yùn)行工況的模糊控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)冷單冷機(jī)組運(yùn)行工況的模糊控制方法，特別適用于大型螺桿機(jī)組的工藝性制冷方面的應(yīng)用，屬于空調(diào)與制冷工程的模糊控制技術(shù)領(lǐng)域背景技術(shù)空調(diào)系統(tǒng)有一個(gè)最佳的運(yùn)行工況，系統(tǒng)是在特定的運(yùn)行工況下進(jìn)行設(shè)計(jì)的，當(dāng)偏離設(shè)計(jì)工況后，機(jī)組運(yùn)行會(huì)受到一定影響，輕則效率下降，重則機(jī)組無(wú)法安全運(yùn)行。目前在生產(chǎn)過(guò)程中工藝性用途的單制冷機(jī)組通常是水冷式的，在冬夏換季時(shí)為保證機(jī)組的正常運(yùn)行，通常要人為調(diào)節(jié)冷卻水量。實(shí)際上對(duì)這一類工藝用單冷機(jī)組采用風(fēng)冷型機(jī)組更合適，它可以有效地減少機(jī)組使用占地面積，不需要冷卻水系統(tǒng)，便于運(yùn)行時(shí)的管理，并且維護(hù)更方便。但應(yīng)用這樣類型的機(jī)組有一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)就是當(dāng)環(huán)境溫度從35℃到-5℃變化時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行將產(chǎn)生很大的影響，如果不加以適當(dāng)控制，機(jī)組將無(wú)法正常運(yùn)行。對(duì)于冬季需要制熱的環(huán)境工況的討論較多，但冬季仍需要制冷其工況對(duì)機(jī)組性能的影響的討論很少。張錦填等人在《利用變頻技術(shù)改進(jìn)空調(diào)柜機(jī)的制冷工況》一文中提到應(yīng)用變頻技術(shù)改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法解決機(jī)組在冬季運(yùn)行的情況，但這樣的解決方法成本較高，尤其是當(dāng)應(yīng)用大冷量的螺桿機(jī)組時(shí)其成本將急劇升高，增加了不必要的投資。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種風(fēng)冷單冷機(jī)組(單風(fēng)機(jī)；或者多風(fēng)機(jī)、每臺(tái)風(fēng)機(jī)裝有單向風(fēng)閥裝置)運(yùn)行工況的模糊控制方法，就是針對(duì)這種情況，在不增添多余的控制手段，采用普通的溫度傳感器作為發(fā)信器，應(yīng)用模糊控制方法有級(jí)地控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行風(fēng)量，達(dá)到螺桿機(jī)組在全年工況下處于最高效率運(yùn)行，既不增加成本，又簡(jiǎn)便易行，十分有利于風(fēng)冷單冷螺桿機(jī)組在工藝性制冷方面的推廣。
空調(diào)系統(tǒng)既可以調(diào)節(jié)風(fēng)量、水量，也可以調(diào)節(jié)風(fēng)溫、水溫，即量調(diào)節(jié)和質(zhì)調(diào)節(jié)可以相互配合。為了對(duì)風(fēng)冷單冷機(jī)組運(yùn)行工況進(jìn)行控制，可以用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速(風(fēng)冷機(jī)組)，也可以采用風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)。
應(yīng)用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)，但變頻器的價(jià)格較高，特別用于大功率機(jī)組的工藝性制冷時(shí)，給每臺(tái)風(fēng)機(jī)配備變頻器，成本會(huì)很高。
采用風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)，基本上沒(méi)有增加成本的問(wèn)題，且同樣可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)。
模糊控制是人工智能領(lǐng)域中形成最早、應(yīng)用最廣的一個(gè)重要分支，適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜且難以用傳統(tǒng)理論建立模型的問(wèn)題。模糊控制在解決復(fù)雜的控制技術(shù)問(wèn)題時(shí)，比用常規(guī)的方法通常要簡(jiǎn)單得多。
在空調(diào)系統(tǒng)的過(guò)程控制中，由于控制對(duì)象的時(shí)滯、時(shí)變和非線性的特征比較明顯，導(dǎo)致控制參數(shù)不易在線調(diào)節(jié)，而模糊控制技術(shù)采用模糊推理方法而不需要系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，具有其它控制方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，能較好的適應(yīng)這些特征。
模糊控制是一種通用的控制策略，根據(jù)控制的目標(biāo)(溫度、壓力、水位等等)與設(shè)定目標(biāo)值之間的差值和差值變化率來(lái)調(diào)節(jié)執(zhí)行器。將一個(gè)確定輸入量，在模糊控制器中經(jīng)過(guò)定標(biāo)處理，然后根據(jù)預(yù)先規(guī)定的輸入基準(zhǔn)模糊集進(jìn)行相應(yīng)的隸屬度排序，再采用公知的方法，根據(jù)輸出基準(zhǔn)模糊集進(jìn)行處理，形成一個(gè)輸出模糊集，繼而得到確定的輸出量，用來(lái)對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行控制。
附圖1是模糊控制系統(tǒng)的示意框圖。
附圖2是模糊控制器結(jié)構(gòu)的示意圖。
模糊控制系統(tǒng)包括檢測(cè)環(huán)境參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)的傳感器系統(tǒng)，對(duì)控制對(duì)象的目前狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量；由存放在模糊控制器中的知識(shí)庫(kù)及控制程序，對(duì)環(huán)境參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行分析、判斷、處理，通過(guò)預(yù)編的模糊控制規(guī)則表，查表得到控制量；改變控制對(duì)象未來(lái)狀態(tài)的控制行為指令的輸出系統(tǒng)。
1.理論分析對(duì)于冬季或夏季環(huán)境溫度是否與風(fēng)冷單冷機(jī)組系統(tǒng)的運(yùn)行匹配，可以通過(guò)一個(gè)置于冷凝器出液管管路上的溫度傳感器來(lái)表征，當(dāng)該處所測(cè)量到的溫度過(guò)高時(shí)，說(shuō)明冷凝風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不夠，控制上需要增加風(fēng)機(jī)運(yùn)行的臺(tái)數(shù)；反之，如果該處所測(cè)量到的溫度過(guò)低時(shí)，說(shuō)明冷凝風(fēng)機(jī)的風(fēng)量過(guò)大，控制上可以減少運(yùn)行風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)。
理想情況下可以通過(guò)所測(cè)量的溫度直接進(jìn)行控制，但因?yàn)閭鞲衅饔袩崛?，并且在這里其熱容量的影響已經(jīng)不能忽略，所以測(cè)量的溫度和實(shí)際溫度會(huì)有所不同，這種現(xiàn)象在動(dòng)態(tài)情況下非常嚴(yán)重。由非穩(wěn)態(tài)傳熱能量守恒，并考慮到測(cè)試點(diǎn)的保溫，可以得到ρcVdtcdt=KF(tw-tc)------(1)]]>式中ρ——傳感器平均密度，kg/m3c——傳感器平均熱容，kJ/kg.℃V——傳感器體積，m3tw—測(cè)試點(diǎn)管外壁溫度，tc—傳感器平均溫度，℃K——測(cè)試點(diǎn)管壁與傳感器的傳熱系數(shù)，kw/m2.℃F——傳熱面積，m2
(1)式是典型的一階慣性環(huán)節(jié)，可以用傳遞函數(shù)的方式給出G(s)=1Ts+1----(2)]]>其中T=ρcVKF.]]>一般認(rèn)為制冷系統(tǒng)是慢時(shí)變的系統(tǒng)，時(shí)間常數(shù)T與制冷系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)相比很小。但在實(shí)際對(duì)象時(shí)，風(fēng)機(jī)的加載或卸載，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的擾動(dòng)較強(qiáng)，這時(shí)時(shí)間常數(shù)T與制冷系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)相比不能忽略，這樣我們得到了如圖3所示的、考慮溫度傳感器傳遞函數(shù)的控制系統(tǒng)框圖。
針對(duì)圖3所示的系統(tǒng)，應(yīng)用普通的PID控制并不十分困難，但考慮到風(fēng)機(jī)是有級(jí)調(diào)節(jié)的(即逐個(gè)啟動(dòng)或關(guān)閉風(fēng)機(jī)的運(yùn)行)，尤其是式(1)所給予的啟發(fā)，實(shí)際應(yīng)用模糊控制將更便捷可靠。
2.應(yīng)用模糊控制方法對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制將(1)式變形可以得到tw=ρcVKFdtcdt+tc----(3)]]>將時(shí)間傳感器溫度變化率采用向后插值，有dtcdt=tci-tci-1Δt-----(4)]]>這樣就可以得到twi=Atci-tci-1Δt+tci----(5)]]>其中tci-1為前一次測(cè)量值，tci為本次測(cè)量值，twi為本次銅管壁面估計(jì)值。這樣就可以得到管壁壁面溫度與測(cè)量值的直接關(guān)系，所以可以根據(jù)測(cè)量值的大小和其變化率的大小對(duì)系統(tǒng)加以控制。因?yàn)橹评鋭┡c銅管有很好的傳熱性能，制冷劑與管壁的溫差可以忽略。并且根據(jù)實(shí)際情況將風(fēng)機(jī)進(jìn)行分級(jí)調(diào)節(jié)，即根據(jù)風(fēng)機(jī)的數(shù)目進(jìn)行相應(yīng)的分級(jí)調(diào)節(jié)。例如，對(duì)于配備四臺(tái)風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)，可以分為四級(jí)調(diào)節(jié)，得到如圖4所示的模糊控制系統(tǒng)，并由此推導(dǎo)出風(fēng)機(jī)增量式模糊控制規(guī)則。
其模糊控制規(guī)則表見(jiàn)表1
表1根據(jù)溫度測(cè)量值和變化率進(jìn)行控制的模糊表

根據(jù)本發(fā)明提出的對(duì)風(fēng)冷單冷機(jī)組運(yùn)行工況的模糊控制方法，包括a.設(shè)置于風(fēng)冷單冷機(jī)組系統(tǒng)中的溫度傳感器測(cè)量溫度，送入模糊控制器，b.計(jì)算溫度和溫度變化率，查詢預(yù)編的模糊控制規(guī)則表，得到控制量，c.模糊控制器輸出控制量，改變機(jī)組系統(tǒng)的運(yùn)行工況(通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)機(jī)組系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，或者改變機(jī)組系統(tǒng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的臺(tái)數(shù)，來(lái)改變機(jī)組系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行風(fēng)量)，d.重復(fù)a、b、c步驟。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
附圖1是模糊控制系統(tǒng)的示意框圖。
附圖2是模糊控制器結(jié)構(gòu)的示意圖。
附圖3是考慮溫度傳感器傳遞函數(shù)的控制系統(tǒng)框圖。
附圖4是模糊控制系統(tǒng)的示意圖。
附圖5是實(shí)施例的制冷系統(tǒng)及控制示意圖。
附圖6是實(shí)施例制冷系統(tǒng)的電器控制線路圖。
附圖7是環(huán)境溫度為4℃時(shí)的實(shí)時(shí)控制部分?jǐn)?shù)據(jù)。
附圖8是環(huán)境溫度為28℃時(shí)的實(shí)時(shí)控制部分?jǐn)?shù)據(jù)。
具體實(shí)施例方式
一套配備四臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)冷單冷機(jī)組系統(tǒng)，機(jī)組型號(hào)是BLSF-135Z，制冷量135Kw，該機(jī)組全年運(yùn)行，每天運(yùn)轉(zhuǎn)24小時(shí)。機(jī)組的控制系統(tǒng)采用本發(fā)明的模糊控制技術(shù)，圖5是機(jī)組系統(tǒng)示意圖。
機(jī)組冷凝器集液管上安置有溫度傳感器，得到的溫度參數(shù)送入PLC控制器，控制程序應(yīng)用表1給出的模糊控制方案。這里采用的是調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的臺(tái)數(shù)，所以在每臺(tái)風(fēng)機(jī)處都加裝了單向風(fēng)閥裝置，以防風(fēng)量倒灌；也可以用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)。
圖6是電器控制線路圖，主控制器采用西門(mén)子PLC。
下面是應(yīng)用模糊控制方法對(duì)機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)控制結(jié)果的部分?jǐn)?shù)據(jù)。
圖7是環(huán)境溫度為4℃時(shí)的實(shí)時(shí)控制部分?jǐn)?shù)據(jù)。從圖7表明，當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)環(huán)境溫度較低，只有4℃左右，此時(shí)機(jī)組在風(fēng)機(jī)0％運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷下運(yùn)行，隨著冷凝溫度的提高，風(fēng)機(jī)連續(xù)兩次以25％加載，達(dá)到50％后系統(tǒng)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行，最后冷凝溫度和傳感器檢測(cè)溫度基本穩(wěn)定在31℃左右，系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。
當(dāng)環(huán)境溫度有所變動(dòng)時(shí)，機(jī)組的運(yùn)行平衡溫度會(huì)有所不同。圖8是環(huán)境溫度為28℃時(shí)的實(shí)時(shí)控制部分?jǐn)?shù)據(jù)。如圖8所示，這時(shí)風(fēng)機(jī)以50％快速增加，在40s內(nèi)實(shí)現(xiàn)了冷凝溫度的控制，效果比較理想，從而實(shí)現(xiàn)了在環(huán)境溫度大幅度變化下機(jī)組運(yùn)行工況的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)冷單冷機(jī)組運(yùn)行工況的模糊控制方法，包括a.設(shè)置于風(fēng)冷單冷機(jī)組系統(tǒng)中的溫度傳感器測(cè)量溫度，送入模糊控制器，b.計(jì)算溫度和溫度變化率，查詢預(yù)編的模糊控制規(guī)則表，得到控制量，c.模糊控制器輸出控制量，改變機(jī)組系統(tǒng)的運(yùn)行工況，d.重復(fù)a、b、c步驟；其特征在于預(yù)編的模糊控制規(guī)則表是
控制器輸出的控制量，改變機(jī)組系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行風(fēng)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)冷單冷機(jī)組運(yùn)行工況的模糊控制方法，其特征在于所述的溫度傳感器安置在冷凝器集液管上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種風(fēng)冷單冷機(jī)組運(yùn)行工況的模糊控制方法，其特征在于機(jī)組系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)包括2臺(tái)以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種風(fēng)冷單冷機(jī)組運(yùn)行工況的模糊控制方法，其特征在于模糊控制器輸出的控制量，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)機(jī)組系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，或者改變機(jī)組系統(tǒng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的臺(tái)數(shù)，來(lái)改變機(jī)組系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行風(fēng)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)冷單冷機(jī)組運(yùn)行工況的模糊控制方法，其特征在于每臺(tái)風(fēng)機(jī)裝有單向風(fēng)閥裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種風(fēng)冷單冷機(jī)組運(yùn)行工況的模糊控制方法，其特征在于風(fēng)機(jī)是四臺(tái)。
全文摘要
全年運(yùn)行的風(fēng)冷單冷空調(diào)機(jī)組是按照夏季工況進(jìn)行設(shè)計(jì)的，當(dāng)偏離設(shè)計(jì)工況后，機(jī)組運(yùn)行會(huì)受到一定影響。本發(fā)明通過(guò)安置在冷凝器集液管上的溫度傳感器作為發(fā)信設(shè)備，充分考慮該點(diǎn)溫度變化率在實(shí)際控制中的作用，應(yīng)用模糊控制方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)冷單冷機(jī)組運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制，不僅達(dá)到了良好的運(yùn)行效果，還具有不增加成本，又簡(jiǎn)便易行的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F24F11/02GK1534248SQ0311608
公開(kāi)日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2003年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者仲華, 朱平, 葛曉隆, 仲 華 申請(qǐng)人:上海百富勤空調(diào)設(shè)備有限公司