[发明专利]一种流量控制系统压力观测方法

说明书

本发明提供一种流量控制系统压力观测方法，建立流量控制系统在稳态时的压力值P与t∈[0,T_d]的流量变化量Δq₁(t)的关系式，通过采样周期实测流量波动值Δq(m)与估计流量波动值Δq^g(m)的误差及误差导数，来判定系统压力值，本发明无需压力检测传感器及辅助电路即可实现管网压力测量，省去了压力传感器及辅助处理电路的安装调试所需时间和成本，使得系统结构更加简单，系统成本更低。

技术领域

本发明属于测控领域，具体涉及一种流量控制系统压力观测方法，尤其适用恒流量控制系统的压力在线观测。

背景技术

流量调节控制在化工、食品、医药、供水等领域具有广泛的应用。早期流量调节主要通过调节控制阀门的开度开对输出流量进行调节，但存在能耗高、调节范围不大等不足。当前主要采用变频调速的方案实现输出流量的调节，其原理主要通过检测输出流量与设定流量之间的偏差，并对该偏差进行反馈补偿控制算法，进而调节变频器的输出频率，改变泵的转速，实现输出流量的稳定控制。在化工，食品，医药、供水等领域，由于输送的液体长时间在管道中运行，可能会存在污垢沉积，致使整个管路有效截面积变小，管阻变大，在设定流量情况下，泵出口和管网压力急剧增大，导致输送管道及相关连接元件故障风险升高。除此之外，由于泵出口压力的急剧增大，致使变频流量控制系统的功率急剧增加，导致变频器及泵的过载运行，增加了变频流量控制系统的故障风险。为了防范该故障，一般在泵出口处或者管网关键节点处增加压力传感器，用于实时检测管网中的压力，确保系统安全稳定运行。但该方案由于需要增加压力检测传感器，一方面增加了管网的复杂性和硬件成本，另一方面变频流量控制系统需要在软硬件方面增加相应的功能模块，比如信号调理电路、采样电路、软件处理程序等。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提出一种结构简单、适用性好的流量控制系统压力观测方法。

本发明提供一种流量控制系统压力观测方法，其特征在于：其步骤如下：

1)建立流量控制系统在稳态时的压力值P与t∈[0,T_d]的流量变化量Δq₁(t)的关系式：其中；P为管网压力值，F为变频器输出频率，Q为进出液体流量，T为环境温度，T_b为压力罐额定温度，V_b为气压罐气室额定体积，P_b为气压罐气室额定压力，t为时间变量，T_d为预先定义的观测时间长度，ΔF为频率扰动增量；

2)以采样周期T_s为间隔对流量控制系统的流量值和变频器的输出频率进行采样，并获取流量值q(k)和输出频率f(k)，其中k为采样次数；

3)并根据采样到的流量值q(k)和输出频率f(k)，建立由N个元素构成的流量值数组{q(i)}，以及变频器输出频率数组{f(i)}，其中i＝{k-N+1,k-N+2,...k}，N为预先设定的大于1的正整数，q(i)|_i＜＝0＝0，f(i)|_i＜＝0＝0；

4)判断流量控制系统是否处于稳定状态，并在确定其处于稳定状态时，获取变频器输出频率数组{f(i)}的平均值并将该时刻标记为t＝0时刻，给输出频率一个固定的频率扰动增量ΔF，f(mT_s)＝F+ΔF；

5)判断m＞M是否成立，若不成立，则在t＝mT_s时刻，采样流量值q(m)，并获得到Δq(m)＝q(m)-Q；若成立则更新k＝k+1；进行下一次采样；

6)对步骤5)中获得的Δq(m)，进行判断，其中α为设定正值，在其成立时，则将压力估计值P^g[m]及Q、F、ΔF、P_b、V_b、T和t＝mT_s代入步骤1)中建立的关系式，并获取流量变化值Δq^g(m)；