[发明专利]一种流量控制系统及优化控制策略

说明书

本发明提供一种流量控制系统及优化控制策略。首先得到对应的流量变化值与相对稳态压力值的关系式，通过计算出流量控制系统任意相对稳态时刻的压力值；其次得到经过Q‑H平面上点(Q,P)每台泵的扬程特性曲线及对应的高效区间边界的交点；最后，根据每台泵的高效区间与(Q，P)及交点之间的位置关系得到高效运行性能参数，进而选择性能参数最优的泵工作，确保流量控制系统处于高效运行。本发明无需压力检测传感器及辅助电路即可实现流量控制系统的高效运行控制，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、运行效率更高，提高系统的寿命和可靠性，为流量控制系统安全、高效运行提供可靠保证。

技术领域

本发明属于过程控制领域，具体涉及一种流量控制系统及优化控制策略，实现流量系统的高效运行。

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。早期流量控制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。当前主要采用调速泵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。然而，由张承慧等在控制理论与应用期刊中发表的《变频调速给水泵站效率最优控制策略》一文可知，泵存在一个由扬程特性曲线、相似工况抛物线组成的高效运行区间。泵运行于此区间，能实现高效运行；否则，泵运行效率和寿命将大大降低。在化工、食品、医药等过程控制领域，泵被广泛使用，使得效率哪怕仅仅提高1％，都会对节能和环保带来了巨大的利益。

然而，流量控制系统运行状态并不是恒定不变的，其输出流量和扬程在时间上具有时变性，不能保证泵始终运行在高效率区间。一方面，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，管阻特性变差，在设定流量情况下，泵出口和管网压力急剧增大，致使泵运行状态发生变化，可能偏离高效区间；另一方面，由于流量控制系统液质可能输送到不同的容器中，导致其扬程发生变化，致使泵运行状态发生变化，可能偏离高效区间；再一方面，流量控制系统的输出流量受制于实际系统的工作状态或者工作阶段的不同而不同，致使泵运行状态发生变化，可能偏离高效区间；泵长时间处于非高效区间运行会导致变频流量控制系统的效率降低，甚至导致变频器及泵的过载/低频运行，增加了变频流量控制系统的故障风险。为了确保流量控制系统的高效运行，就必须对泵进行高效优化控制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提出一种结构简单、适用性好的流量控制系统及优化控制策略。

本发明提供一种流量控制系统及优化控制策略，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为气压罐额定温度，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流量值和变频器输出频率进行采样，并获取流量值q(k)和输出频率f(k)，其中k为采样次数；