[发明专利]一种流量控制系统及优化控制方法

权利要求书

1.一种流量控制系统及优化控制方法，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)由PID控制算法求出t＝kT_s时刻变频器的输出频率值f(k)＝f(k-1)+K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)+K_d[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]；

其中，e(k-1)、f(k-1)分别为t＝(k-1)T_s时刻的流量误差和变频器的输出频率；e(k-2)为t＝(k-2)T_s时刻的流量误差；

K_p、K_i和K_d分别为预先设定的PID算法中的比例系数、积分系数和微分系数；

流量误差e(k)＝Q_set-q(k)；其中，e(i)|_i＜＝0＝0；Q_set为设定输出流量值；

q(k)为采样次数为k时的流量值，f(k)为采样次数为k时变频器的输出频率值；f(i)|_i＜＝0＝0；

4)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；

5)获取流量值数组{q(i)}的平均值并判断流量控制系统是否处于相对稳定状态；

6)在确定流量控制系统处于相对稳定状态，则判断是否成立，其中θ为设定正值，若不成立，则令控制开关S_j＝0，控制泵M_j停止运行；同时，令控制开关S_j+1＝1，即控制扬程大一级的泵M_j+1(j+1<＝3)工作；更新k＝k+1；进行下一次采样，并标记输出流量值和变频器输出频率的采样值为q(k)和f(k)，并重复以上步骤；若成立时，则获取变频器输出频率的平均值

7)以此时刻标记为t＝0，给输出频率一个较小的扰动量ΔF，f(mT_s)＝F+ΔF；

8)判断m＞M是否成立，若m＞M成立，则更新k＝k+1；进行下一次采样，并标记输出流量值和变频器输出频率的采样值为q(k)和f(k)，并重复以上步骤；若m＞M不成立，则在t＝mT_s时刻，采样流量值q(m)；得到Δq(m)＝q(m)-Q；

9)判断α为设定正值，在其成立时，则将将压力估计值P^g[m]及Q、F、ΔF、P_b、V_b、T和t＝mT_s代入公式：得出Δq^g(m)，其中，P^g[m]为t＝mT_s(m＝1,2,…,M)时刻压力估计值，Δq^g(m)为对应时刻的流量变化估计值；

10)分别获取e(m)＝Δq(m)-Δq^g(m)和其中e(m)，e'(m)分别表示第m个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；并判断是否同时满足|e(m)|＜ε₁和|e'(m)|＜ε₂，其中ε₁,ε₂分别为设定很小的正数，若不满足，则更新m＝m+1；P^g[m]＝P^g[m-1]-e'[m-1]e[m-1]，且重新进行m＞M判定；若满足，则确定流量控制系统的实际压力为压力估计值P^g[m]；

11)获取经过点r(Q，P)的泵M_j的Q-H扬程特性曲线j＝1，2，3；

12)获取泵M_j的Q-H扬程特性曲线对应的频率F_j；

13)并获得泵M_j的Q-H扬程特性曲线与相似抛物线的交点a_j和b_j，j＝1，2，3；

14)获取满足条件的泵M_j的高效运行性能参数ψ_j，其中ψ_j为非负数，且ψ_j为交点a_j、b_j和经过点r(Q，P)与对应高效区间A_jB_jC_jD_j的函数；

15)获取ψ_i＝max{ψ₁,ψ₂,ψ₃}对应的i，i＝1，2，3；且流量控制系统的控制器将对应的开关S_i(t)＝1，S_u＝0，u＝1,2,3∩u≠i；

16)更新k＝k+1；进行下一次采样，并标记输出流量值和变频器输出频率的采样值为q(k)和f(k)，重复以上步骤。