[发明专利]分工况PID+自适应前馈补偿的相变电蓄热供暖系统及方法

权利要求书

1.一种分工况PID+自适应前馈补偿相变电蓄热供暖系统控制方法，其特征在于：所述方法利用如下系统实施：

该系统包括风循环系统和水循环系统，所述水循环系统与风循环系统通过换热器进行换热，输出供暖热水；所述风循环系统包括变频风机(1)、下风道(3)、相变蓄热炉(4)和上风道(5)；

水循环系统包括换热器(6)和供暖管线(7)；

变频风机(1)通过下风道(3)连接至相变蓄热炉(4)，相变蓄热炉(4)通过上风道(5)连接至换热器(6)，上风道(5)与换热器(6)入口端相连，换热器(6)连接供暖管线(7)和变频风机(1)；

所述相变电蓄热供暖系统还包括上位机、控制器(8)、执行器(2)、温度检测装置(9)；换热器(6)和相变蓄热炉(4)分别接有温度检测装置(9)，温度检测装置(9)与控制器和上位机相连；控制器(8)与换热器(6)和执行器(2)相连，执行器(2)与变频风机(1)相连；

所述控制方法包括以下几个步骤：

S1：根据天气预报确定合适的供暖出水温度T_r(t)作为控制目标；

S2：采集供暖系统的出水温度T(t)，同时检测相变电蓄热供暖系统处于何种工况，根据相变电蓄热供暖系统所处工况，选择对应的PID控制器，得到PID控制器输出的控制量u₁(t)；

S3：上位机基于采集风速u(t)、相变蓄热炉炉温T_l(t)和供暖出水口温度T(t)，实时自适应调整前馈补偿控制单元模型G_ff(z^-1)的参数；

S4：用采集的相变电蓄热炉炉温T_l(t)，作为可测干扰输入到前馈补偿单元，由前馈补偿控制单元产生前馈补偿控制量u₂(t)＝G_ff(z^-1)T₁(t)；

S5：将前馈与反馈两部分得到的控制量求和，得到系统总的控制量u(t)＝u₁(t)+u₂(t)，并以此控制量来控制变频风机；

步骤S2分工况选择PID控制器，根据系统存在的谷电加热又放热供暖和谷峰、谷平时间段单纯放热供暖两种不同的工况，分别设计两个PID控制器：PID1和PID2，对应的PID参数分别为K_P1,K_I1,K_D1和K_P2,K_I2,K_D2；设计好两个PID控制器参数后，分工况PID控制器的实现步骤如下：

S21:采样供暖出水温度T(t)，计算供水温度误差e(t)＝T_r(t)-T(t)；

S22:实时检测储热炉是否进行加热来进行工况判断，选择对应的PID控制器，加热时选择PID1，不加热时选择PID2；

S23:按选择的PID控制器，两种工况下的PID控制器的输出分别为：

2.根据权利要求1所述的分工况PID+自适应前馈补偿相变电蓄热供暖系统控制方法，其特征在于，步骤S3自适应调整前馈控制器参数，按如下方法实现：

S31:前馈控制模型的确定，设以风机风速u(t)为输入，供暖出水口温度T(t)为输出的系统模型为G_o(z^-1)，以扰动相变蓄热炉炉温T_l(t)为输入，供暖出水口温度T(t)为输出的扰动模型为G_d(z^-1)，当系统只有扰动相变蓄热炉炉温T_l(t)输入时，产生的温度输出为：

T(t)＝G_o(z^-1)G_ff(z^-1)T₁(t)+G_d(z^-1)T₁(t)

当储热炉温度变化时，产生的温度输出为零，即达到储热炉温度扰动对系统输出没有影响，此时

T(t)＝G_ff(z^-1)G_o(z^-1)T₁(t)+G_d(z^-1)T₁(t)＝0

由此可得前馈控制的模型为：

S32：储热供暖系统最小二乘辨识模型的建立，设系统模型G_o(z^-1)和扰动模型G_d(z^-1)分别为：

根据系统模型G_o(z^-1)和扰动模型G_d(z^-1)，则供暖出水口温度T(t)为

式中

ξ(t)为白噪声；

n_a、n_b、n_c为蓄热供暖系统模型A(z^-1)、B(z^-1)、C(z^-1)的阶次；

d为延迟步数；

选择采样周期T_s，则t＝kT_s，根据供暖出水口温度T(t)表达式，可以建立系统模型和扰动模型的最小二乘表达式

省略T_s，可表示为

式中：

θ(k)为

S33：确定相变蓄热供暖系统模型A(z^-1)、B(z^-1)、C(z^-1)的阶次n_a、n_b、n_c和延迟步数d；

S34：基于建立的包括系统模型和扰动模型的最小二乘表达式，初始化估计参数向量的初值和数据向量的初值P(0)，P(0)＝10⁶I，I为单位矩阵；

S35：采样当前供暖出水温度T(k)、相变蓄热炉炉温T_l(t)和风机风速u(k)；

S36：更新数据向量

S37：利用下式计算K(k)、和P(k)；

S38：k→k+1，返回S35循环；

S39：循环次数到时结束循环，得到以风机风速u(t)为输入，供暖出水口温度T(t)为输出的系统模型G_o(z^-1)，以扰动相变蓄热炉炉温T_l(t)为输入，供暖出水口温度T(t)为输出的扰动模型G_d(z^-1)；

S310：利用辨识输出的系统模型G_o(z^-1)和扰动模型G_d(z^-1)，实时自适应调整前馈控制器模型