[发明专利]一种跨临界二氧化碳系统的水路模糊PID控制方法

权利要求书

1.一种跨临界二氧化碳系统的水路模糊PID控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，确定变量及其论域：在PID控制器中，输入参数为气体冷却器出水温度T_w,out与设定出水温度T_w,o的差值ΔT，以及其随时间的变化率dΔT/dt；输出变量为PID参数的修正值Δk_p，Δk_I，Δk_D；在确定变量后，给定变量的论域；

第二步，对第一步确定的变量进行模糊化处理：将输入和输出变量的论域定义为七个模糊子集：PB，PM，PS，ZO，NS，NM，NB；建立各个子集的线性隶属度函数；输入变量ΔT和dΔT/dt模糊化为T和TC，输出变量Δk_p，Δk_I，Δk_D模糊化为KP，KI和KD；PB，PM，PS，ZO，NS，NM，NB分别为正大，正中，正小，近零，负小，负中，负大；

第三步，建立模糊推理规则表；

第四步，模糊推理和解模糊：采集气体冷却器出水温度T_w,out，并根据设定出水温度T_w,o计算输入变量ΔT和dΔT/dt，首先根据隶属度函数计算输入变量在各个模糊子集上的隶属度，其次根据模糊推理规则表计算所有模糊规则的隶属度，最后通过加权平均法进行解模糊操作；

第五步，根据跨临界CO₂系统的运行工况，修正计算结果：采集实时的环境温度T_air，气体冷却器进水温度T_w,in和气体冷却器出水温度T_w,out，对PID控制的增益进行计算修正；

第五步中，建立环境温度T_air，气体冷却器进水温度T_w,in和气体冷却器出水温度T_w,out与水流量之间的关系式，如下：

式中，q为水流量的计算值，单位m³/h；q_max为跨临界CO₂热泵系统机组的最大水流量，单位m³/h；

基于水流量计算值，对k_p进行修正，从而减少超调，修正后增益的计算式如下，其中x＝q/q_max：

式中，k_p(k)为最终得到的第k个采样时间的增益值，k_p0为经典PID控制器的初始增益值，Δk_p(k)为模糊控制器输出的增益修正值；

第六步，将最终输出结果代入PID控制中，通过PID控制器控制跨临界CO₂系统机组中水路流量调节阀的开度。

2.根据权利要求1所述的一种跨临界二氧化碳系统的水路模糊PID控制方法，特征在于，第一步中输入参数ΔT的论域为[-10,10]，dΔT/dt的论域为[-5,5]，当ΔT小于-10时取为-10，当ΔT大于10时取为10，当dΔT/dt小于-5时取为-5，当dΔT/dt大于5时取为5；在模糊PID控制器中，第k个采样时间的PID参数分别为:k_p(k)＝k_p0+Δk_p(k)，k_I(k)＝k_I0+Δk_I(k)，k_D(k)＝k_D0+Δk_D(k)；式中，k_p0，k_I0，k_D0分别为经典PID控制器的初始参数；模糊PID控制器的输出变量为Δk_p，Δk_I，Δk_D；它们的论域分别为：Δk_p为[-10,10]、Δk_I为[-10，10]、Δk_D为[-5，5]。

3.根据权利要求1所述的一种跨临界二氧化碳系统的水路模糊PID控制方法，特征在于，第三步中所述模糊推理规则表为：