[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

说明书

本发明公开了一种跨临界二氧化碳系统的水路模糊PID控制方法，包括步骤如下：第一步，确定变量及其论域；第二步，对变量进行模糊化处理，建立隶属度函数；第三步，建立模糊推理规则表；第四步，模糊推理和解模糊；第五步，根据跨临界CO₂热泵系统的运行工况，修正计算结果；第六步，将最终输出结果代入PID控制中，执行控制。本发明可以在线修改PID的调节控制参数k_P、k_I、k_D，具有控制精度高、控制稳定性强、控制效率高、控制可靠性强的优点，比普通的PID控制方法，更适合跨临界CO₂热泵系统换热延迟、动态变化的控制需求。针对性的控制策略可以保证在机组运行的极端工况下控制的稳定和安全。

技术领域

本发明属于热泵技术领域，特别涉及一种跨临界二氧化碳系统的水路模糊PID控制方法。

背景技术

近年来，随着温室效应的不断加剧，研究机构和政府部门越来越关注环境友好性良好的制冷剂。自然工质制冷剂因此受到越来越多的关注，CO₂作为自然工质臭氧层破坏潜能值ODP为0，全球变暖潜力指数GWP为1，具有优越的环境友好性能。早在19世纪80年代，CO₂就被引入制冷空调领域，CO₂作为天然存在的无机化合物，具有良好的安全性和化学稳定性，安全无毒，不可燃，常温常压下为气态(无相变爆炸风险)，不管是生产、运输还是使用，均对环境无污染。同时CO₂的单位容积制冷量是传统制冷剂的3～5倍，这意味着提供相同热泵能力所需要的压缩机排量更小，机组充注量更少，缩小了机组体积。同时CO₂绝热指数较高，跨临界制冷循环的压缩比较小，压缩机效率高。前国际制冷学会主席G.Lorentzen提出了标准跨临界CO₂循环系统，CO₂在制冷学科中再次回归到主流的研究中来。

现代家庭为满足热水需求所消耗的能源已达到生活总能源消耗量的20％～30％，传统的生活热水制取方式包括燃烧热能(化石燃料、生物燃料)直接加热、电热转换、太阳能集热等方式。这些传统的热水制取方式不仅能源利用率低而且会造成一定程度上的环境污染。采用跨临界CO₂热泵技术，可以直接一次性提供高于65℃以上的热水。同时，还可以利用废热供应热源，大量节约一次能源消耗，减少环境污染指标。利用跨临界CO₂热泵提供65℃的热水，全年系统可以节约至少64％能源消耗。因此，无论是在民用还是在商用领域，跨临界CO₂热泵系统均具有其他制热方式所不能够比拟的节能和环保优势。

在跨临界CO₂热泵热水器中，水路系统是整个机组中非常重要的一部分，其不仅和机组的生产热水需求有关，同时也影响着系统的正常工作。跨临界CO₂热泵系统的水路一般由管路，水泵，水路电磁阀，流量调节阀(或变频器)，靶流开关等部件组成，其中流量调节阀是水路系统中起到控制水流量的关键部件。因为跨临界CO₂热泵系统有别于传统热泵系统的超临界区放热温度滑移现象，其出水温度范围较传统热泵热水器大大增加，可以实现55℃～90℃的大范围出水，因此可以实现对目标出水温度的选择，这就对水路控制提出了要求。而且，由于水路的流速、流量直接影响系统的气体冷却器侧的换热情况，进一步将影响系统的排气压力，如若水路控制不佳，将会导致系统高压侧压力波动剧烈，排气压力过高等安全隐患，这就对水路控制的速度和稳定性也提出了要求。

由上述可见，针对跨临界CO₂热泵系统中的水路控制，提出精度高、稳定性好、效率高、可靠性强的控制方法，对其高效安全运行具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种跨临界二氧化碳系统的水路模糊PID控制方法，以解决现有跨临界二氧化碳热泵系统控制中存在的问题；本发明能有效地控制跨临界二氧化碳热泵系统的水路流量，出水温度范围大且能够实现精度高、稳定性好、效率高、可靠性强的水路控制。