[发明专利]一种流量控制系统及优化控制方法

摘要

本发明提供一种流量控制系统及优化控制方法。首先得到对应的Δq(t)与P的关系式，通过采样周期实测Δq(m)与Δqg(m)的误差及误差导数进行迭代计算，获得任意相对稳态时刻的压力值P；其次得到经过Q‑H平面上点(Q,P)每台泵的扬程特性曲线交点；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。

主权项

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Ts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＝kTs时刻变频器的输出频率值f(k)＝f(k‑1)+Kp[e(k)‑e(k‑1)]+Kie(k)+Kd[e(k)‑2e(k‑1)+e(k‑2)]；其中，e(k‑1)、f(k‑1)分别为t＝(k‑1)Ts时刻的流量误差和变频器的输出频率；e(k‑2)为t＝(k‑2)Ts时刻的流量误差；Kp、Ki和Kd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)＝Qset‑q(k)；其中，e(i)|i＜＝0＝0；Qset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(mTs)＝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ψi＝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Si(t)＝1，Su＝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。