[发明专利]一种溴化锂吸收式制冷机的自抗扰前馈控制方法

摘要

一种溴化锂吸收式制冷机的自抗扰前馈控制方法，该方法采用开环阶跃辨识获得吸收式制冷机的对象传递函数，以及来自热源水入口温度、冷却水入口温度、冷媒水入口温度的扰动传递函数；该控制方法以冷媒水出口温度为被控量，以热源水流量为控制量，设计自抗扰控制算法，以提出的定量参数整定公式整定自抗扰控制的参数；在自抗扰控制输出部分减去所有前馈传递函数的输出，其中前馈传递函数是扰动传递函数分别除以对象传递函数，前馈传递函数可以简化成零频率增益。本发明有效降低了控制方法实施的复杂性，并减少了参数整定的工作量；同时抑制多种可测量扰动和未知扰动，提高了冷媒水出口温度对扰动抑制速度，减小了冷媒水出口温度波动范围。

主权项

1.一种溴化锂吸收式制冷机的自抗扰前馈控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)确定对象传递函数及三个扰动传递函数：采用开环阶跃辨识方法获得溴化锂吸收式制冷机的对象传递函数，以及热源水、冷却水和冷媒水扰动传递函数；在吸收式制冷机处于稳态时，使控制量热源水流量在5％～10％小范围内阶跃变化，记录冷媒水出口温度变化曲线，采用最小二乘方法辨识得到对象的传递函数G_p(s)，辨识得对象传函数形式为：式中，K,T,n分别是对象传递函数G_p(s)的增益、时间常数和阶次，s是拉普拉斯算子；同样地，在吸收式制冷机处于稳态时，分别使热源水入口温度、冷却水入口温度和冷媒水入口温度在5％～10％范围内阶跃变化，分别记录冷媒水出口温度的变化曲线，采用最小二乘方法辨识得三个不同扰动源的扰动传递函数，分别记为D₁(s)，D₂(s)和D₃(s)；扰动传递函数形式如下：式中，D₁(s)为热源水扰动传递函数；D₂(s)冷却水扰动传递函数；D₃(s)冷媒水扰动传递函数；s是拉普拉斯算子，K₁,T₁,m₁分别是热源水扰动传递函数D₁(s)的增益、时间常数和阶次；K₂,T₂,m₂分别是冷却水扰动传递函数D₂(s)的增益、时间常数和阶次；K₃,T₃,m₃分别是冷媒水扰动传递函数D₃(s)的增益、时间常数和阶次；2)设计自抗扰反馈与扰动前馈相结合的控制方法进行控制：该控制方法包括自抗扰反馈控制、前馈控制和总控制量结合，该控制方法以冷媒水出口温度测量值y为被控量，热源水流量u为控制输出；自抗扰反馈控制部分：以冷媒水出口温度测量值y和设定值r为输入，采用二阶线性自抗扰算法进行反馈控制；自抗扰反馈控制的输出记为u_a，自抗扰控制算法的计算步序用k表示，计算步长用h表示；将当前计算步序k的冷媒水出口温度测量值y(k)和自抗扰算法输出值u_a(k)，输入扩张状态观测器中，计算出下一个计算步序测量值、测量值导数和总和扰动的观测值，分别是z₁(k+1)，z₂(k+1)和z₃(k+1)，其计算表达式为：式中，β₁，β₂，β₃和b₀是自抗扰算法中扩张状态观测器的参数；输入下一个计算步序k+1的冷媒水出口温度设定值r(k+1)，得到下一个计算时序的自抗扰算法控制量输出值u_a(k+1)，其数学表达式为：式中，k_p和k_d是自抗扰算法中的反馈增益参数；前馈控制部分：分别以热源水入口温度扰动d₁、冷却水入口温度d₂和冷媒水入口温度d₃为三个前馈传递函数的输入，三个前馈传递函数的输出分别记为u_d1，u_d2和u_d3；三个前馈传递函数为热源水前馈传递函数F₁(s)，冷却水前馈传递函数F₂(s)和冷媒水前馈传递函数F₃(s)，通过扰动传递函数D₁(s)、D₂(s)和D₃(s)分别除以对象传递函数G_p(s)获得；总控制量结合部分：对于下一时刻k+1，将自抗扰控制算法的输出u_a(k+1)，分别减去前馈传递函数的控制量输出u_d1(k+1)，u_d2(k+1)和u_d3(k+1)，获得当前时刻热源水流量的控制量u(k+1)，其计算表达式为：u(k+1)＝u_a(k+1)‑[u_d1(k+1)+u_d2(k+1)+u_d2(k+1)]3)对自抗扰控制参数进行整定：根据2)中所述的自抗扰反馈控制，确定需要调整的控制参数有六个，采用以下定量化自抗扰控制参数进行整定：上述整定公式中n，T，K分别为辨识得对象传递函数G_p(s)中的参数；ω_c和ω_o是参数整定公式计算的中间量；k是参数整定公式中唯一需要调整确定的整定参数，其取值范围为2.5～4；4)对前馈传递函数F₁(s)、F₂(s)和F₃(s)进行简化：当对象传递函数的阶次n大于扰动传递函数的阶次m₁、m₂和m₃时，出现前馈传递函数F₁(s)、F₂(s)和F₃(s)分子阶次大于分母阶次的情况；此时，采用零频率s＝0增益来简化前馈传递函数的方法，其数学表达式为：