[发明专利]一种基于电磁阀组合的降温风洞温度控制方法

摘要

一种基于电磁阀组合的降温风洞温度控制方法，由降温控制系统通过挤推喷射液氮的方式实施降温，基于控制集液环上电磁阀的开关组合实现喷射流量的控制，进而实现温度精确控制。集液环上安装液氮喷射电磁阀和喷嘴，同时用于液氮填充，集液环上电磁阀组分为上游电磁阀组和下游电磁阀组。上游电磁阀组位于压缩机和换热器之间，并距离压缩机末端约2米位置，下游电磁阀组距离压缩机末端约4米位置。喷嘴安装于电磁阀末端，通过控制电磁阀开关实现喷嘴对应流量的液氮喷射。本发明通过控制电磁阀开启组合，进而控制喷注制冷剂的流量和喷射位置，实现了风洞的降温控制，具有控制精度高、温度均匀性好和控制简单，可操作性好的特点。

主权项

1.一种基于电磁阀组合的降温风洞温度控制方法，其特征在于，具体过程是：/n步骤1，降温控制准备：/nⅠ确定降温控制系统控制需求；获取降温控制系统的温度目标Ts和控制精度Ta；/nⅡ获取需实施控制的不同流量类型的电磁阀数量和流量；/n根据各电磁阀的流量分组，将流量相同的电磁阀分为一组，并分别以L_组标记，其中的L为电磁阀流量；各组中电磁阀的数量为N_组；下标的“组”为根据流量的分组，以ABCD……标记；所述的分组中，L_A＜L_B＜L_C＜L_D……；/nⅢ获取电磁阀流量和PID控制器输出的对应关系；将所有参与喷射控制的电磁阀的流量求和，得到所有电磁阀全开时的最大流量L_T＝L_A×N_A+L_B×N_B+L_C×N_C+L_D×N_D，单位为kg/s；PID输出值为0～100.0，将PID输出等同为降温电磁阀的喷射流量输出，而电磁阀的喷射流量范围为0kg/s～L_Tkg/s，进而得到单位PID输出值对应的喷射流量L_E＝L_T/100.0，单位为kg/s；所述的PID控制器为比例Proportion-积分Integral-微分Derivative控制器，L_T为所有电磁阀全开时的最大流量，L_E为每一个PID单位下对应喷射流量；/nⅣ确定电磁阀和控制算法中数组元素的对应关系；将每个电磁阀看做一个数组元素，按照控制需求进行数组分组和排序；为保证降温均匀性，分组排序时需参照电磁阀实际布局位置，尽量按照位置对称的方式进行排序，以保证程序控制时，先后开启的两个电磁阀在空间位置上对称，按照上述要求，将电磁阀按照流量从小到大和各电磁阀的安装位置分为多个数组，标记为arr_i,i＝1,2,3,4……；各数组中，存放同流量的电磁阀元素；所述的各数组分别与各L_组对应；每个数组中的各电磁阀元素分别与每个L_组中的电磁阀对应；/nⅤ液氮加注、液氮输送管路的清洗与填充；在实施降温自动控制前需将液氮填充入液氮储罐；同时需完成液氮输送管路的清洗、预冷和持续填充工作，以保证电磁阀开启后液氮流量达到实际电磁阀设计要求；所述的清洗是指对液氮输送管路的杂质进行清洗，通过开启液氮储罐出口DN25阀实施，液氮储罐内液氮带动液氮输送管路中的杂质经放空阀排出，清洗1～2分钟，然后关闭DN25阀；所述的填充是指向液氮输送管路阀填充液氮，通过开启液氮储罐出口DN40阀实施，至液氮输送管路末端集液环监测到液氮填满为止，然后关闭DN40阀；试验中的持续填充通过开启液氮储罐出口DN125阀实施，以保证液氮喷射流量；液氮储罐出口三个阀门并联连接；/n步骤2，降温自动控制：具体过程是：/nⅠ检测启动指令；系统自检，当系统无故障时，检测风洞主控计算机远程指令，当检测到“试验开始”和“目标温度”，且目标温度值有效时，启动电磁阀，开始组合控制；/nⅡ根据误差和误差变化量分段调整PID控制参数；/n设定前一个控制周期误差T_E0；所设定的前一个控制周期误差T_E0仅用于首次计算误差变化量，后续的前一控制周期误差T_E0由当前误差赋值得到；/n获取安装于稳定段的温度测点的当前时刻温度Tr、目标温度Ts，并将当前时刻温度Tr与目标温度Ts的差值T_E1＝Tr-Ts，T_E1作为当前误差；/n计算当前误差T_E1与前一个控制周期误差T_E0的差值T_E＝T_E1-T_E0，T_E作为误差变化量；当前时刻的当前误差T_E1在下一控制周期内即变成了T_E0，用于循环计算误差变化量；根据得到的误差和误差变化量分段调整PID控制参数：/n根据T_E1大小进行电磁阀开闭环组合控制，共分成5个误差区间，误差区间1～误差区间5互相排斥；/n所述的电磁阀元素值置为1即代表电磁阀开，置为0即代表电磁阀关；/n采用PID控制器中的PI控制；PI控制器输出值为Uu，在误差区间3的基础上，根据误差和误差变化量分段调整比例系数K_P和积分系数K_i；共分成6段，且各段相互排斥；/n所述的Tr为当前温度,Ts为目标温度,T_E1为当前误差值,T_E0为前一控制周期误差值,T_E为误差变化量，Uu为控制器输出值；/nⅢ根据PI输出值Uu的范围将控制程序输出和电磁阀开关进行对应；/n当PI输出值Uu大于等于0.0且小于等于(L_A×N_A)×100/L_T，通过公式获取当前开启A组电磁阀的数量f_A(N),判断f_A(N)和N_A大小，当f_A(N)≥N_A，arr₁数组全部置1，当f_A(N)<N_A，将arr₁数组中元素序号小于f_A(N)的全部置1，其余置0；同时将其它不参与控制的数组中的元素全部置0；/n当PID输出Uu大于(L_A×N_A)×100/L_T且小于等于(L_A×N_A+L_B×N_B)×100/L_T，首先通过公式获取当前开启B组电磁阀的数量f_B(N),判断f_B(N)和N_B大小，当f_B(N)≥N_B，arr₂数组全部置1，当f_B(N)<N_B，将arr₂数组中元素序号小于f_B(N)的全部置1，其余置0；然后通过公式获取当前需开启A组电磁阀的数量f_A(N),判断f_A(N)和N_A大小，当f_A(N)≥N_A，arr₁数组全部置1，当f_A(N)<N_A,将arr₁数组中元素序号小于f_A(N)的全部置1，其余置0；同时将其它不参与控制的数组中的元素全部置0；/n当PID输出Uu大于(L_A×N_A+L_B×N_B)×100/L_T且小于等于(L_A×N_A+L_B×N_B+L_C×N_C)×100/L_T，首先通过公式获取当前开启C组电磁阀的数量f_C(N),判断f_C(N)和N_C大小，当f_C(N)≥N_C，arr₃数组全部置1，当f_C(N)<N_C，将arr₃数组中元素序号小于f_C(N)的全部置1，其余置0；然后通过公式获取当前需开启B组电磁阀的数量f_B(N),判断f_B(N)和N_B大小，当f_B(N)≥N_B，arr₂数组全部置1，当f_B(N)<N_B,将arr₂数组中元素序号小于f_B(N)的全部置1，其余置0；然后通过公式获取当前开启A组电磁阀的数量f_A(N),判断f_A(N)和N_A大小，当f_A(N)≥N_A，arr₁数组全部置1，当f_A(N)<N_A,将arr₁数组中元素序号小于f_A(N)的全部置1，其余置0；同时将其它不参与控制的数组中的元素全部置0；/n当PID输出Uu大于(L_A×N_A+L_B×N_B+L_C×N_C)×100/L_T且小于等于100.0，首先通过公式获取当前开启D组 电磁阀的数量f_D(N)，判断f_D(N)和N_D大小，当f_D(N)≥N_D，arr₄数组全部置1，当f_D(N)<N_D,将arr₄数组中元素序号小于f_D(N) 的全部置1，其余置0；然后通过公式获取当前需开启C组电磁阀的数量f_C(N),判断f_C(N)和N_C大小，当f_C(N)≥N_C,arr₃数组全部置1，当f_C(N)<N_C,将arr₃数组中元素序号小于f_C(N)的全部置1，其余置0；然后通过公式获取当前需开启B组电磁阀的数量f_B(N),判断f_B(N)和N_B大小，当f_B(N)≥N_B，arr₂数组全部置1，当f_B(N)<N_B，将arr₂数组中元素序号小于f_B(N)的全部置1，其余置0；最后通过公式获取当前需开启A组电磁阀的数量f_A(N),判断f_A(N)和N_A大小，当f_A(N)≥N_A，arr₁数组全部置1，当f_A(N)<N_A,将arr₁数组中元素序号小于f_A(N)的全部置1，其余置0；/n所述f_A(N)～f_D(N)为需开启的各组电磁阀数量的函数，int()为数学上的取整函数；Round()为四舍五入并取整函数；/nⅣ风洞主控计算机调度下的降温控制；风洞降温运行过程中，风洞主控计算机实时对风洞总压、总温、马赫数流场参数进行检测、计算，并协调相应的控制系统对流场参数进行控制调整；降温过程中降温控制系统实时接收风洞主控计算机发送的调度指令，当检测到“暂停”指令时，保持电磁阀开关组合不变，由风洞主控计算机协调其它控制系统进行其它流场参数控制；待接收到主控计算机“继续”指令时，继续按照步骤2进行温度的闭环控制；/n至此，完成了第一个循环周期的降温自动控制过程；/n循环所述检测启动指令、根据误差和误差变化量分段调整PID控制参数、根据PI输出值Uu的范围将控制程序输出和电磁阀开关进行对应、风洞主控计算机调度下的降温控制的过程，进行第二个循环周期的降温自动控制的过程，直至检测到试验结束指令，停止降温自动控制的过程；/nⅤ数据采集；比较连续5个控制周期内获取的温度偏差T_E1，当偏差均在误差要求范围，即|T_E1|≤|Ta|时，开始数据采集；/nⅥ安全联锁保护；在实施步骤1和步骤2的过程中需要实时对影响设备运行安全的信号进行监控，包括稳定段总温、液氮喷注段洞壁温度、电磁阀喷前压力、压缩机轴温、氧含量、控制系统运行状态、急停、网络通信状态，当监控到上述信号异常时，结合现场运行工况判断其安全风险，由指挥长确定是否停止降温试验，并将所有喷射电磁阀关闭。/n