[发明专利]一种流量控制系统及高效控制策略

摘要

本发明提供一种流量控制系统及高效控制策略。包括：首先得到对应的流量变化值Δq(t)与相对稳态压力值P的关系式，进而获取流量控制系统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，及该扬程曲线与对应的高效区间边界的交点；最后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高效控制策略，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为气压罐额定温度，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流量值和变频器输出频率进行采样，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控制算法中的比例系数、积分系数和微分系数，并更新变量e(k‑2)＝e(k‑1)，e(k‑1)＝e(k)，f(k‑1)＝f(k)，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)判断流量控制系统是否处于相对稳定状态，获取流量值数组{q(i)}的平均值在确定流量控制器系统处于相对稳定状态时，则判断是否成立，其中θ为设定正值，6)若不成立，则确定当前工作的泵M_j(j＝1，2，3)最大扬程太小，不能满足输出流量要求，此时令控制开关S_j＝0，即控制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，并更新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)；重复上述步骤；7)若成立，则确定当前的泵M_j(j＝1，2，3)能满足流量控制要求，获取变频器输出频率的平均值8)并以此时刻标记为t＝0，给输出频率一个扰动量ΔF，f(mTs)＝F+ΔF；9)判断m＞M是否成立，若成立，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)；重复上述步骤；若不成立，则在t＝mTs时刻，采样流量值q(m)，得到Δq(m)＝q(m)‑Q；10)并判断是否成立，α为任意设定值，若不成立，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)；重复上述步骤；若成立，将压力估计值P^g[m]及进出液体流量Q、变频器输出频率F、频率扰动增量ΔF、气压罐气室额定压力P_b、气压罐气室额定体积V_b、环境温度T和时间变量t＝mT_s代入步骤一中建立的关系式：求解得出Δq^g(m)；11)将Δq(m)作为参考序列，Δq^g(m)作为比较序列，计算误差序列Δ₀(m)＝|Δq(m)‑Δq^g(m)|，求解Δq(m)、Δq^g(m)的相关系数ξ(m)：其中P^g[m]为t＝mT_s时刻的压力估计值，Δq^g(m)为对应时刻流量变化量估计值；其中m＝1,2,…,M，T_d为预先定义的观测时间长度；令P^g[1]＝P₁^g，其中P₁^g为任意设定的压力估计值的初始值；当m＝1时，第二级最小差Δ(min)＝0，第二级最大差Δ(max)＝1，分辨系数γ＝0.5；12)判断ξ(m)＞＝0.97是否成立，其中ξ(m)是相关系数，即实际流量变化值Δq(m)和估计流量变化值Δqg(m)的接近程度；若ξ(m)＞＝0.97不成立，则更新变量：m＝m+1；并重新进行m＞M判定；若ξ(m)＞＝0.97成立，则确定估计值P^g[m]为流量控制系统的实际压力值P＝P^g[m]；13)依据点r(Q，P)和调速泵其扬程特性具有平移的特点，得出经过点r(Q，P)的泵M_j的Q‑H扬程特性曲线14)获取扬程特性曲线对应的频率F_j；15)获取扬程特性曲线与相似抛物线的交点a_j和b_j，j＝1，2，3；16)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为参数a_j、b_j和r(Q，P)与对应高效区间A_jB_jC_jD_j的函数；17)获取ψi＝max{ψ1,ψ2,ψ3}对应的i，i＝1、2、3，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，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。