[发明专利]一种基于牛顿法的小流量在线检测方法

摘要

本发明提供了一种基于牛顿法的小流量在线检测方法，包括建立流量、频率扰动量和水压变化量之间的数学模型及约束条件，形成适于小流量在线检测需要的数学模型；在稳态工况下进行频率小信号扰动，设定流量估计值的初始值，根据流量数学模型计算系统流量值。本发明的优点在于无需流量检测装置及水泵电机结构参数，在线检测系统是否处于小流量工况运行。本方法检测速度快，可靠性高，实用性强，可有效保护电机和变频器小流量工况下低频运行引起的效率低下故障，提高系统的寿命和可靠性，为水泵电机安全、高效运行提供可靠保证。

主权项

一种基于牛顿法的小流量在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以采样周期Ts为间隔对供水系统管网的水压值和变频器输出频率进行采样，将第一次采样值标记为p(1)和f(1)；当前采样次数为k，令k＝1；(2)建立由M个元素构成的水压值数组{p(i)}，以及变频器输出频率数组{f(i)}，其中i＝{k‑M+1,k‑M+2,...k}，M为预先设定的大于1的正整数，k为当前采样次数；p(i)|i＜＝0＝0，f(i)|i＜＝0＝0；(3)判断供水系统是否处于稳定状态；如果是，进入步骤(4)；否则，供水系统处于不稳定状态，则转入步骤(11)；所述稳定状态的定义为：计算数组{p(i)}的标准差以及数组{f(i)}的标准差判断是否同时满足：σp＜εp和σf＜εf，其中：εp和εf为预先设定的正值；若满足，则认为供水系统处于稳定状态，否则，认为供水系统处于不稳定状态；(4)求解水压值的平均值以及变频器输出频率的平均值(5)标记当前时刻为t＝0时刻，给变频器输出频率一个固定的任意扰动ΔF；(6)定义Qg[m]为t＝mTs时刻的流量估计值，Δpg(m)为对应的水压扰动量估计值；其中m＝1,2,…,N，Td为预先定义的观测时间长度；令m＝1，e(0)＝0，e′(0)＝0，其中为任意设定的流量估计值的初始值；e(0)为e(m)的初始值；e′(0)为e′(m)的初始值；(7)判断mTs＞Td是否成立，如果成立，则转入步骤(11)；否则，计算(8)判断是否成立，如果不成立，则转入步骤(11)；否则，将流量估计值Qg[m]及t＝mTs、ΔF、Pb、Vb、Tb和T代入公式求解得出Δpg(m)；其中，Pb为供水系统气压罐额定压力值,Vb为供水系统气压罐气室额定体积,Tb为供水系统气压罐额定温度；T为环境温度；(9)分别求出e(m)＝Δp(m)‑Δpg(m)和判断是否同时满足|e(m)|＜ε1和|e'(m)|＜ε2；其中ε1和ε2分别为预先设定的正数；如果是，则进入步骤(10)；否则，更新变量和估计值，令m＝m+1；令Qg[m]＝Qg[m‑1]‑e'(m‑1)e(m‑1)，返回步骤(7)；(10)判断是否成立；其中，为预先设定的小流量运行状态对应的最大流量值；如果成立，则Qg[m]就是系统流量值，退出；否则，进入步骤(11)；(11)令k＝k+1；在本次采样周期结束后，进行下一次采样，并标记水压值和变频器输出频率的采样值为p(k)和f(k)；返回步骤(2)。