一种基于模糊pid原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法
【专利摘要】本发明提供一种基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，可实现对节流阀的自动控制，既保证了对非线性、参数时变的制冷系统的动态适应能力，使得受控系统平稳运转；又能够自适应地维持制冷系统始终处于较高的制冷效率，降低系统能耗，有效实现节能。
【专利说明】一种基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于制冷控制领域，特别涉及一种基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀 自动控制方法。
【背景技术】
[0002] 制冷系统广泛应用于冷库、工业制冷、空调、冰箱等多个领域，目前大型的制冷系 统多是以氨为制冷剂的氨制冷机组，其主要包括冷凝器、储液罐、蒸发器、氨分罐和压缩机 等几个部分，其中储液罐内的高压液氨通过节流阀减压后输送至氨分罐，并在重力或氨泵 的作用下进入两端与氨分罐连通的蒸发器吸热气化，然后再返回氨分罐进行气液分离，再 由压缩机将氨气抽吸压缩送入冷凝器冷凝液化后回到储液罐，从而完成制冷循环。这其中， 节流阀控制着冷凝回路向蒸发回路供给的制冷剂的量，其开度对整个循环的稳定性具有至 关重要的影响。然而，由于节流阀的开度与其流量间的关系非常复杂，且受压力、温度、个体 差异等多方面因素的影响，因而长期以来，一直未有很好的办法对节流阀的开度进行自动 调节，从而严重影响了对氨制冷机组的自动控制。目前，供液的传统控制方法是将节流阀预 置一个相对较大的开度，并在节流阀至氨分罐的通路中串接电磁阀，由加装于氨分罐侧壁 上的浮球阀控制电磁阀的启闭，从而实现对前述制冷循环供液量的控制。由于该方法对供 液的控制不连续，导致在电磁阀开启和关闭的过程中氨分罐内的压力产生振荡；并且由于 浮球阀的安装位置限定了供液高度的控制范围，无法针对系统的热载荷、制冷剂的量等因 素进行调节；此外由于浮球阀的行程较大，还导致氨分罐内的液位大幅波动，系统工作不平 稳，这些都对系统的制冷效率造成负面影响，从而造成能源的浪费。
[0003] 因此，亟需提供一种可以避免上述传统控制方法缺点的制冷系统供液控制方法。 具体是，通过对节流阀开度的自动调节实现对制冷系统供液量的连续平稳控制，并可根据 系统热载荷及制冷剂量的具体情况自动调节稳定供液量。
【发明内容】
[0004] 为解决上述问题，本发明提供一种基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控 制方法，包括以下步骤：
[0005] 预先设定一氨分罐初始目标液位GL0 ;
[0006] 设定系统目标过热度SHg，根据所述系统目标过热度过热度SHg和测得的系统当前 过热度SH i计算出系统过热度的偏差S扎及系统过热度偏差的变化率SHe。，将所述系统过热 度的偏差S扎及系统过热度偏差的变化率SH e。输入至第一模糊控制器，利用第一隶属度函 数进行模糊化处理，并查询第一模糊规则得到模糊结果，并通过第一解模糊步骤得到氨分 罐目标液位的调节量△ GL，从而得到更新的氨分罐目标液位GL ;
[0007] 通过设置在氨分液罐上的液位传感器获取氨分罐当前液位Li，根据所述氨分罐当 前液位L i与所述更新的氨分罐目标液位GL计算出氨分罐液位的偏差值Le以及偏差变化率 Le。，并将所述氨分罐液位的偏差值L e以及偏差变化率Le。输入模糊PID控制模块，所述模糊 PID控制模块计算后输出节流阀的开度调节量。
[0008] 优选的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，中，所述 模糊PID控制模块包括：
[0009] 控制参数自整定模块，其包括第二模糊控制器、第三模糊控制器和第四模糊控制 器，分别将氨分罐液位的偏差值Le以及偏差变化率Le。输入所述第二模糊控制器、所述第三 模糊控制器和所述第四模糊控制器，利用第二隶属度函数进行模糊化处理，并分别查询第 二模糊规则、第三模糊规则和第四模糊规则得到模糊结果，并通过第二解模糊步骤分别得 到调节量AK p、AKjP AKd。
[0010] 优选的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，中，所述 模糊PID控制模块还包括PID控制模块，其输入量为所述氨分罐当前液位L i与所述氨分罐 目标液位的偏差值Le，并预先设定Kp(l、K i(l和Kdtl，根据所述调节量AKP、八&和AKd，得到当 前K pi、Kii、Kdi，根据PID原理计算出节流阀的开度调节量。
[0011] 优选的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，中，还包 括节流阀驱动模块，将所述PID控制器模块输出的节流阀的开度调节量转化为节流阀电机 的转动角度，并根据所述转动角度驱动所述节流阀电机转动，完成节流阀开度的调节。
[0012] 优选的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，中，所述 第一隶属度函数为三角函数，所述第一模糊规则表为对称结构，所述第一解模糊步骤采用 重心法。
[0013] 优选的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，中，所述 第二模糊规则、所述第三模糊规则和所述第四模糊规则中K p、Ki、Kd的选取方法如下：
[0014] a?将调节过程分为三个阶段：|Le|彡10% Rc为初期，5 % Rc彡|Le| < 10% Rc为 中期，|L」< 5% R。为末期，其中R。为所述液位传感器的量程；
[0015] b.对于比例系数Kp，初期取相对较大的Kp值以提高响应速度，中期取较小的K p值 以防止超调，末期取较大的Kp值以减小静差；
[0016] c.对于积分系数Ki,初期减弱甚至忽略以防止超调，中期到末期逐步增大K i值以 减小静差；
[0017] d.对于微分系数Kd，初期适当增大Kd值以防止超调，中期到末期逐步减小Kd值， 以加快系统稳定。
[0018] 优选的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，中，所述 第二隶属度函数为Gauss型函数，所述第二解模糊步骤采用重心法。
[0019] 优选的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，中，所述 第一模糊控制器、所述第二模糊控制器、所述第三模糊控制器和所述第四模糊控制器均为 两输入一输出的MISO型模糊控制器。
[0020] 优选的是，所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，中，所述 节流阀的两端还并联一备用节流阀。
[0021] 本发明提供一种基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，可实现对 制冷系统节流阀的自动控制，既保证了对非线性、参数时变的制冷系统的动态适应能力，使 得受控系统平稳运转；又能够自适应地维持制冷系统始终处于较高的制冷效率，降低系统 能耗，有效实现节能。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1为本发明基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法的示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。
[0024] 如图1所示，本发明提供一种基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方 法，包括以下步骤：
[0025] 预先设定一氨分罐初始目标液位GL0 ;
[0026] 设定系统目标过热度SHg，根据所述系统目标过热度5民和测得的系统当前过热 度SHi计算出系统过热度的偏差S凡及系统过热度偏差的变化率SHe。，将所述系统过热度的 偏差S扎及系统过热度偏差的变化率SHe。输入至第一模糊控制器，利用第一隶属度函数进 行模糊化处理，并查询第一模糊规则得到模糊结果（优选的第一模糊规则如表1所示），并 通过第一解模糊步骤得到氨分罐目标液位的调节量△GL，从而得到更新的氨分罐目标液位 GL;通过调节PID控制所需的氨分罐目标液位GL，即调整系统蒸发回路制冷剂的供给量，实 现对系统过热度的动态调节，以保证制冷系统始终处于理想的制冷状态，提高制冷效率，降 低能耗。由于氨分罐的高度以及系统内制冷剂量的双重限制，该过热度自调整模块对氨分 罐目标液位的调整必须严格限定在预设的氨分罐目标液位上限和下限范围内；
[0027] 通过设置在氨分罐上的液位传感器获取氨分罐当前液位Li,根据所述氨分罐当前 液位Li与所述更新的氨分罐目标液位GL计算出氨分罐液位的偏差值Le以及偏差变化率 Le。，并将所述氨分罐液位的偏差值Le以及偏差变化率Le。输入模糊PID控制模块，所述模糊 PID控制模块计算后输出节流阀的开度调节量。
[0028] 表1第一模糊规则表
[0029]
【权利要求】
1. 一种基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，其特征在于，包括以下 步骤： 预先设定一氨分罐初始目标液位GLtl ; 设定系统目标过热度SHg，根据所述系统目标过热度SHg和测得的系统当前过热度SH i 计算出系统过热度的偏差S凡及系统过热度偏差的变化率SHe。，将所述系统过热度的偏差 S扎及系统过热度偏差的变化率SH e。输入至第一模糊控制器，利用第一隶属度函数进行模 糊化处理，并查询第一模糊规则得到模糊结果，并通过第一解模糊步骤得到氨分罐目标液 位的调节量AGL，从而得到更新的氨分罐目标液位GL ; 通过设置在氨分罐上的液位传感器获取氨分罐当前液位Li,根据所述氨分罐当前液位 Li与所述更新的氨分罐目标液位GL计算出氨分罐液位的偏差值Le以及偏差变化率Le。，并 将所述氨分罐液位的偏差值L e以及偏差变化率Le。输入模糊PID控制模块，所述模糊PID控 制模块计算后输出节流阀的开度调节量。
2. 如权利要求1所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，其特征 在于，所述模糊PID控制模块包括： 控制参数自整定模块，其包括第二模糊控制器、第三模糊控制器和第四模糊控制器，分 别将氨分罐液位的偏差值Le以及偏差变化率Le。输入所述第二模糊控制器、所述第三模糊 控制器和所述第四模糊控制器，利用第二隶属度函数进行模糊化处理，并分别查询第二模 糊规则、第三模糊规则、第四模糊规则得到各模糊结果，并通过第二解模糊步骤分别得到调 节量AK P、八心和AKd。
3. 如权利要求2所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，其特征 在于，所述模糊PID控制模块还包括： PID控制模块，其输入量为所述氨分罐当前液位Li与所述氨分罐目标液位的偏差值 !^，并预先设定^七^^根据所述调节量八'八心和八心得到当前心^⑴^根据 PID原理计算出节流阀的开度调节量。
4. 如权利要求3所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，其特征 在于，还包括： 节流阀驱动模块将所述PID控制器模块输出的节流阀的开度调节量转化为节流阀电 机的转动角度，并根据所述转动角度驱动所述节流阀电机转动，完成节流阀开度的调节。
5. 如权利要求1所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，其特征 在于，所述第一隶属度函数为三角函数，所述第一模糊规则表为对称结构，所述第一解模糊 步骤采用重心法。
6. 如权利要求5所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，其特征 在于，所述第二模糊规则、所述第三模糊规则、所述第四模糊规则中K p、Kp Kd的修定原则如 下： a?将调节过程分为三个阶段：I Lj彡10% R。为初期，5% R。彡|Lj < 10% R。为中期， L」< 5% R。为末期，其中R。为所述液位传感器的量程； b. 对于比例系数Kp，初期取相对较大的Kp值以提高响应速度，中期取较小的Kp值以防 止超调，末期取较大的K p值以减小静差； c. 对于积分系数Ki,初期减弱甚至忽略以防止超调，中期到末期逐步增大Ki值以减小 静差； d.对于微分系数Kd，初期适当增大Kd值以防止超调，中期到末期逐步减小K d值，以加 快系统稳定。
7. 如权利要求2所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，其特征 在于，所述第二隶属度函数为Gauss型函数，所述第二解模糊步骤采用重心法。
8. 如权利要求2所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，其特征 在于，所述第一模糊控制器、所述第二模糊控制器、所述第三模糊控制器和所述第四模糊控 制器均为两输入一输出的MISO型模糊控制器。
9. 如权利要求1所述的基于模糊PID原理的氨制冷机组节流阀自动控制方法，其特征 在于，所述节流阀的两端还并联一备用节流阀。
【文档编号】F16K31/02GK104315219SQ201410424700
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】李权威, 宛田宾, 孙云权, 周立涛, 崔如珍 申请人:北京易拓智谱科技有限公司