基于變參數(shù)控制的離心泵變壓運(yùn)行節(jié)能策略研究.pdf

1、水泵系統(tǒng)作為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水的基礎(chǔ)設(shè)施,主要由水泵機(jī)組、管道閥門及變頻器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、控制系統(tǒng)等組成,在運(yùn)行中消耗大量的能源。諸多專家研究證明變壓供水是一種節(jié)能運(yùn)行模式,但在運(yùn)行控制中依然存在以下問題未能解決:(1)對供水系統(tǒng)控制模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)及性能認(rèn)識不足,使控制器的應(yīng)用帶有盲目性;(2)常規(guī)的定參數(shù)PID控制器不能適應(yīng)水泵變工況運(yùn)行,易出現(xiàn)壓力不穩(wěn)等現(xiàn)象;(3)現(xiàn)代智能控制器算法對復(fù)雜供水系統(tǒng)的適應(yīng)性研究仿真計算多于實際應(yīng)用。

2、從而造成變壓供水在工程中的推廣應(yīng)用受到很大限制。其中控制器是水泵運(yùn)行控制性能良好的關(guān)鍵,如何設(shè)計控制器及將控制器應(yīng)用于水泵的變壓運(yùn)行是研究的難點。本文以離心泵系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行為主要目的,針對當(dāng)前離心泵變壓運(yùn)行中存在的問題,開展了以變參數(shù)控制器設(shè)計為主要內(nèi)容的創(chuàng)新研究:
　　 (1)運(yùn)用理論分析結(jié)合階躍響應(yīng)試驗辨識的方法,建立了離心泵變壓運(yùn)行控制模型,根據(jù)模型特點提出了新的控制器設(shè)計方案。搭建水泵變頻運(yùn)行的階躍響應(yīng)試驗裝置,根據(jù)供水

3、系統(tǒng)的特點分析控制模型的參數(shù)和結(jié)構(gòu),設(shè)計了閥門開度為40%、50%、80%、100%四種情況下恒壓和變壓運(yùn)行控制模型辨識的試驗方案,將試驗數(shù)據(jù)通過MATLAB系統(tǒng)辨識工具箱,建立了各個工況下的模型傳遞函數(shù),與理論模型進(jìn)行比較,并對比分析相同閥門開度下和不同閥門開度下變壓與恒壓過程控制模型的參數(shù)和結(jié)構(gòu)變化,針對離心泵變壓運(yùn)行提出以變參數(shù)PID控制為核心算法的控制器設(shè)計方案。
　　 (2)用試驗的方法分析PID控制器在離心泵變頻運(yùn)行

4、中的性能,提出控制器改進(jìn)的研究方向。建立PID閉環(huán)控制試驗裝置,手動設(shè)置不同的PID參數(shù)組合方式,進(jìn)行恒壓控制、無干擾變壓控制、有干擾變壓控制三種方案的試驗測試,并繪制相應(yīng)的響應(yīng)曲線,分析瞬態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程的控制性能。結(jié)果表明,常用的恒壓定參數(shù)PID控制對于工況變化不大時具有較優(yōu)的控制效果,而對于工況變化較大的變壓運(yùn)行時,瞬態(tài)性能較差,必需實行變參數(shù)PID控制。
　　 (3)通過LabView仿真和試驗驗證分析變參數(shù)的PID神經(jīng)

5、網(wǎng)絡(luò)控制器的控制品質(zhì),實現(xiàn)了離心泵的變壓穩(wěn)定運(yùn)行。利用LabView圖形化的編程模式實現(xiàn)PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法,建立控制器的仿真模型,利用階躍信號和正弦信號作為輸入進(jìn)行跟蹤仿真,從控制器的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性分析其性能。仿真結(jié)果表明,PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器在跟蹤階躍信號時,暫態(tài)過程性能十分優(yōu)良,無超調(diào),調(diào)節(jié)時間很短;對于正弦信號的跟蹤,經(jīng)過僅僅一個正弦周期即可達(dá)到精確的控制。從仿真效果看出控制器具有良好的性能。但是,仿真過程中以不確定概率出現(xiàn)

6、無法穩(wěn)定跟蹤的現(xiàn)象,針對這一問題將控制算法的比例閾值輸出函數(shù)改為雙曲正切函數(shù)。利用LabView設(shè)計的PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字控制器進(jìn)行離心泵變壓運(yùn)行控制試驗,采集時間、流量、壓力等數(shù)據(jù)并分析,結(jié)果表明PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器對離心泵變壓運(yùn)行具有良好的控制性能。
　　 本文以離心泵運(yùn)行控制理論為依據(jù),運(yùn)用系統(tǒng)仿真結(jié)合試驗驗證的方法,對PID變參數(shù)控制進(jìn)行了深入的研究,解決了常規(guī)PID控制在復(fù)雜控制系統(tǒng)中性能較差的問題,克服了智能控制器與變