CN104696251A - 一种变频风机转速智能控制***及控制方法 - Google Patents

一种变频风机转速智能控制***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种变频风机转速智能控制***及方法，该***包括检测模块、控制器和执行部分；其中检测模块由数据采集卡和传感器组成，控制器由计算机组成，执行部分由变频器和风机组成；计算机的信号输出端连接变频器的信号输入端，变频器的信号输出端连接风机信号输入端；风机信号输出端连接静压箱输入端，静压箱输出端连接传感器的输入端；传感器信号输出端连接数据采集卡信号输入端，数据采集卡信号输出端连接计算机信号输入端。本发明综合考虑了影响静压箱压力的各种因素，建立一个静压箱工况参数与风机转速的线性关系，使控制信号大幅度的调整，极大的提高了转速控制***的速度和准确性。

Description

一种变频风机转速智能控制***及控制方法
技术领域
本发明涉及一种变频风机转速智能控制***及方法，尤其涉及一种高速，高精度要求的根据不同工况呈线性变化的气压控制***和方法。
背景技术
变频风机转速智能控制***，是实现根据不同工况的气压控制的设备。与人工技术比较，气压智能控制技术由于控制精度较高，速度较快，不易超差等特点，在气压控制***中得到日益广泛的应用。变频风机转速智能控制***控制涉及转速调节、智能优化算法、信号采集、信号处理与通讯控制等方面。在应用坏境中，转速是最主要、甚至是唯一可调的参数，因此变频风机转速智能控制***的控制优化实质主要为转速的优化。在实际的气压控制过程中工况比较复杂，影响因素较多，静压箱密封情况，试件安装的情况，试件质量不同等，而且各个参数时时变化。如对影响因素不进行监控反馈并改变转速，必将影响控制精度和控制速度。
为解决上述问题，通常采用的策略是多采用PID闭环控制，由于PID控制方法其中最主要的问题就是PID控制器参数的整定问题，且一旦整定计算结束，在整个控制过程中都是固定不变的。控制过程中为保证不出现超调现象，PID控制方式通常输出比较缓慢的变化信号。这种控制方法虽然能保证比出现大幅度的超调现象，但是控制速度非常缓慢。如果加快调整速度，又难保证不出现大幅度的超调现象。尤其在一些不同工况呈线性变化的气压控制要求中，PID控制方法的参数确定后，每次的输出增量都需要重新计算。在一些即要求加压精度，又要保证加压速度的控制环境中不能很好满足客户的要求，这使得很多设计胎死腹中。
为此，提供一种的变频风机转速智能控制***及方法，改善上述技术的缺失，能够全面的考虑影响螺增压时间的影响因素以及影响因素之间的耦合关系，显著地提高了转速控制***的准确性并缩短控制时间。
发明内容
发明目的
本发是提供了一种变频风机转速智能控制***及方法，其目的是为了显著提高控制***的准确性及控制精度，并实现不同工况呈线性变化的气压调节，以达到高效节能的功能。
技术方案
一种变频风机转速智能控制***，其特征在于：所述***包括检测模块、控制器和执行部分；其中检测模块由数据采集卡和传感器组成，控制器由计算机组成，执行部分由变频器和风机组成；计算机的信号输出端连接变频器的信号输入端，变频器的信号输出端连接风机信号输入端；风机信号输出端连接静压箱输入端，静压箱输出端连接压力传感器的输入端；压力传感器信号输出端连接数据采集卡信号输入端，数据采集卡信号输出端连接计算机信号输入端。
所述传感器为压力传感器。
所述控制器的计算机中包括软件控制平台和智能优化算法模块。
一种如上所述变频风机转速智能控制***的控制方法，其特征在于：该方法步骤如下：
步骤1.根据初始设置，计算机输出电压启动变频器，并逐步增加控制信号电压；
步骤2.检测模块中的传感器检测静压箱的参数及风机转速，然后通过数据采集卡将采集的信号转换成数字信号输出，接着执行步骤3；
步骤3.判断第一次压力信号值是否低于目标压力值，如果是，执行步骤4，如果否，执行步骤5；控制器中的计算机依据检测模块中各传感器输出的参数，将转速传送控制信号至执行部分，然后执行步骤5；
步骤4.采用PID控制方法增加计算机输出电压，然后执行步骤3；
步骤5.依据智能优化算法模块的计算结果，对不同的工况参数进行优化计算，并输出优化后的转速控制信号至执行部分，然后执行步骤6；
步骤6.判断压力信号值是否低于目标压力值，如果是，执行步骤7，如果否，执行步骤8；
步骤7.采用PID控制方法增加计算机输出电压，然后执行步骤6。
步骤8.判断是否控制下一级压力，如果是，执行步骤5，如果否，结束。
所述计算机中的存储单元储存储每级预定压力值到达时，对应输出给变频器的电压控制信号，并进行对比分析，给出下一级预定压力所需要的压力控制信号。
所述***的整体输出信号只有控制变频器的信号。
所述***通过软件控制平台和智能优化算法模块对不同工况参数的分析和处理，计算出最优输出信号。
优点及效果
本发明是一种变频风机转速智能控制***及方法，具有以下优点：
与其它的压力控制技术相比，本发明的变频风机转速智能控制***以及方法可综合考虑不同工况呈线性变化的气压变化因素，建立一个融合多参数与一体的最有模型，快速的调整风机转速，改善上述现有技术的缺点，能够全面的考虑影响增压时间的影响因素以及影响因素之间的耦合关系，极大地提高压力控制***的控制精度和准确性，并有效缩短控制时间。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
本发明是一种变频风机转速智能控制***，所述变频风机转速智能控制***设置在气压控制***电子装置中，用于调节气压控制中的风机转速。检测模块中的传感器检测气体压力***中不同工况的参数并将检测到的参数输出，然后通过数据采集卡将采集的信号转成数字信号输出。控制器中的计算机依据检测模块中的压力传感器输出的参数，并依据智能控制算法模块，对不同工况参数进行预测计算，将预测后的电压输出控制信号传送至执行部分；执行部分的变频器接收到计算机的控制信号后，通过调节变频器的频率实现对风机转速的控制。在根据检测模块检测的压力信号，通过PID控制实现对输出信号的微调，以达到预定的压力。
图1为本发明的结构示意图，如图1中所示，变频风机转速智能控制***包括检测模块、控制器和执行部分。其中检测模块由一个压力传感器和数据采集卡组成，传感器为压力传感器；在实现气体压力控制正常工作时，检测不同工况条件下的参数并将检测到的参数输出。传感器对静压箱中的其它压力进行实时监控，并将***参数通过数据采集卡传递给计算机。
为解决上述问题，设计了的一种智能高精度的控制器，本发明解决了由于原有PID控制方法中不能同时保正控制精度与控制速度的技术问题。该方法对原有PID算法进行改进，设计了相应的模糊控制算法，缩短不同压力间调整控制信号的时间，保证了加压速度的同时不出现大幅度的超调现象，保证加压的控制精度。
控制器由计算机组成，计算机中包括软件控制平台和智能优化算法模块；执行部分由变频器和风机组成；计算机的信号输出端连接变频器的信号输入端，变频器的信号输出端连接风机信号输入端，风机信号输出端连接静压箱输入端，静压箱输出端连接压力传感器的输入端；传感器信号输出端连接数据采集卡信号输入端，数据采集卡信号输出端连接计算机信号输入端。
图2为本发明控制方法的流程图，如图2所示，应用本发明的风机转速智能控制***及方法的软件平台，预先建立静压箱工况参数与风机转速的线性关系，并执行下列步骤：
步骤1.根据初始设置，计算机输出电压启动变频器，并逐步增加控制信号电压；
步骤2.检测模块中的传感器检测静压箱的参数及风机转速，然后通过数据采集卡将采集的信号转换成数字信号输出，接着执行步骤3；
步骤3.判断压力信号值是否低于目标压力值，如果是，执行步骤4，如果否，执行步骤5；控制器中的计算机依据检测模块中各传感器输出的参数，将转速传送一控制信号至执行部分，然后执行步骤5；
步骤4.采用PID控制方法增加计算机输出电压，然后执行步骤3；
β = Σ p i n - α * Σ b i n
α = n * Σ p i * b i - Σ p i Σ b i nΣ b i 2 - ( Σ b i ) 2
yp＝α*xb+β
vt＝xb-Δ
pi:试验中各个阶段的压力
bi:试验中各个阶段的风机输入控制信号
yp:预期压力目标值
xb:预测变频器控制信号值
vt:实际变频器输入信号
Δ:为常量系数。
在首次实现气体压力控制的参数输出是根据初始条件参数设定后，通过PID算法的控制，给出控制变频器的电压信号，通过闭环的控制实现对压力的控制。
步骤5.依据智能优化算法模块的计算结果，对不同的工况参数进行优化计算，并输出优化后的转速控制信号至执行部分，然后执行步骤6；
通过压力传感器采集实压力数据和阶段附加分量数据，通过总结不同阶段的压力数据与阶段附加分量数据之间的关系，利用预定压力与控制电压之间的线性关系实现预测计算。根据预算结果，对变频器的控制电压采用大幅度的跳跃方法实现控制。控制的同时实时检测静压箱的空气压力，结合PID算法实现气体压力的微调。
步骤6.判断压力信号值是否低于目标压力值，如果是，执行步骤7，如果否，执行步骤8。
步骤7.采用PID控制方法增加计算机输出电压，然后执行步骤6。
步骤8.判断是否控制下一级压力，如果是，执行步骤5，如果否，结束。
通过上述步骤运行后，该***的整体输出信号只有风机转速信号。
实施例1：
环境温度21℃，大气压力101kPa。设备连接方式如图1。设定压力为250，500，750，1000，1250，1500，1750，2000Pa。首次加压为普通PID加压方式，达到预定设定压力250Pa，500Pa时记录变频器输入端电压值分别为1.18V，1.45V。通过回归公式推测出750Pa压力时变频器输入电压值为1.72V。设定常量系数Δ＝0.2。即加压到750Pa时，PID控制的起始电压信号为1.52V。达到预定压力750Pa时，变频器输入信号电压为1.70V。后续设定压力值为1000，1250，1500，1750，2000Pa时，根据回归公式推算值分别为1.96V，2.23V，2.48V，2.72V，2.94V。实际变频器输入值为1.97V，2.22V，2.45V，2.65V，2.85V。

Claims (7)

1.一种变频风机转速智能控制***，其特征在于：所述***包括检测模块、控制器和执行部分；其中检测模块由数据采集卡和传感器组成，控制器由计算机组成，执行部分由变频器和风机组成；计算机的信号输出端连接变频器的信号输入端，变频器的信号输出端连接风机信号输入端；风机信号输出端连接静压箱输入端，静压箱输出端连接压力传感器的输入端；压力传感器信号输出端连接数据采集卡信号输入端，数据采集卡信号输出端连接计算机信号输入端。
2.根据权利要求1所述的变频风机转速智能控制***及控制方法，其特征在于：所述传感器为压力传感器。
3.根据权利要求1所述的变频风机转速智能控制***及控制方法，其特征在于：所述控制器的计算机中包括软件控制平台和智能优化算法模块。
4.一种如权利要求1所述变频风机转速智能控制***的控制方法，其特征在于：该方法步骤如下：
步骤1. 根据初始设置，计算机输出电压启动变频器，并逐步增加控制信号电压；
步骤2. 检测模块中的传感器检测静压箱的参数及风机转速，然后通过数据采集卡将采集的信号转换成数字信号输出，接着执行步骤3；
步骤3. 判断压力信号值是否低于目标压力值，如果是，执行步骤4，如果否，执行步骤5；控制器中的计算机依据检测模块中各传感器输出的参数，将转速传送控制信号至执行部分，然后执行步骤5；
步骤4. 采用PID控制方法增加计算机输出电压，然后执行步骤3；
步骤5. 依据智能优化算法模块的计算结果，对不同的工况参数进行优化计算，并输出优化后的转速控制信号至执行部分，然后执行步骤6；
步骤6. 判断压力信号值是否低于目标压力值，如果是，执行步骤7，如果否，执行步骤8；
步骤7. 采用PID控制方法增加计算机输出电压，然后执行步骤6；
步骤8. 判断是否控制下一级压力，如果是，执行步骤5，如果否，结束。
5.根据权利要求4所述的变频风机转速智能控制方法，其特征在于：所述计算机中的存储单元储存储每级预定压力值到达时，对应输出给变频器的电压控制信号，并进行对比分析，给出下一级预定压力所需要的压力控制信号。
6.根据权利要求4所述的变频风机转速智能控制方法，其特征在于：所述***的整体输出信号只有控制变频器的信号。
7.根据权利要求4所述的变频风机转速智能控制方法，其特征在于：所述***通过软件控制平台和智能优化算法模块对不同工况参数的分析和处理，计算出最优输出信号。
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