CN117824224A - 一种增强稳定性的低温***的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字数据处理技术领域，尤其涉及一种增强稳定性的低温***的控制方法。具体包括：首先，引入温度稳定智能调节算法和环境适应动态调节算法对低温***的温度进行处理，得到低温***的控制参数，并对控制参数进行调整；然后，基于温度稳定智能调节算法和环境适应动态调节算法的实施，利用热能回收技术回收制冷过程中产生的热能，并构建最优回收模型，调整低温***的运行参数。解决了现有技术对低温***控制不够准确以及稳定性较差的技术问题。

Description

一种增强稳定性的低温***的控制方法

技术领域

本发明涉及数字数据处理技术领域，尤其涉及一种增强稳定性的低温***的控制方法。

背景技术

在低温***的设计和运行中，稳定性是一个关键因素。这类***通常应用于超导技术、量子计算、冷冻保存以及某些工业过程中。它们的核心挑战在于维持和控制极低的温度，同时防止外部环境的干扰和内部热动力学过程的不稳定性；传统的低温***控制方法依赖于被动式热绝缘和机械式制冷技术。虽然这些技术在过去几十年中取得了显著进步，但在极端低温环境下，它们的效率和可靠性仍然面临挑战。在需要长时间稳定运行的应用中，如量子计算机，这些方法的局限性变得更加明显。

对于低温***的控制方法有很多，我国发明专利“一种用于提高***温度稳定性的自适应控温方法”，申请号：“CN202011193353.X”，公开日：2021.03.09，主要包括：该发明以被控对象的温度稳定性，即一段时间内的温度波动值，而非被控对象的实测温度，作为温控***加热功率控制的输入依据和控制目标，在保证满足被控对象温度稳定性需求的前提下，可随着热环境的变化，自动调整目标温度，使***效能达到最优，大大提升了控温策略的适应性，并显著节约控温***的能源消耗。

但上述技术至少存在如下技术问题：对低温***控制不够准确以及稳定性较差的技术问题。

发明内容

本发明提供一种增强稳定性的低温***的控制方法，解决了现有技术对低温***控制不够准确以及稳定性较差的技术问题，实现了对低温***高准确、高稳定控制的技术效果。

本发明的一种增强稳定性的低温***的控制方法，具体包括以下技术方案：

一种增强稳定性的低温***的控制方法，包括以下步骤：

S1. 引入温度稳定智能调节算法和环境适应动态调节算法对低温***的温度进行处理，得到控制参数，并对控制参数进行调整；

S2. 基于温度稳定智能调节算法和环境适应动态调节算法的实施，利用热能回收技术回收制冷过程中产生的热能，并构建最优回收模型，调整低温***的运行参数。

优选的，所述S1，具体包括：

针对低温***的温度控制，引入温度稳定智能调节算法收集温度数据，并通过滑动平均滤波器对温度数据进行降噪处理。

优选的，在所述S1，还包括：

在对低温***进行控制的过程中，引入环境适应动态调节算法，根据实际温度和目标温度的偏差，调节低温***的控制参数。

优选的，在所述S1，还包括：

在对控制参数进行调整时，将控制参数转换为设备控制信号，以对低温***进行控制。

优选的，所述S2，具体包括：

在实施温度稳定智能调节算法和环境适应动态调节算法的过程中，利用热能回收技术回收制冷过程中产生的热能。

优选的，在所述S2，还包括：

在最优回收模型的实现过程中，收集各个组件产生的热能，同时分析环境因素的影响，得到最优回收模型构建的参数特征。

优选的，在所述S2，还包括：

在最优回收模型的实现过程中，构建最优回收模型的目标函数，并定义约束条件；所述约束条件包括***稳定性约束、热能负荷限制和操作安全范围。

优选的，在所述S2，还包括：

在最优回收模型的实现过程中，采用混合整数非线性规划得到目标函数的最优解，根据最优解对低温***的运行参数进行调整。

本发明的技术方案的有益效果是：

1、本发明通过温度稳定智能调节算法结合高精度滤波器，减少数据噪声，增强对低温***温度的监控和控制精度；使用环境适应动态调节算法能够根据实际温度和目标温度的偏差快速调节***参数，有效应对环境变化导致的温度波动。

2、本发明通过热能回收技术，有效回收制冷过程中产生的热能，减少总体能量损失；利用回收的热能预热进入制冷***的流体，减少对外部能量的需求，同时增强***的能效和稳定性；通过热电转换装置，将回收的热能转化为电能，提高能量利用率；通过构建最优回收模型和混合整数非线性规划，精确调整低温***运行参数，以维护***的最佳运行状态和稳定性。

附图说明

图1为本发明一个实施例所提供的增强稳定性的低温***的平面分布结构示意图；

图2为本发明一个实施例所提供的增强稳定性的低温***的A区域放大结构示意图；

图3为本发明一个实施例所提供的增强稳定性的低温***控制方法的流程图；

图中：1-泄荷阀、2-储液罐、3-角阀、4-充油低压表、5-高低压控制器、6-压缩机、7-充油高压表、8-油分离器、9-风冷冷凝器、10-干燥过滤器、11-第一气液分离器、12-第一膨胀阀、13-第二中间换热器、14-第二膨胀阀、15-第一球阀、16-第二存储罐、17-真空泵、18-第二球阀、19-第一蒸发器、20-第二蒸发器、21-过冷器、22-第一中间换热器、23-第二气液分离器、24-铜球阀。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种增强稳定性的低温***的控制方法的具体方案。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参照附图1，其示出了本发明一个实施例所提供的增强稳定性的低温***的平面分布结构示意图，该***包括以下部分：

包括储液罐2和角阀3，角阀3安装固定在储液罐2的下端两侧位置上，左侧角阀3的外端设置有充油低压表4，充油低压表4的外端设置有压缩机6，充油低压表4和压缩机6的连接处设置有高低压控制器5，压缩机6的外端设置有充油高压表7，充油高压表7的外端设置有油分离器8，油分离器8的外端设置有风冷冷凝器9，风冷冷凝器9的外端设置有干燥过滤器10，干燥过滤器10的外端设置有泄荷阀1；第二存储罐16的外侧设置有液位计，且第二存储罐16的内部呈中空状态；因第二存储罐16的内部呈中空状态，这样便于存储介质进行使用，而且第二存储罐16的外侧设置有液位计，便于查看介质的液位状态以进行使用；储液罐2和角阀3通过法兰固定连接，且储液罐2和角阀3的内部贯通，因储液罐2和角阀3通过法兰固定连接，这样便于安装使用，而且储液罐2和角阀3的内部贯通，便于控制输送；第二存储罐16为圆柱形，且第二存储罐16的下端设置有连接管，因第二存储罐16为圆柱形，便于放置，而第二存储罐16的下端设置有连接管，便于和外部固定连接使用；第二球阀18通过单向阀与第二存储罐16相连接，且第二球阀18和真空泵17通过法兰固定连接，因第二球阀18通过单向阀与第二存储罐16相连接，这样便于单向输送使用，而第二球阀18和真空泵17通过法兰固定连接，便于安装使用；

工作原理：储液罐2通过下端的角阀3，便于控制输送，而在使用时，通过压缩机6的压缩，便于输送到油分离器8中，这样便于通过风冷冷凝器9进行冷却，而冷却后，通过干燥过滤器10有效干燥输送，而且通过泄荷阀1便于控制输送使用；

参照附图2，其示出了本发明一个实施例所提供的增强稳定性的低温***的A区域放大结构示意图，结合附图1，所述低温***的A区域，包括泄荷阀1和干燥过滤器10的连接处设置有过冷器21，过冷器21的外端设置有第一中间换热器22，过冷器21和第一中间换热器22的连接处设置有第二气液分离器23，第二气液分离器23的下端设置有铜球阀24，第一中间换热器22和铜球阀24的外端设置有第二中间换热器13，第二中间换热器13的外端设置有第一气液分离器11，第一气液分离器11的下端设置有第一膨胀阀12，第二中间换热器13和第一膨胀阀12的外端设置有第二膨胀阀14，第二膨胀阀14的外端设置有第一蒸发器19，第一蒸发器19的左端设置有第二蒸发器20，第一蒸发器19和第二蒸发器20的连接处设置有第二存储罐16，第二存储罐16的下端设置有第一球阀15，第一蒸发器19的右端设置有第二球阀18，第二球阀18的外端设置有真空泵17。

工作原理：使用时，通过第一气液分离器11和第二中间换热器13之间的第一膨胀阀12，使得便于操作控制使用，这样通过第二中间换热器13便于换热使用，而且通过第一气液分离器11便于分离，而第一中间换热器22和第二中间换热器13通过第二膨胀阀14，从而有效控制，这样通过两个热交换的操作，使得温度控制更加稳定，而通过第一蒸发器19和第二蒸发器20的控制，便于蒸发使用，而添加的第二存储罐16用于有效存储介质，便于稳定进行使用。

参照附图3，其示出了本发明一个实施例所提供的增强稳定性的低温***控制方法的流程图，该方法包括以下步骤：

S1. 引入温度稳定智能调节算法和环境适应动态调节算法对低温***的温度进行处理，得到控制参数，并对控制参数进行调整；

在对低温***进行稳定控制过程中，针对低温***的温度控制，本发明首先引入温度稳定智能调节算法通过高精度滤波器对低温***的温度进行收集，温度稳定智能调节算法提供了精确且稳定的温度信息数据，是后续算法处理的基础；具体实现过程如下：

在收集低温***中的实时温度数据时，使用优化的高精度滑动平均滤波器减少数据噪声，提高数据的准确性，得到实际温度：

，

其中，代表在时间点/>处理后的温度数据；/>是在时间点/>的原始温度数据；/>是平滑参数，控制历史数据对当前估计的影响；/>是加权系数，用于调整历史数据对当前估计的贡献度；/>是加权系数，用于增强数据处理的准确性；/>代表历史数据的数量；/>代表两个连续数据的时间间隔；/>表示指数加权的积分，用于平滑原始温度数据/>，积分代表累积效应，而指数部分/>赋予近期数据更高的权重；表示加权和，用于整合过去/>个时间点的温度数据，提高估计的准确性；

进一步，针对由于环境变化导致的温度波动，引入环境适应动态调节算法根据实际温度和目标温度的偏差，快速调节***参数以应对短期波动；环境适应动态调节算法具体实现如下：

，

其中，是在时间点/>的控制参数，用于调整低温***以响应温度变化；是目标温度；/>是调节系数，用于调整对温度偏差的响应强度；/>是调节系数，用于调整温度变化率对控制的影响；/>代表时间间隔，用于计算温度变化率；/>用于衡量当前温度/>与目标温度/>之间的比例偏差；/>是当前温度与之前时刻/>温度的差值，用于衡量温度变化率；

对于是在时间点/>的控制参数，控制参数可以代表低温***中多种可调节的参数，如压缩机的工作频率、制冷循环的流量、或者其他影响温度的操作参数；在基于/>进行调整时，具体有：将/>通过根据专家经验法预先设定的控制策略转换为具体的设备控制信号，即将/>的值映射到特定范围内，以符合设备操作的需求；对于压缩机的工作频率：如果/>指示需要更多冷却，则提高压缩机的工作频率；如果/>指示需要减少冷却，可以降低压缩机的工作频率；对于制冷循环的流量，根据/>的值调整制冷剂的流速，以改变制冷***的效率。

S2. 基于温度稳定智能调节算法和环境适应动态调节算法的实施，利用热能回收技术回收制冷过程中产生的热能，并构建最优回收模型，调整低温***的运行参数；

基于温度稳定智能调节算法和环境适应动态调节算法实施过程中引起的制冷剂能量损失增加的问题，首先利用热能回收技术回收制冷过程中产生的热能，减少能量损失，并将回收的热能用于预热进入制冷***的流体，可以减少制冷***对外部能量的需求，提高能效，还可以通过热电转换装置，将热能转换为电能，用于***的其他部分或回馈到电网；

在进行热回收过程中，构建最优回收模型，制定回收策略，以减少能量损耗，进一步保证低温***的稳定性；具体实现过程如下：

收集各个组件一段时间产生的热能，同时考虑环境因素的影响进行分析，得到模型构建的参数特征：

，

其中，是第/>个组件在考虑环境调整后的时间/>到/>内的平均热能输出；表示第/>个组件在时间/>产生的瞬时热能；/>是环境温度；/>是环境湿度；/>表示在时间窗口/>内对热能输出进行平均化处理；用于计算连续时间段内的总热能输出；是基于物理模型的函数：

，

其中，和/>是温度和湿度的标准参考值，/>和/>是调整系数，根据实际情况确定，用以调节环境温度和湿度对效率的影响；考虑了环境温度和湿度对热能回收效率的影响，当环境温度高于或低于标准温度时，热能回收效率降低；当环境湿度远离标准值时，热能回收效率同样降低；

进一步，构建最优回收模型的目标函数：

，

其中，是目标函数，试图在最大化热能回收效益和保持***稳定性及安全性之间找到最佳平衡；/>是效率系数，表示第/>个组件热能回收的效率；/>是惩罚因子，考虑***稳定性的调整参数；/>是惩罚项，用于平衡***稳定性与热能回收之间的关系：

，

其中，表示第/>个组件在时间/>的运行参数集合，运行参数如压力、流量；是第/>个组件的最大安全运行参数限制集合；/>表示的是/>与其最大值/>之间的向量比率的欧几里得范数的平方，衡量实际运行参数与最大安全限制的相对差异；/>是第/>个组件在时间/>的热能输出变化；/>是第/>个组件的最大热输出能力；/>是加权因子，表示对于第/>个组件运行参数偏离的敏感性；/>是加权因子，反映热能输出变化对***稳定性的影响，用于调整在惩罚项中的相对重要性；

定义约束条件：

，

其中，***稳定性约束：，/>表示***稳定性指标；是***稳定性的最大允许值；热能负荷限制：/> ，/>是在时间/>的最大热能负荷；操作安全范围：/> ，/>是第/>个组件的操作参数，/>和/>分别是操作参数的最小和最大安全范围；

进一步采用混合整数非线性规划解决上述的优化问题，得到最优解，根据最优解对低温***的运行参数进行调整，以实现对低温***稳定控制。

综上所述，便完成了一种增强稳定性的低温***的控制方法。

发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种增强稳定性的低温***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 引入温度稳定智能调节算法收集温度数据，具体实现过程如下：

通过滑动平均滤波器对温度数据进行降噪处理，得到实际温度：

，

其中，代表在时间点/>处理后的温度数据；/>是在时间点/>的原始温度数据；/>是平滑参数；/>是加权系数，用于调整历史数据对当前估计的贡献度；/>是加权系数，用于增强数据处理的准确性；/>代表历史数据的数量；/>代表两个连续数据的时间间隔；

引入环境适应动态调节算法，根据实际温度和目标温度的偏差，调节低温***的控制参数，具体实现如下：

，

其中，是在时间点/>的控制参数；/>是目标温度；/>是调节系数，用于调整对温度偏差的响应强度；/>是调节系数，用于调整温度变化率对控制的影响；/>代表时间间隔；

S2. 基于温度稳定智能调节算法和环境适应动态调节算法的实施，利用热能回收技术回收制冷过程中产生的热能，并构建最优回收模型，调整低温***的运行参数。

2.根据权利要求1所述的增强稳定性的低温***的控制方法，其特征在于，在所述S1，还包括：

在对控制参数进行调整时，将控制参数转换为设备控制信号，以对低温***进行控制。

3.根据权利要求1所述的增强稳定性的低温***的控制方法，其特征在于，所述S2，具体包括：

在实施温度稳定智能调节算法和环境适应动态调节算法的过程中，利用热能回收技术回收制冷过程中产生的热能。

4.根据权利要求1所述的增强稳定性的低温***的控制方法，其特征在于，在所述S2，还包括：

在最优回收模型的实现过程中，收集各个组件产生的热能，同时分析环境因素的影响，得到最优回收模型构建的参数特征，具体实现过程如下：

，

其中，是第/>个组件在基于环境调整后的时间/>到/>内的平均热能输出；表示第/>个组件在时间/>产生的瞬时热能；/>是环境温度；/>是环境湿度；/>表示在时间窗口/>内对热能输出进行平均化处理；用于计算连续时间段内的总热能输出；是基于物理模型的函数；

，

其中，和/>是温度和湿度的标准参考值，/>和/>是调整系数，用于调节环境温度和湿度对效率的影响。

5.根据权利要求4所述的增强稳定性的低温***的控制方法，其特征在于，在所述S2，还包括：

在最优回收模型的实现过程中，构建最优回收模型的目标函数，并定义约束条件；所述约束条件包括***稳定性约束、热能负荷限制和操作安全范围。

6.根据权利要求5所述的增强稳定性的低温***的控制方法，其特征在于，在所述S2，还包括：

在最优回收模型的实现过程中，采用混合整数非线性规划得到目标函数的最优解，根据最优解对低温***的运行参数进行调整。