本發明專利技術設計一種基于端口受控哈密頓氣候補償切換的節能控制方法及系統，該控制系統包括蒸發器、冷凝器、水泵電機、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、DSP、整流濾波器、電流傳感器、光電編碼器、電源電路、IPM智能功率轉換模塊、電流采樣電路、電機速度檢測電路和光電耦合隔離電路，通過引入控制器，改變系統的能量函數形式，并通過注入阻尼將耗散加入系統中，使系統漸近鎮定在期望的平衡點。本發明專利技術的目的是為降低中央空調水系統能量消耗，將室外氣候因素作為補償參數嵌入中央空調水系統控制器，不僅能提高水系統能量優化運行，而且提高了控制系統的實時性和自適應能力，使中央空調水系統能夠結合室外天氣變化，更漸近穩定地低能耗運行。而且控制系統設計簡單，不改變現有的中央空調水系統結構，操作方便，便于施工和推廣。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術設計一種基于端口受控哈密頓氣候補償切換的節能控制方法及系統，該控制系統包括蒸發器、冷凝器、水泵電機、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、DSP、整流濾波器、電流傳感器、光電編碼器、電源電路、IPM智能功率轉換模塊、電流采樣電路、電機速度檢測電路和光電耦合隔離電路，通過引入控制器，改變系統的能量函數形式，并通過注入阻尼將耗散加入系統中，使系統漸近鎮定在期望的平衡點。本專利技術的目的是為降低中央空調水系統能量消耗，將室外氣候因素作為補償參數嵌入中央空調水系統控制器，不僅能提高水系統能量優化運行，而且提高了控制系統的實時性和自適應能力，使中央空調水系統能夠結合室外天氣變化，更漸近穩定地低能耗運行。而且控制系統設計簡單，不改變現有的中央空調水系統結構，操作方便，便于施工和推廣。【專利說明】基于端口受控哈密頓氣候補償切換的節能控制方法及系統
： 本專利技術涉及一種基于端口受控耗散哈密頓氣候補償切換DSP的氣候控制方法的 中央空調水系統氣候補償控制器，尤其是涉及一種應用于中央空調水系統能量優化運行的 基于端口受控哈密頓氣候補償切換的節能控制方法及系統。
技術介紹
：中央空調系統既是現代建筑中不可缺少的能耗運行系統，又是樓宇自 動化控制系統中的重要組成部分。我國建筑物能耗約占能源總消耗量30%，有中央空調的 建筑物中，中央空調的能耗大概占40 %，而且呈逐年增長的趨勢。隨著目前自動化控制技術 的發展，中央空調制冷機組可以實現根據外界負荷變化和天氣變化狀態進行自動加載和卸 載。但是制冷機組生產商為保護機組運行，延長機組使用壽命，制冷機組在工作運行期間， 各參數可調節裕度較小。中央空調系統的運行在平時使用時并不能達到滿負荷，存在較大 裕度。由于空調冷負荷數值偏大，導致管道輸送系統加大，水泵功率容量加大，輸送管道加 長。中央空調水系統在大流量小溫差狀態下運行，增加管路系統能量損失，浪費水泵輸送能 量，節能空間大。 中國幅員遼闊，各地區氣候差異較大。晝夜輪回、季節交替都會影響到中央空調系 統的熱負荷，進而影響水系統的交換熱量。因此氣候因素對于中央空調水系統運行具有非 常重要的影響。現有的氣候補償器主要針對鍋爐供暖系統，考慮鍋爐供暖系統運行狀態，采 用PID算法進行控制。中央空調水系統由制冷機組、冷凍水系統、冷卻水系統、冷風系統組 成，與供暖系統結構和原理明顯不同。采用常規PID控制算法的泵類調頻曲線，對中央空調 水系統的泵類進行控制，由于水系統進回水實際溫度與泵類運行頻率的對應關系并非如 圍繞著所給定的控制溫度目標值上下波動而基本穩定在給定目標值水平的一定范圍內，而 是在溫度一頻率間無規則運行，及中央空調水系統具有大慣性，強時滯和非線性的特點， PID控制不能真正實現水系統節能穩定運行。 當中央空調水系統中冷凍或冷卻進回出水溫度高時，水系統焓值降低，說明此時 供冷負荷大，需要提高泵運行速度，使管網中的水流流量增大，以滿足制、供冷需求；反之亦 然。因此中央空調水系統的流量控制在確保機組安全、經濟運行條件及滿足制、供冷需求前 提下，從系統運行時耗損的能量最小的原理合理地降低冷凍泵或冷卻泵運行速度，在適當 降低管網中的水流流量基礎上大幅降低水流水頭的無功消耗，才是水系統節能根本依據， 采用PID算法或者單控制算法無法實現中央空調水系統能量優化運行需求。
技術實現思路
專利技術目的：本專利技術提供了一種基于端口受控哈密頓氣候補償切換的節能控制方法 及系統，其目的是解決以往的設備所存在的無法實現中央空調水系統能量優化運行需求的 問題。 技術方案：本專利技術是通過以下技術方案來實現的： -種基于端口受控哈密頓氣候補償切換的節能控制方法，其特征在于：具體步驟 包括： 步驟1 :通過溫度傳感器和濕度傳感器實時檢測室外天氣溫度和濕度、室內用戶 溫度和濕度、蒸發器和冷凝器供回進出水溫度參數，并將這些參數輸入到DSP中，利用流量 傳感器實時檢測水系統流量參數并輸入到DSP中，利用壓力傳感器實時檢測蒸發器、冷凝 器供回進出水壓力參數并輸入到DSP中，在DSP中計算出實際可隨室外溫度和濕度變化進 行補償的可切換的氣候補償曲線，并且求出相應氣候補償曲線所對應的冷凍或冷卻水泵的 速度信號； 步驟2 :采集水泵電機的實際速度和電流信息； 通過光電編碼器采集水泵電機速度信號并輸入到DSP中，在DSP中計算出水泵電 機實際轉速信號；通過電流傳感器實時采集系統電流信號，將數據經電流采樣電路輸入到 DSP 中； 步驟3 :結合室外氣候條件，對水泵電機的速度和電流信號進行運算，將電流和速 度量在DSP內進行比較，執行基于端口受控耗散哈密頓氣候補償切換的節能控制算法，具 體如下： 1)構造中央空調水系統的Hamilton函數H(x): 本專利技術中將其設計為水泵電機所消耗的電能及中央空調水系統換熱所需要交換 的能量之和： 【權利要求】I. 一種基于端口受控哈密頓氣候補償切換的節能控制方法，其特征在于：具體步驟包 括： 步驟1;通過溫度傳感器和濕度傳感器實時檢測室外天氣溫度和濕度、室內用戶溫度 和濕度、蒸發器和冷凝器供回進出水溫度參數，并將該些參數輸入到DSP中，利用流量傳感 器實時檢測水系統流量參數并輸入到DSP中，利用壓力傳感器實時檢測蒸發器、冷凝器供 回進出水壓力參數并輸入到DSP中，在DSP中計算出實際可隨室外溫度和濕度變化進行補 償的可切換的氣候補償曲線，并且求出相應氣候補償曲線所對應的冷凍或冷卻水粟的速度 信號； 步驟2 ;采集水粟電機的實際速度和電流信息； 通過光電編碼器采集水粟電機速度信號并輸入到DSP中，在DSP中計算出水粟電機實 際轉速信號；通過電流傳感器實時采集系統電流信號，將數據經電流采樣電路輸入到DSP 中； 步驟3 ;結合室外氣候條件，對水粟電機的速度和電流信號進行運算，將電流和速度量 在DSP內進行比較，執行基于端口受控耗散哈密頓氣候補償切換的節能控制算法，具體如 下： 1) 構造中央空調水系統的Hamilton函數H(X): 本專利技術中將其設計為水粟電機所消耗的電能及中央空調水系統換熱所需要交換的能 量之和： 其中定子電流，if轉子電流，L,定子自感，Lf轉子自感，Lm定轉子互感，《轉子 機械角速度，AsAf為水粟電機定子磁鏈和轉子磁鏈，X = Qs if ?)，A = diag{:入S AJ,&=P。，王=^戶號Qi為不同室外溫度和溫度條件下中央空調冷凍水 系統或者中央空調冷卻水系統所需要交換的熱量，Qi為可切換函數； 2) 構造控制器中切換函數Qi: Qi為不同室外溫度和溫度條件下，中央空調冷凍水系統或者中央空調冷卻水系統所需 要交換的熱量，其切換函數如下：其中是在中央空調冷凍水系統里進行換熱所需交換的能量，Cp是水的比定壓熱 容，Wewihg是冷凍水質量流量，tg是冷凍水系統正常運行時蒸發器所需要的供水溫度，th是 冷凍水系統正常運行時蒸發器所需要的回水溫度，Pewlhg是冷凍水系統的壓力差，是 冷凍水系統的水粟運行頻率，是與PewliM和相關的函數；Qehilkt是在中央空調 冷卻水系統里進行換熱所需交本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于端口受控哈密頓氣候補償切換的節能控制方法，其特征在于：具體步驟包括：?步驟1：通過溫度傳感器和濕度傳感器實時檢測室外天氣溫度和濕度、室內用戶溫度和濕度、蒸發器和冷凝器供回進出水溫度參數，并將這些參數輸入到DSP中，利用流量傳感器實時檢測水系統流量參數并輸入到DSP中，利用壓力傳感器實時檢測蒸發器、冷凝器供回進出水壓力參數并輸入到DSP中，在DSP中計算出實際可隨室外溫度和濕度變化進行補償的可切換的氣候補償曲線，并且求出相應氣候補償曲線所對應的冷凍或冷卻水泵的速度信號；?步驟2：采集水泵電機的實際速度和電流信息；?通過光電編碼器采集水泵電機速度信號并輸入到DSP中，在DSP中計算出水泵電機實際轉速信號；通過電流傳感器實時采集系統電流信號，將數據經電流采樣電路輸入到DSP中；?步驟3：結合室外氣候條件，對水泵電機的速度和電流信號進行運算，將電流和速度量在DSP內進行比較，執行基于端口受控耗散哈密頓氣候補償切換的節能控制算法，具體如下：?1)構造中央空調水系統的Hamilton函數H(x)：?本專利技術中將其設計為水泵電機所消耗的電能及中央空調水系統換熱所需要交換的能量之和：?其中is定子電流，ir轉子電流，Ls定子自感，Lr轉子自感，Lm定轉子互感，ω轉子機械角速度，λsλr為水泵電機定子磁鏈和轉子磁鏈，x＝(is?ir?ω),λ＝diag{λs?λr},Qi為不同室外溫度和溫?度條件下中央空調冷凍水系統或者中央空調冷卻水系統所需要交換的熱量，Qi為可切換函數；2)構造控制器中切換函數Qi：?Qi為不同室外溫度和溫度條件下，中央空調冷凍水系統或者中央空調冷卻水系統所需要交換的熱量，其切換函數如下：?其中Qcooling是在中央空調冷凍水系統里進行換熱所需交換的能量，CP是水的比定壓熱容，Wcooling是冷凍水質量流量，tg是冷凍水系統正常運行時蒸發器所需要的供水溫度，th是冷凍水系統正常運行時蒸發器所需要的回水溫度，Pcooling是冷凍水系統的壓力差，fcooling是冷凍水系統的水泵運行頻率，Qcooling是與Pcooling和fcooling相關的函數；Qchiller是在中央空調冷卻水系統里進行換熱所需交換的能量，Wchiller是冷卻水質量流量，tin是冷卻水系統正常運行時冷凝器所需要的進水溫度，tout是冷卻水系統正常運行時冷凝器所需要的出水溫度，Pchiller是冷卻水系統正常運行所需要的壓力差，fchiller是冷卻水系統正常運行所需要的水泵運行頻率，COP是機組的能效比；Qchiller是與Pchiller和fchiller相關的函數；?3)構造控制器的冷凍水目標函數Qcooling：?結合室外溫度Tout和濕度Hout情況，保證室內溫度Tin和濕度Hin舒適，蒸發器供水溫度tg和出水溫度th滿足空調機組正常運行，系統冷凍水的流量Wcooling不低于最小值，冷凍水系統的壓力差Pcooling在其最大值Pmax?cooling和最小值Pmin?cooling區間安全運行，水泵運行頻率fcooling也在保證水系統正常工作的最大運行頻率fmax?cooling?和最小運行頻率fmin?cooling間安全調速；在考慮如上所有條件下冷凍水泵輸送能耗Qcooling最小，即?Minimise?Qcooling(Tin,Tout,Hin,Hout,tg,th,wcooling)?????(5)?subject?to:Pmax?cooling≤Pcooling≤Pmin?cooling；fmax?cooling≤fcooling≤fmin?cooling4)構造控制器的冷卻水目標函數Qchiller：?結合室外溫度Tout和濕度Hout情況，保證室內溫度Tin和濕度Hin舒適，冷凝器進水溫度tin和出水溫度tout滿足空調機組正常運行，冷卻水系統的流量Wchiller不低于最小值，冷卻水系統的壓力差Pchiller在其最大值Pmax?chiller和最小值Pmin?chiller區間安全運行，水泵運行頻率fchiller也在保證水系統正常工作的最大運行頻率fmax?chiller和最小運行頻率fmin?chiller間安全調速；在考慮如上所有條件下冷卻水泵輸送能耗Qchiller最小，即?Minimise?Qchiller(Tin,Tout,Hin,Hout,tin,tout,Wchiller)??(6)?subject?to:Pmax?chiller≤Pchiller≤Pmin?chiller；fmax?chiller≤fchiller≤fmin?chiller5)構造控制器的參數Hd(x)和Ks：?設計反饋控制器us，構造出結合不同氣候補償曲線而設計的閉環能量函數Hd(x)和配置使中央空調水系統能量優化運行所需...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：何新，張秋實，張博譞，
申請(專利權)人：沈陽安新自動化控制有限公司，
類型：發明
國別省市：遼寧;21
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