[發明專利]一種大型換熱器氣阻特性自動快速準確檢測方法

有效

• 申請號: 201210129566.5
• 申請日: 2012-04-28
• 公開（公告）號: CN102645315A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 姜周曙;江愛朋;王劍
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00;G01M9/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于控制技術領域，涉及工業過程控制領域的數據建模和過程控制。主要涉及到一種用于大型板翅式換熱器氣阻特性測量過程中，自動和快速的將換熱器風量控制在變換后的設定風量值，然后通過檢測得到換熱器的氣阻特性值。

背景技術

氣阻特性是表征大型換熱器流動性能的重要指標，也是大型板翅式換熱器產品在出廠前必須測試的重要指標之一。主要包括兩個方面：一個是對于一定的換熱器通道，在標準溫度、標準壓力和標準流量情況下，該換熱器通道兩端的壓力損失；另外一個是在此情況下的換熱器通道的摩擦因子。由于在不同溫度、壓力等條件下測試結果不同，缺乏可比性。因此規定標準狀況為一個標準大氣壓下、標準零攝氏度為標準狀況，此時測得的風量為標準風量，在其他壓力和溫度下測得的風量需要轉化為標準風量。過去在測量過程中一般采用孔板流量計通過測量一定風量情況下換熱器的氣阻參數，然后換算得到在標準情況下換熱器的氣阻特性。采用以上方法具有明顯的缺點，一個是孔板流量計的測量準確性比較差，另外風量的控制采用人工控制閥門的方式，沒法準確控制在變換后的風量，第三個是采用孔板測量和人工控制不節能、不準確、后續人工計算量大，由于每個換熱器測試時間長，工作效率比較低。

采用變頻器控制風機的風量，采用噴嘴測量系統可以解決系統節能問題，噴嘴測量風量的精度大大高于孔板流量計。由于測試過程中無法保證當前工況處于標準工況，需對換熱器的溫度和壓力可根據氣體狀態方程進行換算，轉換方法為：???????????????????????????????????????????????，這里和表示標準溫度和壓力，為實測風量，和為實測壓力和溫度，則為換算后的標準實測風量。為了準確起見，在換熱器通道性能測試過程中將風量快速控制在換算后的標準實測風量，也就是要求將實測風量通過轉換成實測標準風量，然后控制這個實測標準風量使其等于設定標準風量。考慮到測試的效率和節能要求，測量裝置采用變頻技術進行風量調節。

換熱器不同通道測試還有一個特點是測試具有間歇性：即測試完一個通道后，在將新的通道接到測量裝置之前，測量裝置風道風量要求為零。由于每個換熱器的型號和類型不同，在測試過程中，如何確定風機的初始頻率，以及如何根據被測系統的特性，采用合適的控制方法將風量快速穩定控制在與標準工況相對應的設定值上，對換熱器測量精度和快速性有重要影響。由于測量系統的滯后性、不同通道負荷特性差異很大以及變頻信號變化的非線性特性，導致系統難以實現自動快速測量。因此有必要研究一種能在此情況下實現自動快速測控風量的方法，使之滿足板翅式換熱器氣阻特性測試的工業要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種對不同換熱器不同通道特性，進行自動快速測量氣阻特性的方法。在該方法中，首先根據歷史測試數據進行數據挖掘，采用支持向量機建立換熱器設計參數與初始頻率之間的大體關系，然后通過不同換熱器通道的控制特性參數自動辨識獲得換熱器通道的控制特性，采用最優性能指標整定自動控制器的PID參數，然后采用增量式PID控制器將風道風量轉換后的標準值控制到設定標準風量處，通過檢測此時的氣阻值來得到其氣阻特性。

本發明的具體步驟為：

步驟（1）采集不同類型板翅式換熱器設計參數以及檢測參數，建立包含換熱器設計參數和檢測參數的實時數據庫；所述的換熱器設計參數包括換熱器的通道名稱、設計標準風量、設計氣阻、摩擦因子，檢測參數包括換熱器的實際氣阻、環境溫度、氣壓以及風機頻率。在此基礎上，基于歷史測試數據，采用泛化能力強的支持向量機集成建模方法建立設計標準風量、設計氣阻、環境溫度與實際氣阻、實際風機頻率之間的關系模型，以此預測不同換熱器通道設定標準風量和設計氣阻下，風機為了達到該設定標準風量的所需的頻率值。具體建模方法如下：

用于建模樣本的輸入參數及輸出參數可以表示為，其中表示第組作為輸入數據的參數向量，包括設計標準風量、設計氣阻和環境溫度，表示第組作為輸出的參數向量，包括實際氣阻和實際風機頻率，為樣本數量。

對于支持向量機算法，其核函數選為徑向基函數：

為徑向基函數，為映射函數，表示第組作為輸入數據的參數向量，，為徑向基函數核參數，設所求的目標函數為：，為模型輸出的實際氣阻和風機頻率的預測值，為權重系數向量，為截距，為了計算和值。引入松弛因子和,并允許擬合誤差為，和值可以通過在約束：

，條件下，最小化：

獲得，其中為結構風險最小化函數，常數為懲罰系數，和為參數變量。該最小化問題為一個凸二次規劃問題，引入拉格朗日函數：