[發(fā)明專利]一種跨臨界二氧化碳系統(tǒng)的水路模糊PID控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811408567.7
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109270843B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 曹鋒;葉祖樑;王驛凱;李明佳
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

1.一種跨臨界二氧化碳系統(tǒng)的水路模糊PID控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，確定變量及其論域：在PID控制器中，輸入?yún)?shù)為氣體冷卻器出水溫度T_w,out與設定出水溫度T_w,o的差值ΔT，以及其隨時間的變化率dΔT/dt；輸出變量為PID參數(shù)的修正值Δk_p，Δk_I，Δk_D；在確定變量后，給定變量的論域；

第二步，對第一步確定的變量進行模糊化處理：將輸入和輸出變量的論域定義為七個模糊子集：PB，PM，PS，ZO，NS，NM，NB；建立各個子集的線性隸屬度函數(shù)；輸入變量ΔT和dΔT/dt模糊化為T和TC，輸出變量Δk_p，Δk_I，Δk_D模糊化為KP，KI和KD；PB，PM，PS，ZO，NS，NM，NB分別為正大，正中，正小，近零，負小，負中，負大；

第三步，建立模糊推理規(guī)則表；

第四步，模糊推理和解模糊：采集氣體冷卻器出水溫度T_w,out，并根據(jù)設定出水溫度T_w,o計算輸入變量ΔT和dΔT/dt，首先根據(jù)隸屬度函數(shù)計算輸入變量在各個模糊子集上的隸屬度，其次根據(jù)模糊推理規(guī)則表計算所有模糊規(guī)則的隸屬度，最后通過加權平均法進行解模糊操作；

第五步，根據(jù)跨臨界CO₂系統(tǒng)的運行工況，修正計算結果：采集實時的環(huán)境溫度T_air，氣體冷卻器進水溫度T_w,in和氣體冷卻器出水溫度T_w,out，對PID控制的增益進行計算修正；

第五步中，建立環(huán)境溫度T_air，氣體冷卻器進水溫度T_w,in和氣體冷卻器出水溫度T_w,out與水流量之間的關系式，如下：

式中，q為水流量的計算值，單位m³/h；q_max為跨臨界CO₂熱泵系統(tǒng)機組的最大水流量，單位m³/h；

基于水流量計算值，對k_p進行修正，從而減少超調，修正后增益的計算式如下，其中x＝q/q_max：

式中，k_p(k)為最終得到的第k個采樣時間的增益值，k_p0為經(jīng)典PID控制器的初始增益值，Δk_p(k)為模糊控制器輸出的增益修正值；

第六步，將最終輸出結果代入PID控制中，通過PID控制器控制跨臨界CO₂系統(tǒng)機組中水路流量調節(jié)閥的開度。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種跨臨界二氧化碳系統(tǒng)的水路模糊PID控制方法，特征在于，第一步中輸入?yún)?shù)ΔT的論域為[-10,10]，dΔT/dt的論域為[-5,5]，當ΔT小于-10時取為-10，當ΔT大于10時取為10，當dΔT/dt小于-5時取為-5，當dΔT/dt大于5時取為5；在模糊PID控制器中，第k個采樣時間的PID參數(shù)分別為:k_p(k)＝k_p0+Δk_p(k)，k_I(k)＝k_I0+Δk_I(k)，k_D(k)＝k_D0+Δk_D(k)；式中，k_p0，k_I0，k_D0分別為經(jīng)典PID控制器的初始參數(shù)；模糊PID控制器的輸出變量為Δk_p，Δk_I，Δk_D；它們的論域分別為：Δk_p為[-10,10]、Δk_I為[-10，10]、Δk_D為[-5，5]。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種跨臨界二氧化碳系統(tǒng)的水路模糊PID控制方法，特征在于，第三步中所述模糊推理規(guī)則表為：