[發明專利]一種跨臨界二氧化碳系統的水路模糊PID控制方法

有效

• 申請號: 201811408567.7
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109270843B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（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

本發明公開了一種跨臨界二氧化碳系統的水路模糊PID控制方法，包括步驟如下：第一步，確定變量及其論域；第二步，對變量進行模糊化處理，建立隸屬度函數；第三步，建立模糊推理規則表；第四步，模糊推理和解模糊；第五步，根據跨臨界CO₂熱泵系統的運行工況，修正計算結果；第六步，將最終輸出結果代入PID控制中，執行控制。本發明可以在線修改PID的調節控制參數k_P、k_I、k_D，具有控制精度高、控制穩定性強、控制效率高、控制可靠性強的優點，比普通的PID控制方法，更適合跨臨界CO₂熱泵系統換熱延遲、動態變化的控制需求。針對性的控制策略可以保證在機組運行的極端工況下控制的穩定和安全。

技術領域

本發明屬于熱泵技術領域，特別涉及一種跨臨界二氧化碳系統的水路模糊PID控制方法。

背景技術

近年來，隨著溫室效應的不斷加劇，研究機構和政府部門越來越關注環境友好性良好的制冷劑。自然工質制冷劑因此受到越來越多的關注，CO₂作為自然工質臭氧層破壞潛能值ODP為0，全球變暖潛力指數GWP為1，具有優越的環境友好性能。早在19世紀80年代，CO₂就被引入制冷空調領域，CO₂作為天然存在的無機化合物，具有良好的安全性和化學穩定性，安全無毒，不可燃，常溫常壓下為氣態(無相變爆炸風險)，不管是生產、運輸還是使用，均對環境無污染。同時CO₂的單位容積制冷量是傳統制冷劑的3～5倍，這意味著提供相同熱泵能力所需要的壓縮機排量更小，機組充注量更少，縮小了機組體積。同時CO₂絕熱指數較高，跨臨界制冷循環的壓縮比較小，壓縮機效率高。前國際制冷學會主席G.Lorentzen提出了標準跨臨界CO₂循環系統，CO₂在制冷學科中再次回歸到主流的研究中來。

現代家庭為滿足熱水需求所消耗的能源已達到生活總能源消耗量的20％～30％，傳統的生活熱水制取方式包括燃燒熱能(化石燃料、生物燃料)直接加熱、電熱轉換、太陽能集熱等方式。這些傳統的熱水制取方式不僅能源利用率低而且會造成一定程度上的環境污染。采用跨臨界CO₂熱泵技術，可以直接一次性提供高于65℃以上的熱水。同時，還可以利用廢熱供應熱源，大量節約一次能源消耗，減少環境污染指標。利用跨臨界CO₂熱泵提供65℃的熱水，全年系統可以節約至少64％能源消耗。因此，無論是在民用還是在商用領域，跨臨界CO₂熱泵系統均具有其他制熱方式所不能夠比擬的節能和環保優勢。

在跨臨界CO₂熱泵熱水器中，水路系統是整個機組中非常重要的一部分，其不僅和機組的生產熱水需求有關，同時也影響著系統的正常工作。跨臨界CO₂熱泵系統的水路一般由管路，水泵，水路電磁閥，流量調節閥(或變頻器)，靶流開關等部件組成，其中流量調節閥是水路系統中起到控制水流量的關鍵部件。因為跨臨界CO₂熱泵系統有別于傳統熱泵系統的超臨界區放熱溫度滑移現象，其出水溫度范圍較傳統熱泵熱水器大大增加，可以實現55℃～90℃的大范圍出水，因此可以實現對目標出水溫度的選擇，這就對水路控制提出了要求。而且，由于水路的流速、流量直接影響系統的氣體冷卻器側的換熱情況，進一步將影響系統的排氣壓力，如若水路控制不佳，將會導致系統高壓側壓力波動劇烈，排氣壓力過高等安全隱患，這就對水路控制的速度和穩定性也提出了要求。

由上述可見，針對跨臨界CO₂熱泵系統中的水路控制，提出精度高、穩定性好、效率高、可靠性強的控制方法，對其高效安全運行具有重大意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種跨臨界二氧化碳系統的水路模糊PID控制方法，以解決現有跨臨界二氧化碳熱泵系統控制中存在的問題；本發明能有效地控制跨臨界二氧化碳熱泵系統的水路流量，出水溫度范圍大且能夠實現精度高、穩定性好、效率高、可靠性強的水路控制。