[發(fā)明專利]一種溴化鋰吸收式制冷機(jī)的自抗擾前饋控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910108596.X
• 申請日: 2019-02-03
• 公開（公告）號: CN109858163B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何婷;李東海;薛亞麗;吳振龍
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;F25B49/04
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

1.一種溴化鋰吸收式制冷機(jī)的自抗擾前饋控制方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)確定對象傳遞函數(shù)及三個擾動傳遞函數(shù)：

采用開環(huán)階躍辨識方法獲得溴化鋰吸收式制冷機(jī)的對象傳遞函數(shù)，以及熱源水、冷卻水和冷媒水?dāng)_動傳遞函數(shù)；

在吸收式制冷機(jī)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，使控制量熱源水流量在5％～10％小范圍內(nèi)階躍變化，記錄冷媒水出口溫度變化曲線，采用最小二乘方法辨識得到對象的傳遞函數(shù)G_p(s)，辨識得對象傳函數(shù)形式為：

式中，K，T，n分別是對象傳遞函數(shù)G_p(s)的增益、時(shí)間常數(shù)和階次，s是拉普拉斯算子；

同樣地，在吸收式制冷機(jī)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，分別使熱源水入口溫度、冷卻水入口溫度和冷媒水入口溫度在5％～10％范圍內(nèi)階躍變化，分別記錄冷媒水出口溫度的變化曲線，采用最小二乘方法辨識得三個不同擾動源的擾動傳遞函數(shù)，分別記為D₁(s)，D₂(s)和D₃(s)；擾動傳遞函數(shù)形式如下：

式中，D₁(s)為熱源水?dāng)_動傳遞函數(shù)；D₂(s)冷卻水?dāng)_動傳遞函數(shù)；D₃(s)冷媒水?dāng)_動傳遞函數(shù)；s是拉普拉斯算子，K₁，T₁，m₁分別是熱源水?dāng)_動傳遞函數(shù)D₁(s)的增益、時(shí)間常數(shù)和階次；K₂，T₂，m₂分別是冷卻水?dāng)_動傳遞函數(shù)D₂(s)的增益、時(shí)間常數(shù)和階次；K₃，T₃，m₃分別是冷媒水?dāng)_動傳遞函數(shù)D₃(s)的增益、時(shí)間常數(shù)和階次；

2)設(shè)計(jì)自抗擾反饋與擾動前饋相結(jié)合的控制方法進(jìn)行控制：

該控制方法包括自抗擾反饋控制、前饋控制和總控制量結(jié)合，該控制方法以冷媒水出口溫度測量值y為被控量，熱源水流量u為控制輸出；

自抗擾反饋控制部分：以冷媒水出口溫度測量值y和設(shè)定值r為輸入，采用二階線性自抗擾算法進(jìn)行反饋控制；自抗擾反饋控制的輸出記為u_a，自抗擾控制算法的計(jì)算步序用k表示，計(jì)算步長用h表示；

將當(dāng)前計(jì)算步序k的冷媒水出口溫度測量值y(k)和自抗擾算法輸出值u_a(k)，輸入擴(kuò)張狀態(tài)觀測器中，計(jì)算出下一個計(jì)算步序測量值、測量值導(dǎo)數(shù)和總和擾動的觀測值，分別是z₁(k+1)，z₂(k+1)和z₃(k+1)，其計(jì)算表達(dá)式為：

式中，β₁，β₂，β₃和b₀是自抗擾算法中擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的參數(shù)；

輸入下一個計(jì)算步序k+1的冷媒水出口溫度設(shè)定值r(k+1)，得到下一個計(jì)算時(shí)序的自抗擾算法控制量輸出值u_a(k+1)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中，k_p和k_d是自抗擾算法中的反饋增益參數(shù)；

前饋控制部分：分別以熱源水入口溫度擾動d₁、冷卻水入口溫度d₂和冷媒水入口溫度d₃為三個前饋傳遞函數(shù)的輸入，三個前饋傳遞函數(shù)的輸出分別記為u_d1，u_d2和u_d3；三個前饋傳遞函數(shù)為熱源水前饋傳遞函數(shù)F₁(s)，冷卻水前饋傳遞函數(shù)F₂(s)和冷媒水前饋傳遞函數(shù)F₃(s)，通過擾動傳遞函數(shù)D₁(s)、D₂(s)和D₃(s)分別除以對象傳遞函數(shù)G_p(s)獲得；

總控制量結(jié)合部分：對于下一時(shí)刻k+1，將自抗擾控制算法的輸出u_a(k+1)，分別減去前饋傳遞函數(shù)的控制量輸出u_d1(k+1)，u_d2(k+1)和u_d3(k+1)，獲得當(dāng)前時(shí)刻熱源水流量的控制量u(k+1)，其計(jì)算表達(dá)式為：

u(k+1)＝u_a(k+1)-[u_d1(k+1)+u_d2(k+1)+u_d3(k+1)]

3)對自抗擾控制參數(shù)進(jìn)行整定：

根據(jù)2)中所述的自抗擾反饋控制，確定需要調(diào)整的控制參數(shù)有六個，采用以下定量化自抗擾控制參數(shù)進(jìn)行整定：

上述整定公式中n，T，K分別為辨識得對象傳遞函數(shù)G_p(s)中的參數(shù)；ω_c和ω_o是參數(shù)整定公式計(jì)算的中間量；k是參數(shù)整定公式中唯一需要調(diào)整確定的整定參數(shù)，其取值范圍為2.5～4；

4)對前饋傳遞函數(shù)F₁(s)、F₂(s)和F₃(s)進(jìn)行簡化：

當(dāng)對象傳遞函數(shù)的階次n大于擾動傳遞函數(shù)的階次m₁、m₂和m₃時(shí)，出現(xiàn)前饋傳遞函數(shù)F₁(s)、F₂(s)和F₃(s)分子階次大于分母階次的情況；此時(shí)，采用零頻率s＝0增益來簡化前饋傳遞函數(shù)的方法，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

2.如權(quán)利要求1所述的一種溴化鋰吸收式制冷機(jī)的自抗擾前饋控制方法，其特征在于：所述的溴化鋰吸收式制冷機(jī)為熱水型機(jī)組、煙氣型機(jī)組或蒸汽型機(jī)組；所述機(jī)組為單效型或雙效型。