[發明專利]海洋核動力船用溴化鋰制冷機變結構控制系統和控制方法

有效

• 申請號: 202010624399.6
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111735228B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 胡三華;姚波;謝小華;馬以文;湯青松
• 申請（專利權）人: 中船重工湖北海洋核能有限公司
• 主分類號: F25B15/06
• 分類號: F25B15/06;F25B49/04;G21D1/02
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 徐祥生

1.一種海洋核動力船用溴化鋰制冷機變結構控制系統，包括溴化鋰制冷機(1)、乏汽管道(2)、冷水進口管(3)、冷水出口管(4)和可編程控制器(5)，其特征在于：乏汽管道(2)通過電動調節閥(6)與溴化鋰制冷機(1)連接，乏汽管道(2)上設置有乏汽壓力傳感器(7)和乏汽溫度傳感器(8)，冷水進口管(3)上設置有進水溫度傳感器(9)，冷水出口管(4)上設置有出水溫度傳感器(10)，可編程控制器(5)包括選擇開關(5.1)、邏輯運算器(5.2)、切換開關(5.3)、PID控制器(5.4)和混合控制器(5.5)，混合控制器(5.5)包括用于組成閉環控制的第一控制器(5.5.1)、第三控制器(5.5.3)和用于確保系統穩定裕度和靈敏性的第二控制器(5.5.2)，PID控制器(5.4)的信號輸入端和信號輸出端、混合控制器(5.5)的信號輸入端和信號輸出端分別與切換開關(5.3)連接，乏汽壓力傳感器(7)、乏汽溫度傳感器(8)、進水溫度傳感器(9)和出水溫度傳感器(10)的信號輸出端分別與邏輯運算器(5.2)的信號輸入端連接，邏輯運算器(5.2)的信號輸出端與切換開關(5.3)連接，電動調節閥(6)的控制信號輸入端與切換開關(5.3)連接。

2.用權利要求1所述的控制系統對海洋核動力船用溴化鋰制冷機進行變結構控制的方法，包括以下步驟：

S1.選擇切換模式；

將選擇開關(5.1)置于“手動”或“自動”處；

S2.選擇控制模式；

S2.1.手動選擇；

選擇開關(5.1)置于“手動”處，操作人員根據系統工況和經驗，將切換開關(5.3)置于“PID控制器”或“混合控制器”處；

S2.2.自動選擇；

選擇開關(5.1)置于“自動”處，邏輯運算器(5.2)根據乏汽壓力傳感器、乏汽溫度傳感器、進水溫度傳感器和出水溫度傳感器的信號，進行邏輯運算，判斷當前系統工況并自動輸出信號：當乏汽量較小且變化較大，冷水溫差值較大且變化較大，系統可能會出現不穩定狀態時，將切換開關(5.3)切換至“混合控制器”；其他情況下，則將切換開關(5.3)切換至“PID控制器”；

S3.變結構控制；

S3.1.傳統PID控制；

當步驟S2選擇“PID控制器”時，由PID控制器(5.4)對溴化鋰制冷機進行傳統PID控制；

S3.2.解析式混合控制；

當步驟S2選擇“混合控制器”時，由混合控制器(5.5)對溴化鋰制冷機進行解析式混合控制；

S3.2.1.建立數學模型；

通過測試獲得被控對象的數學模型，以分子解析式表示為：

P＝K_p(s+e₁)(s+e₂)…(s+e_g)/(s+f₁)(s+f₂)…(s+f_h)

式中：hg，e_i(i＝1、2、…g)為零點，f_j(j＝1、2、…h)為極點，k_p為比例系數，均為無量綱系數，P的輸入函數為閥門開度函數，輸出函數為冷水出口溫度函數；

S3.2.2.計算靈敏性函數S；

在穩定性條件和性能約束條件下，獲取具有最優靈敏性的S函數；

S3.2.2.1.給定一組合理的閉環函數T極點和S函數的部分零點，T與S互為補函數，T＝1-S，T直接影響系統的穩定性，S直接影響系統的靈敏性，兩者相互制約；

S3.2.2.2.根據系統性能指標要求，確定一組包括穩定性條件和性能約束條件的約束條件，作為插值條件；

S3.2.2.3.通過插值方法，求取S函數，即在D域內尋找一組閉環極點，在F域內尋找必須給定的S函數零點，使得Min||S||_∞q；

S3.2.2.4.求取T函數；T＝1-S，計算||T||_∞值，是否滿足要求,若不滿足要求，則返回到步驟S3.2.2.1，重新給定一組合理的閉環函數T極點和S函數的部分零點，進行計算，直到得到符合要求的S函數；

S3.2.3.計算混合控制器(5.5)的傳遞函數C；

由步驟S3.2.1-S3.2.2得到的P函數、T函數和S函數，根據以下公式，求得C函數，

C＝T/PS；

S3.2.4.計算第一控制器(5.5.1)、第二控制器(5.5.2)和第三控制器(5.5.3)的分函數C1、C2和C3；

上述求得的C以解析式表示為：

C＝K_K(s+b₁)(s+b₂)...(s+b_m)/(s+a₁)(s+a₂)...(s+a_n)

式中K_K常量，s為變量，a_i(i＝1、2、…n)、b_j(j＝1、2、…m)分別為極點和零點，nm；

設:由C1、C3組成閉環回路的傳遞函數Cuv＝(s+a)/k(s-a),

C1＝k1(s+d)/(s+b),C3＝k2；

則有d＝a,k1＝1,k2＝k-1,b＝(-2k+1)a，其中k1/2,k≠0；

C2＝k*k_k(s+b₁)(s+b₂)...(s+b_m)/(s+a)(s+a₂)...(s+a_n)；

S3.2.5.搭建混合控制器；

C具有一個右半平面極點a,設a₁＝-a,a0,C為不穩定控制器，故搭建混合控制器：C1、C3組成閉環回路，實現C的不穩定部分，C2實現C的其余部分；

S3.2.6.混合控制器(5.5)對溴化鋰制冷機(1)進行解析式混合控制；

混合控制器(5.5)根據出水溫度給定值同出水溫度傳感器(10)的差值，用控制算法計算出有效的閥門開度值，控制電動調節閥(6)的開度，調節進入溴化鋰制冷機(1)的乏汽量，直至冷水溫度到達給定值并且系統運行穩定。