變頻恒壓供水的原理及其控制算法仿真研究,給排水工程論文

變頻恒壓供水的原理及其控制算法仿真研究,給排水工程論文內(nèi)容摘要：水是人類賴以生存的物質(zhì)，生活供水是由供水系統(tǒng)實現(xiàn)的。文章以變頻恒壓供水系統(tǒng)來控制供水方式，對一個小區(qū)的用水情況進行控制分析。學(xué)習(xí)供水系統(tǒng)的特性和變頻控制的一般原理，研究其節(jié)能方面的作用，得出本系統(tǒng)對象每個環(huán)節(jié)的近似數(shù)學(xué)模型。在恒壓供水的前提下，文章研究的是最佳的控制策略，實現(xiàn)對小區(qū)用水的合理管理和高效運行，進而到達節(jié)約資源的目的。詳細內(nèi)容為通過對供水系統(tǒng)的三種控制策略進行比擬和分析，結(jié)合小區(qū)的供水系統(tǒng)的供水情況生成Simulink的構(gòu)造圖，把系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為對象的傳遞函數(shù)，并設(shè)計相應(yīng)的模糊控制器。總結(jié)出最合適該小區(qū)供水系統(tǒng)的控制策略，并說明其最佳的原因〔主要由于水壓的非線性變化〕。本文關(guān)鍵詞語：變頻調(diào)速;恒壓供水;模糊控制;PID;模糊PID;在變頻調(diào)速技術(shù)和計算機技術(shù)飛速崛起和持續(xù)改善的今天，變頻技術(shù)在很多生活電器上得到了普及和應(yīng)用，是提高控制系統(tǒng)能效的一種重要措施。將此項技術(shù)運用于小區(qū)的供水系統(tǒng)，對節(jié)約水資源、加強集中管理控制和改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性都具有重要意義，與社會所提倡的環(huán)保理念相照應(yīng)。因而本研究以此為出發(fā)點，對基于模糊PID控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)的算法展開研究，為完善供水系統(tǒng)的管理、加強工作可靠性、降低人工成本、減少超調(diào)和振蕩、提高系統(tǒng)運行管理的信息化水平提供必要的支撐條件，使供水系統(tǒng)調(diào)節(jié)愈加迅速、水壓趨于穩(wěn)定、操作方便簡潔、節(jié)能效果突出，且具有反響迅速的故障報警功能和開放的數(shù)據(jù)傳輸。1變頻恒壓供水的原理1.1供水系統(tǒng)的基本特性在供水系統(tǒng)中，若閥門的開度恒定，而水泵的轉(zhuǎn)動速度為某一個值時，揚程H和流量Q所構(gòu)成的函數(shù)H=f(Q〕就是供水系統(tǒng)的基本特性：流量Q變大，揚程H將變小。若水泵轉(zhuǎn)速也恒定，則用戶的用水情況能夠大部分的決定流量。因而，揚程H和用水流量Qu所構(gòu)成的函數(shù)就稱為揚程特性。當水泵的轉(zhuǎn)動速度恒定而閥門的打開程度為某一個數(shù)值時，揚程H和流量Q所構(gòu)成的函數(shù)H=f(Qu〕則稱為管阻特性。特性曲線反響出水泵的水位被水泵的能量降低的趨勢、水壓的差值以及水在管道中遭遇阻力的抖動規(guī)則。根據(jù)前面可得出，當閥門的開度不變時，揚程H變大，流量Q將隨之變大，由于當閥門開度變化時，供水系統(tǒng)向小區(qū)的住民供水的性能同步發(fā)生變化。揚程H和流量Qs一起構(gòu)成函數(shù)H=f(Qs〕。1.2變頻調(diào)速的原理異步電動機轉(zhuǎn)速n的表示出式為：1.3節(jié)能原理節(jié)能原理：采用轉(zhuǎn)速控制比閥門控制節(jié)省的能量為四邊形〔H1,D,F,H2〕。這是由于采用閥門控制時，電機轉(zhuǎn)動的速度不變，導(dǎo)致消耗的功率也不變。而轉(zhuǎn)速控制時，假如轉(zhuǎn)速降低，則它消耗的功率也會隨之減少，固能到達節(jié)能的效果。圖1水泵工作變速調(diào)節(jié)曲線2控制算法的仿真研究2.1數(shù)學(xué)模型的建立對系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，就要獲得每個部分的傳遞函數(shù)，在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，主要包括變頻器、控制器、泵組、傳感器等部分。華而不實，變頻器選用恒壓頻比的方式方法，其數(shù)學(xué)模型相當于一個比例環(huán)節(jié)；異步電動機采用近似省去電磁慣性，其數(shù)學(xué)模型近似相當于一個一階慣性環(huán)節(jié)；在零壓經(jīng)過中，水泵傳送水，壓力保持為零，此時管網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型在本文相當于一個純滯后環(huán)節(jié)；傳感器的頻寬被大多數(shù)系統(tǒng)所知足，固其數(shù)學(xué)模型可以等效為一個比例環(huán)節(jié)。綜合以上各部分的傳遞函數(shù)，能夠大致得出本文小區(qū)供水系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，它包括一個比例部分，一個純滯后部分和一階慣性部分。經(jīng)太多次測量和查閱資料，采用的數(shù)學(xué)模型為：2.2模糊控制器構(gòu)造設(shè)計與仿真模糊控制的控制器設(shè)計，其輸入是壓力信號和設(shè)定壓力的差值和差值的變化量，輸出U是調(diào)整后的壓力值，到達調(diào)整的效果。華而不實，輸入水壓偏差以及它的變化量和輸出水壓控制量的基本論域都為[-6,6]。模糊控制經(jīng)過專家和資深的實踐工作人員制作出對應(yīng)的規(guī)則，用模糊控制這種策略制定供水系統(tǒng)的模糊規(guī)則。2.3模糊PID控制器構(gòu)造設(shè)計與仿真由之前對基于模糊的PID控制的描繪敘述，我們對其原理已經(jīng)有了清楚的認識。而其控制器的設(shè)計也在上章有所描繪敘述。我們采用simulink中的FIS修改器來設(shè)定它的控制器，確定水壓輸入偏差和偏差變化量與水壓輸出控制量的從屬函數(shù)，由于最后是和PLC聯(lián)絡(luò)，采用三角函數(shù)。華而不實它們的語言變量和基本論域能夠參照上一章，在simulink中的fuzzy編輯器中的設(shè)定。在Simulink中能夠經(jīng)過Viewer來查看模糊控制器的規(guī)則，這樣看來愈加形象易懂。2.4控制策略仿真比擬與分析常規(guī)PID控制由于比例項的存在，能夠做到調(diào)節(jié)速度快；由于積分項的存在，能夠?qū)崿F(xiàn)使誤差降為零的反應(yīng)調(diào)整；由于微分項的存在，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)速度回升，但是對非線性的變化量，比方水壓的無周期變化等，無法到達很好的控制效果。模糊自適應(yīng)PID控制，由于模糊技術(shù)而降低了超調(diào)量，又能夠接受非線性的輸入變化，通過PID控制的快速響應(yīng)，模糊PID控制上升時間短，能夠?qū)嵢缃窬€自整定調(diào)整，控制精度很高，因而它是這次小區(qū)供水研究的最佳控制策略。3結(jié)束語本研究通過完善小區(qū)的供水系統(tǒng)、對生活用水進行合理布置，來實現(xiàn)節(jié)約水資源的目的。重點研究了系統(tǒng)的算法，分別對PID和模糊算法進行研究比擬，得出了一些特征：PID控制主要在穩(wěn)態(tài)性能方向占有優(yōu)勢，在動態(tài)特性方面則略有缺乏；而使用自然語言的模糊控制算法，在動態(tài)響應(yīng)方面非常突出，但是穩(wěn)態(tài)性是它的難題。以數(shù)學(xué)模型能否清楚明晰、精到準確來檢驗控制系統(tǒng)：當它清楚明晰易建立時，PID控制能夠獲得優(yōu)良的控制品；但清楚明晰度很低時，難以建模，PID控制就會亂成一團。而模糊控制正好能拯救這個難題。以自我適應(yīng)能力來檢驗控制系統(tǒng)：PID控制對于像本文所研究的對象無計可施，只能依靠擁有優(yōu)良魯棒性的模糊控制來修正。三者的仿真比擬得出：PID控制下的曲線響應(yīng)速度很快，但基于模糊的PID控制的上升時間較快；模糊控制的曲線無法到達誤差恒等于零，而基于模糊的PID與常規(guī)的PID控制能夠達成；模糊PID控制的超調(diào)量也較低，并且在水壓差值大的時候迅速響應(yīng)，在差值小的時候能夠放慢速度。因而，基于模糊的PID控制是供水系統(tǒng)最合適的控制手段。除此之外，本文對供水系統(tǒng)控制算法的研究仍存在一些缺陷，主要就是由于模糊的PID控制算法是來自模糊思想，而它又以模糊規(guī)則為基礎(chǔ)，假如人們對一些系統(tǒng)的認知和實踐不夠，就無法得出能夠精到準確調(diào)整的規(guī)則，會導(dǎo)致系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。以下為參考文獻[1]齊繼陽，孟洋，李金燕，王凌云.模糊PID在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動化與儀表，2021(3):44-47.[2]唐莎.基于模糊PID控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)[J].機電工程技術(shù)，2021(1):98-100.[3]吳嘯雄，施紀偉.基于模糊PID控制的變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計研究[J].硅谷，2020(13):62-63.[