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模糊PID控制在冷藏集装箱制冷容量控制中的应用

2016-02-27 08:26:12中国亚博88网址招标网

  王本明(青岛远洋船员学院机电系)提要将模糊控制理论应用于冷藏集装箱制冷系统的“过热度”和“制冷容量”

  控制中,把常规的PID控制模式改造为比例、积分、微分三增益按模糊控制规律自动优化调整的模糊PID控制模式,从而可使整个系统的工作状态更加合理、稳定、节能,获得较理想的控制效果。

  由于PID控制器适用于各种控制对象而无需知道它们的数学模型,所以在很多领域中得到了广泛地应用,但是,PID控制尚存在一些问题,例如,因PID参数(kp、比、kd)一旦被整定就不能在控制过程中根据需要进行自动调整,从而使过渡过程常常出现较大的超调和较长的过渡时间;对于那些非线性、时变的对象和过程,还会出现PID参数难于整定等不够理想的控制效果。

  利用模糊控制规则给出在不同实时状态下的P1D参数模糊推理结果,实现对PID参数(kp、k,kd)的实时修正,可以满意地解决上述P1D控制中存在的问题。模糊参数PID控制系统结构如所示。

  1冷藏集装箱调温系统冷藏集装箱调温系统如所示,该系统由两台压缩机、两组电加热器、一个电子膨胀阀(EEV)和一个控制随动阀CMV)等部件组成,这些部件在微电脑温度控制器的控制下,实现了箱内货物的保温储藏功能。

  冷藏集装箱是一种储运各种冷冻或冷藏保鲜货物的特殊保温容器,它有以下特点:一是保温范围宽,可以在+50°C一30°C的环境温度下将箱内温度保持在一20°C+20°C的设定温度上,特别是对温控精度要求严格的贵重冷藏货物,还需要良好的容量控制能力;二是环境多变,要经受车运、堆场等候、船运及不同时节、地理位置等多变的工作环境考验;三是调温巡风路径长,供、回风处货物容易出现较大温差而导致局部货损等。因此,冷藏集装箱保温系统应该具有较强的调温保温能力、较高的参数自适应能力、冷藏集装箱调温系统无超调和稳定平缓的调温特性。

  原冷藏集装箱微电脑控制系统中采用双路常规PID控制:①蒸发器出口气态冷剂的改进为模糊参数自适应PID控制模式,使压缩机的工作状态与能量调节更加合理、节能、提高供/回气温度的稳定性、减少超调量,从而获得较理想的温控效果。

  子膨胀阀(EEV)“的开度,使蒸发器出口气态冷剂的‘过热度’恒定,以保持最适量的(k)由TDK检测,蒸发器出口制冷剂汽化压力E0P(k)LPT检测,由EOP(k)查表一1计算出饱和温度EOPT(k),再将TDK检测的EOT(k)的减去在表1中换算出的饱和温度EOPT(k)求出”过热度SHT(k)“,而”设定过热度SSHT“与”过热度SHT差即为PID偏差值e(k):表1R134a汽化压力表温度'c饱和压力温度°c饱和压力温度V饱和压力温度V饱和压力一6(k)查表一1在微电脑“过热度”PID控制器中,所采用的PID增量式离散差分方程是:其中:T是采样周期(20ms)差值。

  kp、k,ka分别是比例、积分、微分增益,它们可以通过扩充临界比例度法整定求取。

  (k)是脉冲量,Au(k)控制步进电机的转向和步数,步进电机则驱动和改变电子膨胀阀的开度。步进电机对电子膨胀阀开度的控制关系如所示。图中电子膨胀阀从“全关”到“全开”步进电机步进脉冲数为24个,通过系统调试,使电子膨胀阀在“设定过热度”时的开度为50%(对应120个脉冲处),而后输出增量Au(k)在50%开度的基础上进行正向、反向各120个脉冲的输出控制,使蒸发器出口气态冷剂过热度恒定。

  制随动阀(MV)“的开度,将压缩机排出端高温压缩气体旁通电子膨胀阀(EEV)流进由供风温度传感器SUPT检测,将”箱内温度设定值SPT“与”供风温度SUPT容量控制是为温度设定值在一5°c以上时的冷藏保鲜工况而设置,并且只有在一rc+ 1.5°C时,容量控制才起作用,控制随动阀MV才始受控。

  步进电机对控制随动阀开度的控制关系如图一4所示,图中控制随动阀从“全关”

  到“全开”步进电机步进脉冲数为336个,通过系统调试,使电子膨胀阀在“设定过热度”时的开度为50%(对应168个脉冲处),而后输出增量Au(k)在50%开度的基础上进行正向、反向各0168个脉冲的输出控制。

  这里所说的模糊PID控制,是依据偏差e(k)和偏差变化率Ae(k)的大小和方向,按照特定的模糊控制规则,对“、”负小(NS)“、”零(Z0)“、的三角形如所示。所有交集中最大隶属度的最大值p=0.5,每种语言变量间都具有较好的灵敏性和鲁棒性。

  为了推导kp、k,kd的大工业控制规则,先将它们的范围都归一化到:e和Ae的隶属函数修正系统6、心、幻是在闭区间取值,其语言变量只取“大(L)”和“小(S)”两个值,这两种语言变量的隶属函数如所示。

  表3表4根据人的PID控制经验,按照下述模糊控制规则的语言格式:ife(k)=A!andAe(k)=Bithenkfp=Q,kfd=D,k\=Ej推断出W的模糊控制规则如表2、表3、表4所示。

  表2 4,5,6确定表5的结构,再根据L.A.Zadeh的模糊推算法求出各当前输入量和输出量的模糊截集,然后再根据中的论域值,0.2,0.4,0.6,重心原则,对模糊量进行模糊判决,求得表5中比例放大系统各当前输出项的输出量如表5所示。

  表5灸'的修正系数一在线控制过程中,查表5适时地对%进行修正,而后按的归一化公式(2)-/:pmin)/(勾-心)用于实时控制的比例系数kp,实现对比例系数kp的模糊参数自适应控制。

  对于微分和积分系数ki、处理方法与比例系数kp相同,不再重述。

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