一種基于自適應(yīng)控制的冷凍離心機(jī)溫度控制算法

陳兆仁，劉婉貞

(1.湖南師范大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410006；2.長(zhǎng)沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410217)

國(guó)內(nèi)外冷凍離心機(jī)的溫度控制行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是正負(fù)2度范圍內(nèi)，例如設(shè)置溫度為4度，則溫度變化在2度到6度范圍內(nèi).現(xiàn)有的冷凍離心機(jī)溫度控制算法大多采用PID算法，這種算法在溫度急劇變化的條件下，很難達(dá)到行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，往往超溫，即高于設(shè)置溫度2度以上，影響檢測(cè)結(jié)果.筆者通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)，提出一種基于自適應(yīng)控制的算法，對(duì)不同類(lèi)型的冷凍離心機(jī)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明溫度控制精度范圍在設(shè)置溫度的正負(fù)1度范圍內(nèi).

1 冷凍離心機(jī)的結(jié)構(gòu)

1.1 冷凍離心機(jī)制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

冷凍離心的機(jī)制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是由壓縮機(jī)、環(huán)型圓柱型的制冷缸、毛細(xì)管、加熱管、轉(zhuǎn)子等組成，加熱管環(huán)繞在環(huán)型圓柱型缸中間.毛細(xì)管、加熱管都是導(dǎo)熱性高的銅管，圓柱型缸內(nèi)側(cè)是不銹鋼，圓柱型缸外側(cè)是鐵，加熱管夾在中間.

1.2 工作原理

在壓縮機(jī)的壓力驅(qū)動(dòng)下，冷氣在毛細(xì)管道中流動(dòng)，環(huán)型圓柱型的缸內(nèi)壁在冷氣的作用下內(nèi)壁溫度急劇下降，由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)使缸內(nèi)壁溫度在缸體內(nèi)迅速擴(kuò)散，鋼體內(nèi)溫度急速降低.同理，當(dāng)加熱管中加熱氣時(shí)，在1至5秒內(nèi)鋼體內(nèi)溫度急速升高.冷氣和熱氣由控制電路控制電磁閥通斷，分別控制冷氣和熱氣流入毛細(xì)管道和加熱管道.

2 溫度變化規(guī)則及算法

2.1 缸內(nèi)溫度的數(shù)學(xué)模型

三年來(lái)通過(guò)分析冷凍離心機(jī)的溫度數(shù)據(jù)，得到如下數(shù)學(xué)模型[1]：

f(t)= f(t-1)sin(t)( kxt1≤t≤kx t2)

(1)

其中為K正速數(shù)，t為時(shí)間域，單位為ms，為了便于計(jì)算處理，可將t的取值范圍設(shè)為0～4096.在實(shí)際的控制過(guò)程中，由于采樣時(shí)間限制，所以測(cè)量的溫度值是離散的，因些函數(shù)f(t)在不同的時(shí)域內(nèi)其峰值會(huì)不相同，其變化規(guī)則如圖1(a)所示.

由(1)得Δf= f(t2)- f(t1)，Δt=t2- t1,

(2)

“粉銷(xiāo)”的興起：隨著渠道為王的時(shí)代過(guò)去，分銷(xiāo)模式也逐漸被企業(yè)遺棄，從分銷(xiāo)向零售的轉(zhuǎn)型在家電市場(chǎng)已不是一個(gè)陌生的話(huà)題，然后隨著時(shí)間的推移，我們的研究發(fā)現(xiàn)“粉銷(xiāo)”正在興起。一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子就雙11期間，部分企業(yè)投入的大量資源購(gòu)買(mǎi)流量，然而轉(zhuǎn)化率并不理想。數(shù)據(jù)顯示自發(fā)性品牌搜索和產(chǎn)品搜索的人群占比正在提升，而這部分群體也是消費(fèi)升級(jí)的主要承載體。2019年，市場(chǎng)正在向優(yōu)質(zhì)品牌傾斜，希望做好高效率的營(yíng)銷(xiāo)，首先從完善品牌認(rèn)知，強(qiáng)化產(chǎn)品品質(zhì)開(kāi)始。

由上述關(guān)系，得出缸內(nèi)溫度動(dòng)態(tài)變化情況如圖1(b)示，

由圖1 可知，溫度變化的范圍寬.

圖1(a) 缸內(nèi)溫度動(dòng)態(tài)變化圖

圖1(b) 缸內(nèi)初始溫度急劇變化示意圖

其中縱軸為溫度，橫軸為時(shí)間，f(S)為設(shè)置溫度，f(H)為上限溫度，f(L)為下限溫度，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)f(H)≤f(s)+2, f(L)≥f(s)-2，A、B、C三點(diǎn)為加熱控制點(diǎn).由圖1(a)可知，溫度從室溫開(kāi)始急劇下降到f(s),然后繼續(xù)往f(L)方向降溫，在加熱的控制下再往f(s)方向升溫，如此循環(huán)往復(fù)，使溫度在f(H)≤f(s)+2, f(L)≥f(s)-2范圍內(nèi)變化.圖1(b)溫度從室溫開(kāi)始降到f(L)下，再重復(fù)上述控制過(guò)程.

2.2 f(H)和f(L)制約因素

影響f(H) 和f(L)制約因素很多，其中最主要的是環(huán)境溫度、轉(zhuǎn)子大小、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等，所以為了解決環(huán)境溫度的影響，要求離心機(jī)在室溫下運(yùn)行.

2.3 溫度控制點(diǎn)分析

圖2 溫度受控點(diǎn)

A點(diǎn)是溫度下降控制點(diǎn)，當(dāng)溫度從高到低變化時(shí)，一旦變化到A點(diǎn)時(shí)，這個(gè)時(shí)候開(kāi)始加熱，當(dāng)溫度升至B點(diǎn)停止加熱.

2.4 溫度控制算法

第一步 設(shè)置溫度控閾值f(o).

則加熱.

第三步 如果f(a)-f(L)超過(guò)0.2則制冷，跳過(guò)第四步.

第五步 返回第一步.

注意， 第一步要根據(jù)PID算法設(shè)定動(dòng)態(tài)的閾值f(o)[3].f(L)值根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，再依據(jù)中值數(shù)字濾波法確定.

3 運(yùn)行測(cè)試數(shù)據(jù)

該算法已應(yīng)用于超大CDM7、TGL18、DDL6、TGL16E微量等冷凍機(jī)型，表1 至表4記錄了不同條件下的運(yùn)行結(jié)果.表1是該算法應(yīng)用于超大CDM7冷凍機(jī)型的測(cè)試結(jié)果，運(yùn)行15分鐘，轉(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/分，在環(huán)境溫度10度左右測(cè)試的數(shù)據(jù).

表1 應(yīng)用于超大CDM7冷凍機(jī)型的測(cè)試結(jié)果

表2是該算法應(yīng)用于超大CDM7冷凍機(jī)型的測(cè)試結(jié)果，運(yùn)行15分鐘，轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分，環(huán)境溫度35度左右的測(cè)試數(shù)據(jù).

表2 應(yīng)用于超大CDM7冷凍機(jī)型的測(cè)試結(jié)果

表3是該算法應(yīng)用于TGL16E冷凍機(jī)型的測(cè)試結(jié)果，運(yùn)行15分鐘，轉(zhuǎn)速16000轉(zhuǎn)/分，環(huán)境溫度10度左右測(cè)試的數(shù)據(jù).

表3 應(yīng)用于TGL16E冷凍機(jī)型的測(cè)試結(jié)果

表4是該算法應(yīng)用于TGL16E冷凍機(jī)型的測(cè)試結(jié)果，運(yùn)行15分鐘，轉(zhuǎn)速14000轉(zhuǎn)/分，環(huán)境溫度35度左右測(cè)試的數(shù)據(jù).

從上面表格的實(shí)際記錄數(shù)據(jù)中，可以看出，不同類(lèi)型的離心機(jī)在不同轉(zhuǎn)速、不同的境溫度的條件下，溫度的控制精度的上限溫度值和下限溫度值均在設(shè)置溫度(4度)的正負(fù)1度范圍以?xún)?nèi)即f(H)≤f(s)+1, f(L)≥f(s)-1,高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)f(H)≤f(s)+2, f(L)≥f(s)-2的控制精度要求，大大提高了冷凍離心機(jī)溫度的控制精度.

表4 應(yīng)用于TGL16E冷凍機(jī)型的測(cè)試結(jié)果