面向车载压缩空气泡沫发生单元的自适应控制方法与流程

本发明涉及消防车领域，尤其涉及面向车载压缩空气泡沫发生单元的自适应控制方法。

背景技术：

1、压缩空气泡沫消防车是一种具有压缩空气泡沫发生器的消防车辆。它通过先将泡沫剂与水进行混合成泡沫混合液，再跟压缩空气混合后发泡，最后通过消防枪或消防炮将其喷射到火灾现场，形成覆盖面广、灭火效果好的泡沫。

2、压缩空气泡沫消防车一般会配置多个不同型号的消防枪或消防炮，每个消防枪或消防炮配备一个压缩空气泡沫发生单元，并通过一个消防泵和一个车载空压机为所有单元提供水和压缩空气，其中总压缩空气流量为一个定值，每个单元通过一个水流量调节阀调节水的流量，特别是在打a类泡沫时，由于压缩空气流量为一个定值，所以当前水的流量改变时，因此泡沫类型会根据水的流量变化而发生改变，此种控制方法有以下几个问题：

3、问题一，如果在稳定状态下改变一个支路上的流量，由于总流量不变，则会影响另外支路上的流量，进而影响另外支路的灭火效果；

4、问题二，现有产品一般都是通过一个压力平衡阀来调节消防泵和一个车载空压机的出口总压力间的平衡，如果单元内的流量变化会变化，则会影响总压力的变化，进而影响压力平衡，也会影响其它单元的系统稳定；

5、问题三，由于系统压力会自动保持基本恒定，射程跟流量有关，假设当前火灾适合用用a类干泡沫灭火，此时的阀门对应开度50%，但是射程25m，如果此时想增大流量和射程，需要进一步打开水流量阀门开度，但随着阀门的打开，会变成a类湿泡沫，并不符合当前灭火，进而影响当前的灭火效率。

6、因此，为解决上述问题，急需开发一种各支路流量、压力、混合比可独立控制的单元，极大降低单元内的压力、流量受其它单元的影响，互不干涉，可提高系统的稳定性，并且当水支路流量调节阀开度从0-100%调节时，通过自适应算法，根据当前类型的混合比要求，同时调节泡沫原液及压缩空气的流量，使各物质的混合比始终保持不变，实现同一种泡沫最小射程到最大射程之间连续可调，以适应不同的火灾场景。

7、综上所述，有必要提出面向车载压缩空气泡沫发生单元的自适应控制方法。

技术实现思路

1、本发明实施例的技术方案，针对消防车所配备的主流压缩空气泡沫系统，为解决现有系统的各支路相互干涉、适应能力不足等问题，提出了一种面向车载压缩空气泡沫发生系统独立单元及自适应控制方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了面向车载压缩空气泡沫发生单元的自适应控制方法，具体控制流程如下：

3、s1，过控制面板发送水流量调节阀开度及泡沫类型的控制信号；

4、s2，控制器通过信号转换算法，将水流量调节阀开度转化为输出信号，用以控制阀门开度达到预定开度；

5、s3，控制器采集水流量信号，通过线性标定算法计算获得当前水流量，然后根据当前要喷射的泡沫类型，再通过流量计算算法计算所需泡沫流量和压缩空气流量；

6、s4，根据泡沫泵转速控制算法，计算得到泡沫泵的转速，把泡沫流量控制在所需要的流量；

7、s5，根据压缩空气流量控制算法，通过控制压缩空流量调节阀开度控制压缩空气的流量，以此控制在所需流量；

8、s6，再根据压力平衡方法，通过调节支路水和支路压缩空气的压力，控制支路水的压力和支路压缩空气的压力在一定的范围差内。

9、其中，所述面板发送的水流量调节阀开度控制信号可以为两种一种是经过未经过处理的原始信号和经过处理的开度信号，对于未处理的原始信号需要先将原始信号先转换为阀的开度信号，再进行算换，具体转换方法如下，对于经过处理的开度信号直接进行信号转换；所述信号转换算法是将面板发送的水流量调节阀开度控制信号转换成可以控制水流量调节阀开度信号，实现水流量调节阀开度0-100%的连续调节。

10、其中，所述流量计算算法用于计算所需泡沫流量和压缩空气流量，具体计算公式：

11、所需泡沫流量q泡沫=k1q水，其中k1为泡沫原液与水流量比，q水为水流量；

12、所需泡沫流量q空气=k2q水，其中k2为压缩空气与混合液水流量比。

13、其中，所述泡沫流量的控制算法：先采集泡沫原液流量计信号，通过标定算法获得当前泡沫原液流量，再根据当前泡沫原液流量，利用泡沫泵转速控制算法计算得到泡沫泵期望转速，并控制电机运动，泡沫泵转速控制算法计算公式如下：

14、假设每次运算周期为t，qn为当前泡沫流量，qn-1为前一次泡沫流量，sq为期望流量，e为误差阈值；

15、如果sq-qn>e，泡沫泵的转速n=n+a/(kt)，0<k<1，a为电机的加速度；

16、如果sq-qn<=e，泡沫泵的转速n=n+(sq-qn)/(qn-qn-1)*a/(kt)。

17、其中，所述压缩空气流量控制算法：先采集压缩空气流量计信号，通过标定算法获得当前压缩空气流量，再根据当前压缩空气流量，利用压缩空气流量控制算法计算得到压缩空气流量调节阀期望开度信号，并控制压缩空气流量调节阀开度大小；

18、所诉压缩空气流量控制算法计算公式如下：

19、假设每次运算周期为t1，q1n为当前压缩空气流量，q1n-1为前一次压缩空气流量，sq1为期望压缩空气流量，e1为误差阈值；

20、如果sq1-q1n>e1，望压缩空气流量信号v=v+λ，λ为压缩空气流量调节阀控制信号步长；

21、如果sq1-q1n<=e1，望压缩空气流量信号v=v+(sq1-q1n)/(q1n-q1n-1)*λ。

22、其中，所述压力平衡方法采用双阈值来控制混合前水的压力与压缩空气间的压力平衡，具体控制流程如下：

23、1）采集水路压力传感器信号，得到当前水路压力p水，判断水路压力是否为期望压力之间[pmin，pmax]，如果在这个区间，直接判断是否进行压力平衡调节，如果不在这个区间，通过pid算法对水路压力调节阀的开度进行调节，将水路压力调整到[pmin，pmax]之间，再判断是否进行压力平衡调节;

24、2）如果压力平衡调节器标志量regulator_flag=false，则说明没有进行压力平衡调节，那么进一步判断，如果|p水-p气|<=p阈值（其中p水为水路的当前压力、p气为压缩空气的压力、p阈值为压力平衡调节器开启阈值），regulator_flag置为true，再根据压力平衡算法控制压缩空气压力调节阀；

25、3）如果压力平衡调节器标志量regulator_flag=true，如果|p水-p气|<=p关闭（其中p关闭为压力平衡调节器关闭阈值），regulator_flag置为false，否则压力平衡算法控制压缩空气压力调节阀。

26、其中，所述的车载压缩空气泡沫发生单元包括：控制器模块、控制面板模块、传感模块、执行模块等，所述控制器安装于车上，分别与控制面板模块、传感模块、执行模块电性连接，用于采集传感器的数据和控制面板指令，且控制执行模块，所述传感模块包括压缩空气支路流量计、压缩空气支路压力传感器、水支路压力传感器、水支路流量计、泡沫原液流量计等，安装与管道上，所述执行模块包括压缩空气支路压力调节阀、压缩空气支路流量调节阀、水支路压力调节阀、水支路流量调节阀、泡沫原液泵等，安装与管道上。

27、实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明的面向车载压缩空气泡沫发生单元的自适应控制方法，基于现有的技术方案在硬件及控制方法进行了优化升级，可以实现各单元独立调节，互不干涉，且面向不同类型泡沫灭火时可以射程的无级调节，提高了系统的稳定性、适用性及灭火效率。