一种变频器转速和进口导叶协同调节的空压机控制方法及系统与流程

本发明属于空压机控制领域，尤其是涉及一种变频器转速和进口导叶协同调节的空压机控制方法及系统。

背景技术：

1、压缩空气是工业领域中应用最广泛的动力源之一，一般生产型企业中压缩空气的能源消耗占全部电力消耗的10％～35％。当前企业应用中，绝大多数压缩空气系统运行的效率都很低，存在着设备不匹配、管路损失大、系统泄漏、不正确的使用和不适当的系统控制等问题。特别是空压机的设计流量(额定排气量)往往与系统运行需求的流量不匹配。一方面，空压机一般是按照装置的工艺条件和额定的流量进行设计，在选型时主要考虑峰值流量的满足，这使得空压机运行时的流量经常处于富余状态，有效负荷率通常只有设计流量的60％～85％；另一方面，工艺流程参数、流程的原料性质及产品结构等经常发生变化，对空压机流量的需求也要相应改变。因此，必须提供合适的流量调控手段，以实现与系统流量需求变化的匹配运行，达到节能减排的效果。在吸排气压力不变的条件下，往复空压机的功率与流量一般呈正比关系，因此实现高效、精确的流量调节是流程工业中空压机实现大规模节能的关键技术和有效途径之一。

2、目前空压机系统流量的调节采用调节转速或进口导叶(igv)两种方式来控制输出流量。如公开号为cn103133320a的中国专利文献公开了基于转矩角控制的空压机变转速调节方法；公开号为cn104696253a的中国专利文献公开了一种空气压缩机进口导叶调节控制方法。

3、实际在运行过程中，由于上述两种控制调节方式相互独立，同一时刻只能采用其中一种方式进行调节，导致空压机的可调流量范围较窄，约为额定负荷的75％～100％。当用气低谷期时，压缩空气的供给量远大于需求量，造成多余的压缩空气只能通过防喘振阀或调节阀进行排空处理，造成了较大的能源浪费，变相增加了用气成本。

4、如能对汽拖空压机的转速和进口导叶(igv)两种控制调节方式进行融合，实现两种控制调节手段的协同控制，一方面可以增加调节的精度，提高汽拖空压机的负荷调节精度，另一方面可以提高汽拖空压机的可调流量，减少用气低谷时的排空浪费，起到低碳节能的效益。因此，亟需设计一种将变频器转速和进口导叶两种控制调节方式进行融合的方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种变频器转速和进口导叶协同调节的空压机控制方法及系统，将空压机的转速调节和进口导叶调节两种技术进行有效融合，从而提高空压机的调节精度和可调范围，同时降低了能源消耗。

2、一种变频器转速和进口导叶协同调节的空压机控制方法，包括以下步骤：

3、(1)对历史运行数据进行静态模型辨识，得到空压机的三段排气压力与变频器转速、进口导叶阀位的三维关系，并拟合成二元一次方程；

4、(2)对历史运行数据进行动态模型辨识，得到变频器转速变化引起三段排气压力变化的传递函数以及进口导叶阀位变化引起三段排气压力变化的传递函数；

5、(3)根据静态模型辨识和动态模型辨识的结果，对变频器转速和进口导叶阀位两种调节方式进行融合，实现对空压机的三段排气压力控制。

6、进一步地，步骤(1)中，拟合的二元一次方程为：

7、psp＝a0+a1·ds+a2·bo

8、或者，

9、bo＝b0+b1·ds+b2·psp

10、式中，psp为空压机的三段排气压力设定值，单位mpa；ds为空压机的变频器转速，单位rpm；bo为进口导叶阀位，即挡板开度；a0～a2、b0～b2为方程的系数。

11、步骤(2)中，动态模型辨识采用front-suite软件。

12、步骤(3)的具体过程为：

13、将空压机的三段排气压力实际值与设定值信号相加后作为pi1调节器的输入偏差；三段排气压力的设定值经a4(x)和步骤(2)得到的两个传递函数转换后，作为pi1调节器的前馈；

14、pi1调节器的输出经f1(x)进行量程转换后输出为空压机的变频器转速调节，其中，函数f1(x)的初始赋值由步骤(1)静态模型辨识确定；

15、定义f2(x)为三段排气压力影响进口导叶阀位的分量，f3(x)为变频器转速影响进口导叶阀位的分量，将f2(x)和f3(x)求和后作为计算进口导叶阀位的控制指令，并与实际的进口导叶阀位的控制指令偏差、三段排气压力与设定值的偏差相加，通过pi2调节器后，输出进口导叶阀位控制指令，实现多变量控制。

16、进一步地，pi1调节器的输出为0～100％，函数f1(x)对pi1调节器的输出进行量程转换后输出为变频器转速7000～10000rpm。

17、函数f2(x)和f3(x)的公式如下：

18、f2(x)＝b2·psp

19、f3(x)＝b0+b1·ds

20、式中，psp为空压机的三段排气压力设定值；ds为空压机的变频器转速；b0～b2为将步骤(1)中二元一次方程拟合为bo＝b0+b1·ds+b2·psp时对应的系数。

21、函数f4(x)的作用是为了提高三段排气压力的设定值变化时pi1调节器的响应速度，三段排气压力的设定值与函数f4(x)的关系根据大数据拟合得到。

22、一种空压机控制系统，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述空压机控制方法。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、本发明将空压机的转速调节和进口导叶调节两种技术进行有效融合，借此提高空压机的调节精度和可调范围。本发明创新性地在融合过程中引入了智能算法，使得系统能够自适应地调整运行参数。通过实时数据采集和分析，智能算法能够识别出不同工况下的最佳转速和导叶角度，确保空压机在负载变化时依然保持高效运行。此外，算法还具备学习能力，能够基于历史数据不断优化调整策略，从而提高整体系统的性能和稳定性。这种智能化的调节方式，不仅提高了设备的调整精度，还降低了能源消耗，为用户提供了更高的经济效益。这种智能调节赋予了空压机更高的响应速度，同时确保设备在各种工况下表现出最佳的适应能力。

技术特征：

1.一种变频器转速和进口导叶协同调节的空压机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的空压机转速和进口导叶协同调节的空压机控制方法，其特征在于，步骤(1)中，拟合的二元一次方程为：

3.根据权利要求1所述的空压机转速和进口导叶协同调节的空压机控制方法，其特征在于，步骤(2)中，动态模型辨识采用front-suite软件。

4.根据权利要求1所述的空压机转速和进口导叶协同调节的空压机控制方法，其特征在于，步骤(3)的具体过程为：

5.根据权利要求4所述的空压机转速和进口导叶协同调节的空压机控制方法，其特征在于，pi1调节器的输出为0～100％，函数f1(x)对pi1调节器的输出进行量程转换后输出为变频器转速7000～10000rpm。

6.根据权利要求4所述的空压机转速和进口导叶协同调节的空压机控制方法，其特征在于，函数f2(x)和f3(x)的公式如下：

7.根据权利要求4所述的空压机转速和进口导叶协同调节的空压机控制方法，其特征在于，函数f4(x)的作用是为了提高三段排气压力的设定值变化时pi1调节器的响应速度，三段排气压力的设定值与函数f4(x)的关系根据大数据拟合得到。

8.一种空压机控制系统，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的空压机控制方法。

技术总结本发明公开了一种变频器转速和进口导叶协同调节的空压机控制方法及系统，其中，空压机控制方法包括：对历史运行数据进行静态模型辨识，得到空压机的三段排气压力与变频器转速、进口导叶阀位的三维关系，并拟合成二元一次方程；对历史运行数据进行动态模型辨识，得到变频器转速变化引起三段排气压力变化的传递函数以及进口导叶阀位变化引起三段排气压力变化的传递函数；根据静态模型辨识和动态模型辨识的结果，对变频器转速和进口导叶阀位两种调节方式进行融合，实现对空压机的三段排气压力控制。本发明将空压机的转速调节和进口导叶调节两种技术进行有效融合，从而提高空压机的调节精度和可调范围，同时降低了能源消耗。技术研发人员：王树宇,胡一鸣,冯一帆,蒋思炯,朱伟,李培,董瑀非受保护的技术使用者：桐乡泰爱斯环保能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2