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工程機(jī)電自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用
工程機(jī)電自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用
【摘 要】通過(guò)介紹機(jī)電自動(dòng)控制技術(shù)的原理和作用，分析機(jī)電自動(dòng)控制中中央空調(diào)螺桿機(jī)組的控制技術(shù)，以及微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)控制中的應(yīng)用和發(fā)展，提高單位效率，節(jié)能增效，為提高機(jī)電自動(dòng)控制技術(shù)的精確度和穩(wěn)定性作出有益的探索。
【關(guān)鍵詞】機(jī)電;自動(dòng)控制;應(yīng)用
引言
21世紀(jì)，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)被各國(guó)作為發(fā)展科學(xué)技術(shù)中一項(xiàng)重要的項(xiàng)目來(lái)對(duì)待，并被廣泛應(yīng)用于軍事國(guó)防、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和家用電器中，還擴(kuò)展到生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境等不同領(lǐng)域，成為現(xiàn)代社會(huì)活動(dòng)中不可或缺的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)微型化，智能化而前進(jìn)。
1、機(jī)電自動(dòng)控制技術(shù)的原理和作用
自動(dòng)控制(原理)是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置(稱控制裝置或控制器)，使機(jī)器，設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程(統(tǒng)稱被控對(duì)象)的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)(即被控制量)自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。
自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。
為了實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，首先要將被控制對(duì)象和控制裝置按照一定的方式連接起來(lái)，組成一個(gè)有機(jī)的總體，這就是自動(dòng)控制系統(tǒng)。
在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象的輸出量即被控量是要求嚴(yán)格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，而控制裝置則是對(duì)被控對(duì)象施加控制作用的機(jī)構(gòu)的總體，它可以采用不同的原理和方式對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，但最基本的一種是基于反饋控制原理的反饋控制系統(tǒng)。
2、機(jī)電自動(dòng)控制在中央空調(diào)螺桿機(jī)組的分析
筆者經(jīng)過(guò)理論及實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)PID控制方式進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種帶有模糊算法的自適應(yīng)性控制系統(tǒng)，并將其運(yùn)用于樓宇中央空調(diào)的自動(dòng)化控制中。
通過(guò)在單位的275kW螺桿式冷熱水機(jī)組上的實(shí)驗(yàn)證明，該控制系統(tǒng)有效地提高了機(jī)組的運(yùn)行效率。
3、基本原理
3.1螺桿式冷(熱)水機(jī)組
本文的研究對(duì)象為一臺(tái)設(shè)計(jì)容量為275kW的螺桿式冷熱水機(jī)組。
壓縮機(jī)采用TRANE公司生產(chǎn)的緊湊型雙螺桿壓縮機(jī)，壓縮機(jī)自身帶有能量調(diào)節(jié)裝置，可以實(shí)現(xiàn)制冷量50%～100%的無(wú)段式調(diào)節(jié)。
3.2PID調(diào)節(jié)器的數(shù)學(xué)模型
PID調(diào)節(jié)器又稱比例積分微分調(diào)節(jié)器，具有比例、積分、微分三種作用環(huán)節(jié)。
連續(xù)PID調(diào)節(jié)器的特性方程為：
y=Kc(e+edt+TD)(1)
式中：KC——比例系數(shù);
TI——積分時(shí)間常數(shù);
TD——微分時(shí)間常數(shù)。
三種調(diào)節(jié)作用概括如下：比例作用按偏差量的大小成比例地改變調(diào)節(jié)量，能迅速抑制干擾，是基本的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié);積分作用實(shí)現(xiàn)有偏差量的調(diào)節(jié)，起消除靜差的作用;微分作用則按偏差量的變化速率成比例地改變調(diào)節(jié)量，起超前調(diào)節(jié)、縮短調(diào)節(jié)時(shí)間的作用。
PID調(diào)節(jié)器將三種調(diào)節(jié)作用適當(dāng)?shù)亟M合，共同完成一個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程。
常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器采用預(yù)先設(shè)定的KC、TI、TD參數(shù)值，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中不能隨環(huán)境而改變。
實(shí)驗(yàn)研究表明，PID調(diào)節(jié)在平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)效果較好，但是當(dāng)運(yùn)行工況變化較大時(shí)，則不能十分精確地調(diào)節(jié)，造成壓縮機(jī)運(yùn)行惡化、能效比降低等問(wèn)題。
從控制論上講，熱物理參數(shù)的傳遞速率較低，往往造成PID調(diào)節(jié)器的微分作用減弱、控制慣性增大、控制滯后現(xiàn)象嚴(yán)重。
因此，需要對(duì)傳統(tǒng)的PID進(jìn)行改進(jìn)。
本文采用了自適應(yīng)性的控制方式，在機(jī)組的運(yùn)行中，在線調(diào)整系統(tǒng)的熱力學(xué)參數(shù)的判定，從而即時(shí)地改變KC、TI、TD等參數(shù)的值，以適應(yīng)變工況的運(yùn)行要求。
3.3模糊控制算法
模糊算法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出許多規(guī)律，制定控制表，存入計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器。
控制時(shí)，由偏差和偏差變化率的大小，搜索控制表，找出相應(yīng)的控制量。
基本的控制規(guī)則描述如下：
u=，k0，1(2)
式中：
u——控制量輸出模糊量;
E——偏差模糊量;
E——偏差變化率模糊量;
a——量綱修正系數(shù)
由于模糊控制的調(diào)整速度快，機(jī)組運(yùn)行的波動(dòng)較小，對(duì)于制冷系統(tǒng)的變工況調(diào)節(jié)有積極的意義。
但是此方法適應(yīng)性較差，不利于推廣為通用產(chǎn)品，不宜在中央空調(diào)中單獨(dú)使用。
本文采用局部的模糊算法，在運(yùn)行中修正系統(tǒng)的熱力學(xué)參數(shù)，并儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)運(yùn)行工況發(fā)生重復(fù)時(shí)，直接進(jìn)行制冷量的調(diào)節(jié)。
實(shí)驗(yàn)表明，這種模糊輔助的控制方式對(duì)于減小機(jī)組的控制滯后、提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性具有積極的意義。
3.4控制目標(biāo)
傳統(tǒng)的螺桿機(jī)組采用熱力膨脹閥。
在機(jī)組的運(yùn)行中，隨著熱負(fù)荷的變化，膨脹閥的開啟度由感溫包通過(guò)溫度及壓力的平衡來(lái)決定，無(wú)法進(jìn)行數(shù)字化的控制，精度較差。
本文所討論的螺桿式冷熱水機(jī)組，采用電子膨脹閥。
由實(shí)驗(yàn)樣機(jī)生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)顯示，其壓縮機(jī)的可靠調(diào)節(jié)范圍為50%～100%。
但實(shí)驗(yàn)研究表明，僅采用壓縮機(jī)自身的調(diào)節(jié)方式，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，軸功率的減小速度遠(yuǎn)小于制冷量的減小速度，EER值大幅下降。
因此，實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)控制壓縮機(jī)排氣量不小于75%，才能保證節(jié)能。
本文通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)的排氣量(Vo)和膨脹閥開啟度(EV)來(lái)控制壓縮機(jī)的排氣壓力(Po)和壓縮機(jī)進(jìn)口處的過(guò)熱度(Ts)。
控制參數(shù)與控制目標(biāo)如下：
(1)控制參數(shù)，壓縮機(jī)排氣量為75%～100%，無(wú)極調(diào)節(jié)，控制周期20sec;膨脹閥開啟度為100～250個(gè)脈沖，控制周期4sec。
(2)控制目標(biāo)：1.95MPa 另外，室內(nèi)末端為分裝的冷風(fēng)機(jī)，通過(guò)繼電開關(guān)將其開閉狀態(tài)傳至機(jī)組，作為機(jī)組負(fù)荷量監(jiān)控的參考。
3、微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)控制中的應(yīng)用
目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)已經(jīng)緊密地結(jié)合起來(lái)。
微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及分類、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、鍵盤接口技術(shù)、LED及LCD顯示、報(bào)警技術(shù)、馬達(dá)控制、步進(jìn)電機(jī)控制、I/C卡接口技術(shù)、RFID技術(shù)、串行通信及其接口總線(RS-232-C、SPI、I2C)、現(xiàn)場(chǎng)總線、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換、非線性補(bǔ)償、PID控制、模糊控制、微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾措施等在使用、維護(hù)及修改方面更加清晰、簡(jiǎn)便、直觀。
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括主機(jī)、接口電路及外圍電氣設(shè)備，其中單片微型計(jì)算機(jī)在一片小芯片中集成了CPU、RAN、ROM、I/O接口、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、串行通信口、A/D轉(zhuǎn)換器等微型部件，完成整個(gè)控制系統(tǒng)的功能，具有價(jià)廉、可靠、多功能、體積小等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各種小型的控制系統(tǒng)中，被稱為微型控制器。
在控制中，計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC系統(tǒng))，是由計(jì)算機(jī)測(cè)量出被控對(duì)象的參數(shù)，按照一定的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出最佳的給定值，通過(guò)模擬調(diào)節(jié)器控制整個(gè)過(guò)程，從而使工作過(guò)程處于最好的狀態(tài)，它還可以進(jìn)行順序控制、集中控制、分級(jí)控制和最優(yōu)控制。
而智能控制又是計(jì)算機(jī)控制中的佼佼者，智能化控制使計(jì)算機(jī)具有人腦的部分思維功能，解決一些人們難以解決或至今還無(wú)法解決的問(wèn)題。
4、結(jié)語(yǔ)
自20世紀(jì)60年代開始從PLC，單片機(jī)到中央處理器，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)電自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)逐步進(jìn)入普及階段，已從國(guó)防，工業(yè)，生產(chǎn)普及到家庭生活，由于它擁有眾多的優(yōu)點(diǎn)，因而得以廣泛地運(yùn)用在各行各業(yè)中。
隨著社會(huì)、科技、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，機(jī)電自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用范圍也在不斷拓展。
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