一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法与流程

1.本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法。


背景技术：

2.氦气螺杆压缩机作为压缩制冷系统中最大的耗能部件，在高精度应用场合直接影响着系统的精度和稳定性。氦气螺杆压缩机的载位或内容积比vi是通过电磁阀控制油路通断进行调节的，如图1所示，当第一电磁阀1、第二电磁阀2通电则加载油口3导通，油压推动压缩机能量滑阀或内容积比滑阀加载，当第三电磁阀4、第四电磁阀5通电则减载油口6导通，油压反向推动压缩机能量滑阀或内容积比滑阀减载。传统的氦气螺杆压缩机组的容量控制和内容积比vi控制采用区间控制方式。当控制变量大于“设定上限”，则间隔减载；当控制变量小于“设定下限”，则间隔加载。以氦气机组排气压力控制为例：当氦气机组排气压力大于“压力上限”21bar时，压缩机间隔减载，当氦气机组排气压力小于“压力下限”19bar时，压缩机间隔增载，目的是控制排气压力在20bar附近，压缩机增减载的通电时间和间隔时间如表1所示是固定的，除非人工重新修改。
3.但是，传统区间控制方式的主要问题在于以下几点：1、氦气螺杆压缩机组最好的状态是将排气压力始终稳定在一个设定点，如排气压力为20bar，采用区间控制的模式无法把氦气机组排气压力精准控制在某个设定点，只能是在一个区间，如果区间设太小，需要频繁调节，导致系统不稳定，如果区间设太大，则无法满足氦气螺杆压缩机组在设计压力精准运行的需求。2、区间控制的模式设定的通电时间和间隔时间是固定的，当区间设置太小时，需要很长时间才能调节到指定状态，无法满足初期快速调节需求；当区间设置太大时，又容易出现超调现象，调节频繁导致系统波动大不稳定。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：提供了一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，能够保证电磁阀的实际压力或内容积比的精准控制。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
6.一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，包括以下步骤：
7.s1：预先设置氦气螺杆压缩机组的压力目标值和压力调节区间，并根据压力调节区间计算得到调节比例区，其中：
8.压力调节区间为(k2，k1)；k1为压力上限值，k2为压力下限值；
9.s2：获取氦气螺杆压缩机组压力的控制变量；
10.s3：判断控制变量是否在压力调节区间内，并根据判断结果确认电磁阀导通持续时间和电磁阀通电时间，具体如下：
11.若控制变量不在压力调节区间内，将电磁阀导通持续时间设置为预设的最大通电时间，将电磁阀导通间隔时间设置为预设的最小间隔时间；
12.若控制变量不在压力调节区间内，计算控制变量与压力目标值的差值的绝对值q，将电磁阀导通持续时间设置为随着q值递减而递减，将电磁阀导通间隔时间设置为随着q值递减而递增。
13.本发明的有益效果在于：本发明提供的一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，当q值在压力调节区间内时，电磁阀导通持续时间设置为随着q值递减而递减，电磁阀导通间隔时间设置为随着q值递减而递增。使得控制变量与目标值越接近时，电磁阀导通持续时间越短，电磁阀导通间隔时间越长，从而降低调节速度，以保证实际值与目标值精确匹配，避免超调现象产生，保证了响应速度和稳定性；此外，本发明通过将目标值由传统的上下限区间改为设定点，当控制目标达成时可以保证系统运行在最佳状态下，能够防止出现正负偏差问题，从而达成精准控制的目的。
附图说明
14.图1为现有技术中记载的电磁阀的油路结构示意图；
15.图2为现有技术中记载的电磁阀的结构示意图；
16.图3为本发明一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法的步骤流程图；
17.图4为本发明一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法的示意图；
18.标号说明：
19.1、第一电磁阀；2、第二电磁阀；3、加载油口；4、第三电磁阀；5、第四电磁阀；6、减载油口；7、吸气管；8、进油通道；9、回油通道；10、能量滑阀；11、内容积比滑阀。
具体实施方式
20.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
21.请参照图3至图4，提供一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，包括以下步骤：
22.s1：预先设置氦气螺杆压缩机组的压力目标值和压力调节区间，并根据压力调节区间计算得到调节比例区，其中：
23.压力调节区间为(k2，k1)；
24.k1为压力上限值，k2为压力下限值；
25.s2：获取氦气螺杆压缩机组压力的控制变量；
26.s3：判断控制变量是否在压力调节区间内，并根据判断结果确认电磁阀导通持续时间和电磁阀通电时间，具体如下：
27.若控制变量不在压力调节区间内，将电磁阀导通持续时间设置为预设的最大通电时间，将电磁阀导通间隔时间设置为预设的最小间隔时间；
28.若控制变量不在压力调节区间内，计算控制变量与压力目标值的差值的绝对值q，将电磁阀导通持续时间设置为随着q值递减而递减，将电磁阀导通间隔时间设置为随着q值递减而递增。
29.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：提供了一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，当q值≤k时，控制变量位于在压力调节区间内，电磁阀导通持续时间设置
为随着q值递减而递减，电磁阀导通间隔时间设置为随着q值递减而递增。使得控制变量与目标值越接近时，电磁阀导通持续时间越短，电磁阀导通间隔时间越长，从而降低调节速度，以保证实际值与目标值精确匹配，避免超调现象产生，保证了响应速度和稳定性；此外，本发明通过将目标值由传统的上下限区间改为设定点，当控制目标达成时可以保证系统运行在最佳状态下，能够防止出现正负偏差问题，从而达成精准控制的目的。
30.进一步的，步骤s1具体还包括：
31.预先设置区间设定值为k，并根据区间设定值和压力目标值计算得到压力调节区间，其中，
32.k1＝s-k，k2＝s+k，s为压力目标值。
33.由上述描述可知，通过预先设置区间设定值与压力目标值，根据公式能够快速计算得到压力调节区间，进而进一步获取调节比例区，并将获取的调节比例区与绝对值q进行比较得到电磁阀导通的间隔时间和持续时间，实现精确控制。
34.进一步的，步骤s1具体还包括：
35.压力调节区间包括死区调节区间，压力目标值在死区调节区间内；
36.死区调节区间为(k2’，k1’)，具体如下：
37.k2’＝s-k’，k1’＝s+k’。
38.死区对应的调节比例区
39.当控制变量在死区调节区间内时，将电磁阀导通持续时间设置为预设的最小通电时间。
40.由上述描述可知，通过在压力调节区间增加死区控制功能，当控制变量与目标差值在死区范围内时，电磁阀导通持续时间为0，系统不做调节，达到了最佳稳定效果，从而保证氦气螺杆压缩机组排气压力保持长期稳定。
41.进一步的，步骤s1具体还包括：
42.将计算得到的调节比例区划分为若干个比例调节区间，并对每个比例调节区间设置对应的电磁阀导通持续时间和电磁阀导通间隔时间。
43.进一步的，步骤s1具体还包括：
44.将计算得到的调节比例区划分为三个比例调节区间，三个比例调节区间的范围分别为：
45.第一比例调节区间为或第二比例调节区间为或第三比例调节区间为或
46.当q值在第一比例调节区间内时，
47.当q值在第二比例调节区间内时，
48.当q值在第三比例调节区间内时，
49.其中，t1为电磁阀导通持续时间，t2为电磁阀导通间隔时间，t1为预设的最大通电时间，t2为预设的最大间隔时间。
50.由上述描述可知，通过将压力调节区间分别多段调节区间能够实现分段调节，避免调节区间过大的问题，从而能够在控制变量远离目标值时实现快速调节，在控制变量接近目标值时进行微调，实现渐进式调控，从而保证了系统的响应速度和稳定性。
51.进一步的，预设的最大通电时间为1s，预设的最大间隔时间为10s。
52.进一步的，每隔一个循环周期获取一次氦气螺杆压缩机组压力的控制变量，循环周期设置为3秒。
53.由上述描述可知，每隔3s获取一次氦气螺杆压缩机组压力的控制变量，当计算的得到的q值超出死区范围时，能够根据q值所在的调节区间进行循环调节，使系统再次回到目标值并持续稳定运行。
54.请参照图3至图4，本发明的实施例一为：
55.提供一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，应用在氦气螺杆压缩机组的电磁阀上，电磁阀包括第一电磁阀1、第二电磁2、加载油口3、第三电磁阀4、第四电磁阀5、减载油口6、吸气管7和进油通道8和回油通道9。具体的，第一电磁阀分别连通进油通道与加载油口，第三电磁阀分别连通加载油口和回油通道的一端，第四电磁阀分别连通进油通道和减载油口，第二电磁分别连通减载油口和回油通道的一端，回油通道的另一端与吸气管连通。当第一电磁阀和第二电磁阀通电时，则加载油口导通，油压推动压缩机的能量滑阀10或内容积比滑阀11加载。当第三电磁阀和第四电磁阀通电时，则减载油口导通，油压反向推动压缩机能量滑阀或内容积比滑阀减载。本技术的一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法则通过控制第三电磁阀、第一电磁阀、第四电磁阀和第二电磁阀的导通间隔时间和导通持续时间来实现渐进式控制。
56.一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法包括以下步骤：
57.s1：预先设置氦气螺杆压缩机组的压力目标值和压力调节区间，并根据压力调节区间计算得到调节比例区，其中：
58.压力调节区间为(k2，k1)；
59.k1为压力上限值，k2为压力下限值；
60.s2：获取氦气螺杆压缩机组压力的控制变量；
61.s3：判断控制变量是否在压力调节区间内，并根据判断结果确认电磁阀导通持续时间和电磁阀通电时间，具体如下：
62.若控制变量不在压力调节区间内，将电磁阀导通持续时间设置为预设的最大通电时间，将电磁阀导通间隔时间设置为预设的最小间隔时间；
63.若控制变量不在压力调节区间内，计算控制变量与压力目标值的差值的绝对值q，将电磁阀导通持续时间设置为随着q值递减而递减，将电磁阀导通间隔时间设置为随着q值递减而递增。
64.步骤s1具体还包括：
65.预先设置区间设定值为k，并根据区间设定值和压力目标值计算得到压力调节区
间，其中，
66.k1＝s-k，k2＝s+k，s为压力目标值。
67.具体的，渐进式控制方法的对象是氦气螺杆压缩机组的实际压力或内容积比，以实际压力为例，在步骤s1中预先设置氦气螺杆压缩机组的压力目标值在压力调节区间内且取压力调节区间的中间值作为目标值。氦气螺杆压缩机组的控制系统在工作前需要进入控制程序对操作参数进行设置，预设的操作参数包括压力目标值、电磁阀的预设的最大通电时间、电磁阀的预设的最小通电时间、电磁阀的预设的最大间隔时间、电磁阀的预设的最小间隔时间进行设备以及压力调节区间对应的压力上限值和压力下限值。优选的，压力目标值s为20bar，区间设定值k为1bar，压力上限值k1为21bar，压力下限值k2为19bar，预设的最大通电时间为1s，预设的最大间隔时间为10s。上述操作参数可以根据氦气螺杆压缩机组的系统型号和油压等情况进行灵活设定，从而匹配不同的系统需求。
68.本实施例中，步骤s1具体还包括：
69.压力调节区间包括死区调节区间，压力目标值在死区调节区间范围内，死区对应的调节比例区
70.具体的，死区调节区间为(k2’，k1’)，其中，k2’＝s-k’，k1’＝s+k’。
71.当控制变量在死区调节区间范围内时，将电磁阀导通持续时间设置为预设的最小通电时间。
72.优选的，当k’为0.1bar时，死区调节区间为(19.9bar，20.1bar)。当控制变量在死区调节区间范围内，如，控制变量为19.99或20.05时，控制变量也位于死区的调节区间内时，此时电磁阀导通持续时间为0s，即电磁阀不再导通。因为只要电磁阀导通，不管幅度大小和间隔时间多少都会对系统的压力状态产生波动，所以当控制变量进入死区时，电磁阀不做调节，保证氦气螺杆压缩机组排气压力长期保持稳定，达到了最佳稳定效果，进而保证了系统能够在当前状态下持续稳定运行。
73.本实施例中，步骤s1具体还包括：
74.将计算得到的调节比例区划分为三个比例调节区间，三个比例调节区间的范围分别为：
75.第一比例调节区间为或第二比例调节区间为或第三比例调节区间为第三比例调节区间为或
76.当q值在第一比例调节区间内时，
77.当q值在第二比例调节区间内时，
78.当q值在第三比例调节区间内时，
79.其中，t1为电磁阀导通持续时间，t2为电磁阀导通间隔时间，t1为预设的最大通电
时间，t2为预设的最大间隔时间。
80.参考下表1：
[0081][0082]
表1
[0083]
工作原理：
[0084]
当控制变量不在压力调节区间内时，控制变量位于压力调节区间外，电磁阀导通持续时间设置为预设的最大通电时间，将电磁阀导通间隔时间设置为预设的最小间隔时间，电磁阀具有最快的响应速度和最快的调节速度；
[0085]
当控制变量位于压力调节区间内时，因为调节比例区被划分为三段比例调节区间和死区调节区间。所以，需要判断控制变量位于哪一段比例调节区间或死区调节区间内。其中，当控制变量在第一比例调节区间内时，控制变量与压力目标值的差值较大，电磁阀的导通持续时间相对较长，达到最大通电时间的四分之三，同时电磁阀导通间隔时间较短，仅为最大通电时间的四分之一，从而实现电磁阀的快速响应和高速调节；当控制变量在第二比例调节区间内时，控制变量与压力目标值的差值缩小。电磁阀的导通持续时间缩小，达到最大通电时间的二分之一，同时电磁阀导通间隔时间仅为最大通电时间的二分之一，相对第一比例调节区间来说，电磁阀的响应速度和调节效率均进一步降低；当控制变量在第三比例调节区间内时，控制变量与压力目标值的差值进一步缩小。电磁阀的导通持续时间缩短，仅为最大通电时间的四分之一，同时电磁阀导通间隔时间仅为最大通电时间的四分之三，相对第二比例调节区间来说，电磁阀的响应速度和调节效率均进一步降低。当控制变量也位于死区的调节区间内时，此时电磁阀导通持续时间为0s，即电磁阀不再导通。通过上述分段调节，随着控制变量离目标值越近，调节速度和响应速度均逐渐降低，进而使得电磁阀能够在前期快速调节，后期微调，最后在死区范围内后不做调节，即保证了调节效率，又避免
了超调现象发生，保障了电磁阀的控制精度和控制稳定性。
[0086]
本实施例中，步骤s2具体还包括：
[0087]
每隔3s获取一次氦气螺杆压缩机组压力的控制变量，每隔3s获取一次氦气螺杆压缩机组压力的控制变量，当计算的得到的控制变量超出死区调节区间范围时，根据控制变量所在的调节比例区间重新控制调节，直到系统再次回到目标值并持续稳定运行。
[0088]
本实施例中，氦气螺杆压缩机组的模式包括手动控制模式和系统自动控制模式。
[0089]
综上所述，本发明提供的一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，具有以下优点：1、通过将压力调节区间分别多段调节区间能够实现分段调节，避免调节区间过大的问题，从而能够在控制变量远离目标值时实现快速调节，在控制变量接近目标值时进行微调，实现渐进式调控，从而保证了系统的响应速度和稳定性；2、通过在压力调节区间增加死区控制功能，当控制变量与目标差值在死区范围内时，电磁阀导通持续时间为0，系统不做调节，达到了最佳稳定效果，从而保证氦气螺杆压缩机组排气压力保持长期稳定；3、目标值由传统的上下限区间改为设定点，一旦控制目标达成，就可以保证系统运行在最佳的状态，不会出现正负偏差问题；4、能够根据机组的控制系统进行操作参数修改，从而匹配不同系统需求。
[0090]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：预先设置氦气螺杆压缩机组的压力目标值和压力调节区间，并根据压力调节区间计算得到调节比例区，其中：压力调节区间为(k2，k1)；k1为压力上限值，k2为压力下限值；s2：获取氦气螺杆压缩机组压力的控制变量；s3：判断控制变量是否在压力调节区间内，并根据判断结果确认电磁阀导通持续时间和电磁阀通电时间，具体如下：若控制变量不在压力调节区间内，将电磁阀导通持续时间设置为预设的最大通电时间，将电磁阀导通间隔时间设置为预设的最小间隔时间；若控制变量不在压力调节区间内，计算控制变量与压力目标值的差值的绝对值q，将电磁阀导通持续时间设置为随着q值递减而递减，将电磁阀导通间隔时间设置为随着q值递减而递增。2.根据权利要求1所述一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，其特征在于，步骤s1还包括：预先设置区间设定值为k，并根据区间设定值和压力目标值计算得到压力调节区间，其中，k1＝s-k，k2＝s+k，s为压力目标值。3.根据权利要求2所述一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，其特征在于，步骤s1还包括：压力调节区间包括死区调节区间，压力目标值在死区调节区间内；死区调节区间为(k2’，k1’)，具体如下：k2’＝s-k’，k1’＝s+k’；死区对应的调节比例区当控制变量在死区调节区间内时，将电磁阀导通持续时间设置为预设的最小通电时间。4.根据权利要求3所述一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，其特征在于，步骤s1还包括：将计算得到的调节比例区划分为若干个比例调节区间，并对每个比例调节区间设置对应的电磁阀导通持续时间和电磁阀导通间隔时间。5.根据权利要求4所述一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，其特征在于，步骤s1还包括：将计算得到的调节比例区划分为三个比例调节区间，三个比例调节区间的范围分别为：第一比例调节区间为或第二比例调节区间为或
第三比例调节区间为或当控制变量在第一比例调节区间内时，当控制变量在第二比例调节区间内时，当控制变量在第三比例调节区间内时，其中，t1为电磁阀导通持续时间，t2为电磁阀导通间隔时间，t1为预设的最大通电时间，t2为预设的最大间隔时间。6.根据权利要求5所述一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，其特征在于，预设的最大通电时间为1s，预设的最大间隔时间为10s。7.根据权利要求1所述一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，其特征在于，步骤s2还包括：每隔一个循环周期获取一次氦气螺杆压缩机组压力的控制变量，其中，循环周期设置为3s。

技术总结
本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种用于氦气螺杆压缩机组的渐进式控制方法，包括以下步骤：S1：预先设置氦气螺杆压缩机组的压力目标值和压力调节区间，并根据压力调节区间计算得到调节比例区，其中：压力调节区间为(K2，K1)；K1为压力上限值，K2为压力下限值；S2：获取氦气螺杆压缩机组压力的控制变量；S3：判断控制变量是否在压力调节区间内，并根据判断结果确认电磁阀导通持续时间和电磁阀通电时间。本发明可以保证系统运行在最佳状态下，能够防止出现正负偏差问题，从而达成精准控制的目的。从而达成精准控制的目的。从而达成精准控制的目的。


技术研发人员：林云珍 戴闽洪 魏德强
受保护的技术使用者：福建雪人制冷设备有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/9/6