模糊控制供水网络优化节能系统的建立

摘要 本文从节能科技的实践出发,阐述了利用模糊控制的变频调速技术在城市供水系统中的应用。利用水位模糊控制进行优化控制,从而在管网流量变化时达到稳定的供水压力和节约电能的目的。

关键词 变频装置;调速系统;模糊控制

中图分类号 TU991 文献标识码 A文章编号 1674-6708(2010)17-0169-01

随着我国城镇居民生活水平的不断提高,人们对生活用水质量和供水系统可靠性的要求也不断提高。又由于我国居民多,用水量大。特别是目前由于用水结构变化,使供水负荷“时变化系数”和“日变化系数”增大。据不完全统计,城镇居民生活用水在每天早上6点~7时30分,晚上17点~20点期间为用水高峰;每周在星期六和星期日为用水高峰;每年在节假日为用水高峰。用水高峰和用水低谷相差明显。传统的PID控制器,无法及时跟踪用水量的变化,准确合理地调节供水压力和流量。利用先进的自动化技术、模糊控制技术及变频调速技术,设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然的趋势。

本文设计了一套水位模糊控制变频调速供水系统,采用模糊控制、变频无极调速等方式,形成适合供水系统自身特性的控制方式,提高控制品质,使变频调速过程稳定、无振荡。

1 控制电机的调速系统

本供水网络节能系统由控制电机、变频装置、控制装置和电路保护装置组成,控制电机使用交流感应电动机。感应电动机的转速为

式中,-感应电动机转子转速;-感应电动机的转差率;-感应电动机的定子电源频率;-感应电动机的极对数。从上式可看出,有三种方法可以改变感应电动机的转速:1)改变电动机的转差率;2)改变电源频率;3)改变电机的极对数。本系统感应电动机的调速采用变压变频调速方法。这种方法调速的效率较高,性能较好。在调速控制中,同步控制定子电源的电压和频率,保证了转差功率不变。在控制时能获得基本上平行移动的机械特性。

2 变频装置的组成及原理

变频装置由触发器、速度调节器、电流调节器和检测电路组成。在供水控制系统中,变频器根据控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率,完成对调速泵的转速控制。本论文采用变频循环工作方式,即变频器拖动一台感应电动机作为调速泵。触发电路采用锯齿波触发,输出为双窄脉冲,本触发电路分成3个基本环节:同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。电流调节器对其输入信号进行加法、减法、比例、积分、微分和延时运算。速度调节器电路与电流调节器结构形式完全相同。检测电路中电流反馈环节由霍尔元件及运算放大器组成,用以检测电流信号,以获得与电流成正比的直流电压信号和过流信号。速度反馈环节把测速发电机输出电压变换为适合控制系统的电压信号。

3 模糊控制器的应用

在水位过程控制中,首先设置给定值,然后经模糊控制器的处理,输给变频器一个控制转速的信号,以此来调整电动机和水泵的转速以满足不同时期水泵系统的流量要求。基于以上分析,针对控制电机转速的调节回路我们设计了一个双输入单输出的模糊控制器。输入变量水箱水位的偏差E和流量的偏差变化EC输出变量U为电动机的转速。可以用一个解析式表示,即:

模糊控制器由精确量的模糊化,模糊控制决策,输出信息的模糊判决3部分组成。模糊化是把精确量转化为模糊量的变换过程,它是模糊控制重要的工程方法。从物理量转化成语言量,也就是从精确值转换成模糊值。模糊控制系统中的被控制对象状态变化是连续的,系统的给定值也是连续的,所以反映到模糊控制器输入端的输入量也必然是连续的。但是,模糊控制器由电子计算机构成,它只能进行离散量处理。因此,模糊控制器要求输入的量是离散模糊量,也即属单点表示的模糊量。模糊控制中,离散论域的元素一般取5~15个。取元素太少,离散模糊量的隶属函数的表达过于粗糙;取元素太多,对隶属函数进行关系运算时所用到的单点过多,导致运算过于复杂。离散论域的元素的个数同量化有关。在量化过程中,从一个连续论域量化到一个离散论域,则离散论域中的元素个数成为量化级数。量化级数一般要求满足下列要求:

1)量化级数应尽量多,以满足隶属函数的逼近表达;

2)量化级数应足够少,以节省存储空间。

4 结论

本文主要阐述了供水网络节能系统的组成和原理,其中包括控制电机的调速系统、变频装置的组成及原理、模糊控制器的设计等内容,本系统可以实现以下功能:

1)在保障供水安全和满足用水需求前提下实现节能;

2)全自动化运行,追随用水量的变化连续地自动调节水泵、管网工况,使之最佳,可最大化的节能;

3)智能化的控制,保证了自动调速过程平稳,无振荡。清除了供水系统运行中的很多安全隐患;

4)变频调速和模糊控制合理的组合,可以实时的安全防范、保护和应急处理功能,确保安全第一、连续供水不间断。

参考文献

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