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工程機電自動控制技術(shù)的應用
工程機電自動控制技術(shù)的應用
【摘 要】通過介紹機電自動控制技術(shù)的原理和作用，分析機電自動控制中中央空調(diào)螺桿機組的控制技術(shù)，以及微型計算機控制技術(shù)在機電自動控制中的應用和發(fā)展，提高單位效率，節(jié)能增效，為提高機電自動控制技術(shù)的精確度和穩(wěn)定性作出有益的探索。
【關(guān)鍵詞】機電;自動控制;應用
引言
21世紀，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的擴大，自動化控制技術(shù)已經(jīng)被各國作為發(fā)展科學技術(shù)中一項重要的項目來對待，并被廣泛應用于軍事國防、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和家用電器中，還擴展到生物、醫(yī)學、環(huán)境等不同領(lǐng)域，成為現(xiàn)代社會活動中不可或缺的重要組成部分，實現(xiàn)微型化，智能化而前進。
1、機電自動控制技術(shù)的原理和作用
自動控制(原理)是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置(稱控制裝置或控制器)，使機器，設備或生產(chǎn)過程(統(tǒng)稱被控對象)的某個工作狀態(tài)或參數(shù)(即被控制量)自動地按照預定的規(guī)律運行。
自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)科學。
為了實現(xiàn)各種復雜的控制任務，首先要將被控制對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個有機的總體，這就是自動控制系統(tǒng)。
在自動控制系統(tǒng)中，被控對象的輸出量即被控量是要求嚴格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，而控制裝置則是對被控對象施加控制作用的機構(gòu)的總體，它可以采用不同的原理和方式對被控對象進行控制，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、機電自動控制在中央空調(diào)螺桿機組的分析
筆者經(jīng)過理論及實驗研究，對PID控制方式進行了改進，提出了一種帶有模糊算法的自適應性控制系統(tǒng)，并將其運用于樓宇中央空調(diào)的自動化控制中。
通過在單位的275kW螺桿式冷熱水機組上的實驗證明，該控制系統(tǒng)有效地提高了機組的運行效率。
3、基本原理
3.1螺桿式冷(熱)水機組
本文的研究對象為一臺設計容量為275kW的螺桿式冷熱水機組。
壓縮機采用TRANE公司生產(chǎn)的緊湊型雙螺桿壓縮機，壓縮機自身帶有能量調(diào)節(jié)裝置，可以實現(xiàn)制冷量50%～100%的無段式調(diào)節(jié)。
3.2PID調(diào)節(jié)器的數(shù)學模型
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——積分時間常數(shù);
TD——微分時間常數(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)時間的作用。
PID調(diào)節(jié)器將三種調(diào)節(jié)作用適當?shù)亟M合，共同完成一個調(diào)節(jié)過程。
常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器采用預先設定的KC、TI、TD參數(shù)值，在機組運行過程中不能隨環(huán)境而改變。
實驗研究表明，PID調(diào)節(jié)在平穩(wěn)運行時效果較好，但是當運行工況變化較大時，則不能十分精確地調(diào)節(jié)，造成壓縮機運行惡化、能效比降低等問題。
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)象嚴重。
因此，需要對傳統(tǒng)的PID進行改進。
本文采用了自適應性的控制方式，在機組的運行中，在線調(diào)整系統(tǒng)的熱力學參數(shù)的判定，從而即時地改變KC、TI、TD等參數(shù)的值，以適應變工況的運行要求。
3.3模糊控制算法
模糊算法根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)出許多規(guī)律，制定控制表，存入計算機內(nèi)存儲器。
控制時，由偏差和偏差變化率的大小，搜索控制表，找出相應的控制量。
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，機組運行的波動較小，對于制冷系統(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)中單獨使用。
本文采用局部的模糊算法，在運行中修正系統(tǒng)的熱力學參數(shù)，并儲存在數(shù)據(jù)庫中，當運行工況發(fā)生重復時，直接進行制冷量的調(diào)節(jié)。
實驗表明，這種模糊輔助的控制方式對于減小機組的控制滯后、提高機組運行的經(jīng)濟性具有積極的意義。
3.4控制目標
傳統(tǒng)的螺桿機組采用熱力膨脹閥。
在機組的運行中，隨著熱負荷的變化，膨脹閥的開啟度由感溫包通過溫度及壓力的平衡來決定，無法進行數(shù)字化的控制，精度較差。
本文所討論的螺桿式冷熱水機組，采用電子膨脹閥。
由實驗樣機生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)顯示，其壓縮機的可靠調(diào)節(jié)范圍為50%～100%。
但實驗研究表明，僅采用壓縮機自身的調(diào)節(jié)方式，當機組負荷降低時，軸功率的減小速度遠小于制冷量的減小速度，EER值大幅下降。
因此，實際運行中，應控制壓縮機排氣量不小于75%，才能保證節(jié)能。
本文通過調(diào)整壓縮機的排氣量(Vo)和膨脹閥開啟度(EV)來控制壓縮機的排氣壓力(Po)和壓縮機進口處的過熱度(Ts)。
控制參數(shù)與控制目標如下：
(1)控制參數(shù)，壓縮機排氣量為75%～100%，無極調(diào)節(jié)，控制周期20sec;膨脹閥開啟度為100～250個脈沖，控制周期4sec。
(2)控制目標：1.95MPa 另外，室內(nèi)末端為分裝的冷風機，通過繼電開關(guān)將其開閉狀態(tài)傳至機組，作為機組負荷量監(jiān)控的參考。
3、微機計算機控制技術(shù)在機電自動控制中的應用
目前，計算機技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)已經(jīng)緊密地結(jié)合起來。
微型計算機控制系統(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、報警技術(shù)、馬達控制、步進電機控制、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)場總線、數(shù)字濾波、標度變換、自動量程轉(zhuǎn)換、非線性補償、PID控制、模糊控制、微型計算機控制系統(tǒng)抗干擾措施等在使用、維護及修改方面更加清晰、簡便、直觀。
計算機控制系統(tǒng)包括主機、接口電路及外圍電氣設備，其中單片微型計算機在一片小芯片中集成了CPU、RAN、ROM、I/O接口、計數(shù)器、定時器、串行通信口、A/D轉(zhuǎn)換器等微型部件，完成整個控制系統(tǒng)的功能，具有價廉、可靠、多功能、體積小等優(yōu)點，已廣泛應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，計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC系統(tǒng))，是由計算機測量出被控對象的參數(shù)，按照一定的數(shù)學模型，計算出最佳的給定值，通過模擬調(diào)節(jié)器控制整個過程，從而使工作過程處于最好的狀態(tài)，它還可以進行順序控制、集中控制、分級控制和最優(yōu)控制。
而智能控制又是計算機控制中的佼佼者，智能化控制使計算機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法解決的問題。
4、結(jié)語
自20世紀60年代開始從PLC，單片機到中央處理器，隨著計算機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，機電自動控制技術(shù)已經(jīng)逐步進入普及階段，已從國防，工業(yè)，生產(chǎn)普及到家庭生活，由于它擁有眾多的優(yōu)點，因而得以廣泛地運用在各行各業(yè)中。
隨著社會、科技、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，機電自動控制技術(shù)的應用范圍也在不斷拓展。
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