專利名稱：吸收式制冷機(jī)的控制邏輯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及吸收式制冷機(jī)的領(lǐng)域，更具體地講涉及一種用于吸收式制冷機(jī)的非線性控制器。
背景技術(shù)：
在吸收式制冷機(jī)中，冷媒水出口管道上的冷媒水溫度受到諸如入口冷媒水的溫度和入口冷卻水的溫度等這樣的擾動(dòng)的直接影響。由于控制制冷機(jī)系統(tǒng)的唯一控制點(diǎn)為用來控制提供給系統(tǒng)的熱量的容積閥，不管該熱量來自蒸氣還是氣體燃燒，而且由于該系統(tǒng)是以化學(xué)作用基礎(chǔ)的，因此該系統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)態(tài)特性相對較低。目前的容量控制慢慢地消除了上述擾動(dòng)產(chǎn)生的變化。

發(fā)明內(nèi)容
簡單地說，在吸收式制冷機(jī)系統(tǒng)中，對制冷機(jī)的控制輸入是由容積閥控制的熱源，容積閥反過來又由PI控制器控制。上述控制器是通過非線性控制函數(shù)控制的。在運(yùn)行過程中，測量出系統(tǒng)中的擾動(dòng)。將信號差值定義為出口冷媒水的設(shè)定值減去上述擾動(dòng)。非線性控制函數(shù)由C(s)＝KP0(1+b|E|+Kl/s表示，其中KP0是信號差值為零時(shí)的增益系數(shù)，|E|是信號差值的絕對值，b是調(diào)節(jié)常數(shù)，Kl是積分增益系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述，在吸收式制冷機(jī)系統(tǒng)中，所述制冷機(jī)的控制輸入是由容積閥控制的熱源，所述容積閥由PI控制器控制，控制上述吸收式制冷機(jī)系統(tǒng)的方法包括以下步驟(a)測量所述系統(tǒng)中的擾動(dòng)；(b)將信號差值定義為設(shè)定值減去所述擾動(dòng)；(c)根據(jù)所述PI控制器中的控制函數(shù)控制所述容積閥，其中所述控制函數(shù)由C(s)＝KP0(1+b|E|)+Kl/s表示，其中KP0是信號差值為零時(shí)的增益系數(shù)，|E|是信號差值的絕對值，b是調(diào)節(jié)常數(shù)，Kl是積分增益系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述，在吸收式制冷機(jī)系統(tǒng)中，所述制冷機(jī)的控制輸入是由容積閥控制的熱源，所述容積閥由PI控制器所控制，控制上述吸收式制冷機(jī)的控制系統(tǒng)包括以下裝置用于測量所述制冷機(jī)中的擾動(dòng)的裝置；用于將信號差值定義為設(shè)定值減去所述擾動(dòng)的裝置；根據(jù)所述PI控制器中的控制函數(shù)控制所述容積閥的裝置，其中所述控制函數(shù)由C(s)＝KP0(1+b|E|)+Kl/s表示，其中KP0是信號差值為零時(shí)的增益系數(shù)，|E|是信號差值的絕對值，b是調(diào)節(jié)常數(shù)，Kl是積分增益系數(shù)。


圖1示出了典型的吸收式制冷機(jī)系統(tǒng)的示意圖；圖2示出了用于圖1所示吸收式制冷機(jī)系統(tǒng)的控制示意圖；和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制方法中的步驟。
具體實(shí)施例方式
參照圖1，其示出了典型的吸收式制冷機(jī)系統(tǒng)10的示意圖。其它類型的吸收式系統(tǒng)可以采用更多的級或更少的級，也可以采用并聯(lián)循環(huán)，而非串聯(lián)循環(huán)。因此可以理解，圖1所示的吸收式系統(tǒng)僅僅是可以選作用來為本發(fā)明的說明提供說明性背景的許多類型的吸收式系統(tǒng)中的一種。本發(fā)明的控制方法和裝置可以應(yīng)用于這些類型的加熱和冷卻系統(tǒng)中的任何一種。
吸收式制冷機(jī)系統(tǒng)10是一個(gè)封閉流體系統(tǒng)，它運(yùn)行在制冷模式或加熱模式下，該系統(tǒng)工作在哪種模式下取決于制冷劑-吸收劑溶液中吸收劑的濃度和系統(tǒng)中液體的總量。當(dāng)系統(tǒng)10運(yùn)行在制冷模式下時(shí)，上述溶液最好具有相對較高的第一吸收劑濃度，也就是說，吸收劑相對較濃而制冷劑相對較稀，而系統(tǒng)中的液體總量相對較少。當(dāng)系統(tǒng)10運(yùn)行在加熱模式下時(shí)，上述溶液最好具有相對較低的第二吸收劑濃度，也就是說，吸收劑較稀而制冷劑較濃，而系統(tǒng)中的液體總量相對較多。在下面對運(yùn)行在這些模式下的系統(tǒng)10的簡要描述中，假定系統(tǒng)10采用水做制冷劑，采用具有很強(qiáng)吸水性的溴化鋰作吸收劑。
系統(tǒng)10包括并排設(shè)置在常見殼體21中的蒸發(fā)器19和吸收器20。當(dāng)系統(tǒng)10運(yùn)行在制冷模式下時(shí)，在該過程中使用的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器19中蒸發(fā)，在這里制冷劑吸收通常為水的液體的熱量，而將水冷卻。冷媒水通過進(jìn)入冷媒水管道23a、流出冷媒水管道23b這樣的方式穿過蒸發(fā)器19。蒸發(fā)器19中產(chǎn)生的制冷劑蒸氣進(jìn)入吸收器20中，在該吸收器中制冷劑蒸氣與吸收劑混合而形成稀溶液。在上述吸收過程中產(chǎn)生的熱量由冷卻水管道24從吸收器20中帶走。
通過溶液泵25將吸收器20中形成的稀溶液抽出。上述溶液通過輸送管29順序流過第一低溫溶液熱交換器27和第二高溫溶液熱交換器28。上述溶液與從該系統(tǒng)中采用的高溫發(fā)生器16和低溫發(fā)生器36這兩個(gè)發(fā)生器返回吸收器20的相對較濃的溶液發(fā)生熱量交換，從而當(dāng)稀溶液流入發(fā)生器16、36時(shí)使稀溶液溫度提高。
在離開低溫溶液熱交換器27時(shí)，溶液中的一部分經(jīng)由低溫溶液管道31進(jìn)入低溫發(fā)生器36。剩余的溶液輸送通過高溫溶液熱交換器28，并經(jīng)由溶液管道30進(jìn)入高溫發(fā)生器16。高溫發(fā)生器16中的溶液由燃燒器50加熱，以使制冷劑蒸發(fā)，從而將制冷劑從溶液中去除。從氣體管道54和氣體管道56，并經(jīng)由容積閥52為燃燒器50供氣。控制閥52控制傳遞給系統(tǒng)的熱量?；蛘呖蛇x擇傳遞給系統(tǒng)的熱量來自于由蒸氣閥(未示出)控制的蒸氣管道。由高溫發(fā)生器16產(chǎn)生的制冷劑蒸氣穿過蒸氣管道35、低溫發(fā)生器36、相配的膨脹閥35A，到達(dá)冷凝器38。其它的制冷劑蒸氣通過低溫發(fā)生器36加入到冷凝器38中，低溫發(fā)生器36與冷凝器38一起容納在殼體37中。在低溫發(fā)生器36中，從管道31進(jìn)入的稀溶液被穿過蒸氣管道35的已蒸發(fā)制冷劑加熱，并加入高溫發(fā)生器16產(chǎn)生的制冷劑蒸氣中。在冷凝器38中，來自兩個(gè)發(fā)生器16、36的制冷劑蒸氣與流經(jīng)管道24的冷卻水發(fā)生熱交換，并凝結(jié)成液態(tài)制冷劑。
在冷凝器38中冷凝的制冷劑在重力作用下，經(jīng)由合適的J管52進(jìn)入蒸發(fā)器19。制冷劑集中到蒸發(fā)器的箱體44中。制冷劑泵43通過吸入管道46與蒸發(fā)器19的箱體44連接，并且將該制冷劑泵設(shè)置成通過供應(yīng)管道47將收集在箱體44中的液態(tài)制冷劑返回噴頭39。制冷劑中的一部分蒸發(fā)，從而將流過冷媒水管道23的水冷卻。噴淋到冷媒水管23上的所有制冷劑都由制冷劑泵43通過供應(yīng)管道47提供。
濃吸收溶液從兩個(gè)發(fā)生器16、36流回到吸收器20中，以便在吸收式循環(huán)中重新利用。當(dāng)濃溶液返回的時(shí)候，來自高溫發(fā)生器16的濃溶液經(jīng)由溶液回管40穿過高溫溶液熱交換器28，和低溫溶液熱交換器27。離開低溫發(fā)生器36的濃溶液借助支流管道42接入溶液回管中，該支流管道在低溫溶液熱交換器27的入口處與上述回管匯合。
在系統(tǒng)10的不同部位設(shè)置了傳感器，包括冷卻水管道24中的溫度傳感器72、74、76、78，冷媒水出口管道23b上的溫度傳感器82，以及冷媒水進(jìn)口管道23a上的溫度傳感器84。這些傳感器的輸出與諸如PI控制器70這樣的控制器連接。除了接收在此示為設(shè)定點(diǎn)86的溫度調(diào)節(jié)裝置的輸入外，控制器70還包括與容積閥52的連接。
冷媒水出口管道23b內(nèi)的冷媒水的溫度直接受以下擾動(dòng)的影響，例如水管道23a中的進(jìn)口冷媒水的溫度(傳感器84)和冷卻水管道24中的進(jìn)口冷卻水的溫度(傳感器74)。由于系統(tǒng)的唯一控制點(diǎn)是容積閥52，也由于系統(tǒng)是以化學(xué)作用為基礎(chǔ)的，因此系統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)態(tài)特性比較慢?，F(xiàn)在的容量控制技術(shù)慢慢地消除了上述擾動(dòng)帶來的變化。
現(xiàn)在依靠建立在PI控制器70中的比例積分(PI)控制邏輯來控制容積閥52。傳送給容積閥52用來控制燃燒器50的輸出信號是設(shè)定差值的函數(shù)，所述差值即為來自設(shè)定點(diǎn)86的冷媒水出口設(shè)定值減去由傳感器82測出的冷媒水出口溫度的差值。正如本領(lǐng)域技術(shù)中公知的一樣，PI控制器的比例部分是上述差值乘以常數(shù)，即比例增益系數(shù)KP，而積分部分包括上述差值對時(shí)間的積分，并乘以積分增益系數(shù)Kl。基本的PID控制器的傳遞函數(shù)為Gc(s)＝KP+KDs+Kl/s，但是當(dāng)上述控制器僅僅用作PI控制器時(shí)，不會(huì)用到微商增益，那么就可以去掉KDs項(xiàng)。這樣，PI控制器的基本傳遞函數(shù)就以Gc(s)＝KP+Kl/s表示。
參照圖2，示出了吸收式系統(tǒng)10的控制示意圖?，F(xiàn)有的容量控制規(guī)則用C(s)表示，而G(s)是吸收式系統(tǒng)10的傳遞函數(shù)。本發(fā)明中非線性適應(yīng)性增益之后潛在的思想在于，非線性的過程最好用非線性控制器來控制。重要的是，通過將控制器傳遞函數(shù)表示為信號差值的函數(shù)，使得控制器傳遞函數(shù)中的比例增益系數(shù)KP是可變的，該差值為設(shè)定值減去測量值，即KP＝KP0(1+b|E|)其中KP0是信號差值為零時(shí)的增益系數(shù)，|E|是信號差值的絕對值，b是調(diào)節(jié)常數(shù)。由于比例增益系數(shù)KP已經(jīng)乘以上述差值，那么這個(gè)表達(dá)式使得輸出信號與上述差值的平方成比例。從而C(s)＝KP+Kl/s＝KP0(1+b|E|)+Kl/s。
采用這個(gè)表達(dá)式的優(yōu)點(diǎn)在于，可以采用值較小的KP0，以便上述系統(tǒng)在設(shè)定值附近是穩(wěn)定的，從而使得冷媒水設(shè)定值的過沖量和下沖量得以大大的降低。
當(dāng)大的擾動(dòng)進(jìn)入上述系統(tǒng)時(shí)，上述差值的大小導(dǎo)致產(chǎn)生大的增益，該增益用來迅速驅(qū)動(dòng)對燃燒器的控制，以處理暫態(tài)擾動(dòng)。利用這個(gè)表達(dá)式還有下述優(yōu)點(diǎn)，即降低設(shè)定值周圍的信號噪音的影響，從而避免了出口冷媒水溫度的連續(xù)振蕩。這個(gè)控制算法只需對現(xiàn)有控制方法作出最小的修改，但是它對當(dāng)今燃燒器的比例一積分控制作出了顯著的改進(jìn)。
參照圖3，其示出了本發(fā)明所述方法的步驟。在步驟90中，測量進(jìn)入系統(tǒng)的擾動(dòng)。上述擾動(dòng)最好是冷媒水的溫度，而且可以采用進(jìn)口冷媒水的溫度或者出口冷媒水的溫度。在步驟92中，將信號差值定義為出口冷媒水溫度的設(shè)定值減去上述擾動(dòng)。然后在步驟94中，吸收式制冷機(jī)10的容積控制閥由采用上述非線性控制函數(shù)的PI控制器70控制。
盡管只是參照特定的優(yōu)選實(shí)施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，本發(fā)明并不局限于上述優(yōu)選實(shí)施例，在不偏離下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍的前提下，可以對本發(fā)明作出各種修改和類似變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種控制吸收式制冷機(jī)系統(tǒng)的方法，其中所述制冷機(jī)的控制輸入是由容積閥控制的熱源，所述容積閥由PI控制器控制，所述控制方法包括以下步驟測量所述系統(tǒng)中的擾動(dòng)；將信號差值定義為設(shè)定值減去所述擾動(dòng)；和根據(jù)所述PI控制器中的控制函數(shù)控制所述容積閥，其中所述控制函數(shù)由C(s)＝KP0(1+b|E|)+K1/s表示，其中KP0是所述信號差值為零時(shí)的增益系數(shù)，|E|是信號差值的絕對值，b是調(diào)節(jié)常數(shù)，K1是積分增益系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于所述設(shè)定值決定所述制冷機(jī)的希望的出口冷媒水溫度，所述擾動(dòng)是所述制冷機(jī)入口冷媒水的溫度。
3.一種用于吸收式制冷機(jī)的控制系統(tǒng)，其中所述制冷機(jī)的控制輸入是由容積閥控制的熱源，所述容積閥由PI控制器控制，所述控制系統(tǒng)包括以下裝置用于測量所述制冷機(jī)中的擾動(dòng)的裝置；用于將信號差值定義為設(shè)定值減去所述擾動(dòng)的裝置；和根據(jù)所述PI控制器中的控制函數(shù)來控制所述容積閥的裝置，其中所述控制函數(shù)由C(s)＝KP0(1+b|E|)+K1/s表示，其中KP0是信號差值為零時(shí)的增益系數(shù)，|E|是信號差值的絕對值，b是調(diào)節(jié)常數(shù)，K1是積分增益系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述設(shè)定值決定所述制冷機(jī)的希望的出口冷媒水溫度，所述擾動(dòng)是所述制冷機(jī)入口冷媒水的溫度。
全文摘要
在吸收式制冷機(jī)系統(tǒng)中，該制冷機(jī)的控制輸入是由容積閥控制的熱源，而容積閥反過來又由PI控制器控制。上述控制器通過非線性控制函數(shù)控制。在運(yùn)行過程中，測量出系統(tǒng)中的擾動(dòng)，將信號差值定義為出口冷媒水的設(shè)定值減去上述擾動(dòng)。上述非線性控制函數(shù)由C(s)＝K
文檔編號G05B13/02GK1723376SQ200480001884
公開日2006年1月18日 申請日期2004年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月7日
發(fā)明者N·詹金斯 申請人:開利公司