三核极速恒压变频控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及变频恒压无负压变频供水技术领域，尤其涉及一种三核极速恒压变频 控制方法。
【背景技术】
[0002] 一般为达到恒压供水控制系统闭环控制的需求，在硬件上使用配置为PLC与HMI 设备通过参数的设置和PID控制技术来控制变频器的频率输出，并控制不同栗组的切换达 到恒压供水的目的。
[0003] 传统的过程控制中对液位高度等参数控制都采用PID控制，可以说获得了很好的 效果。在生产过程中，PID控制已经成为历史最悠久、生命力最强的基本方式。此后，随着计 算机和PLC的发展，计算机和PLC与模糊ID控制技术完美的结合，可以通过计算机控制PLC 产生PID参数，控制被控对象以及反馈数据给计算机进行处理。模糊控制是近十几年来迅 速发展的一项技术，与神经网络及专家控制并称为智能控制。模糊控制是以模糊集合论、 模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数学控制方法，属于非线性控制方法。
[0004] 模糊逻辑控制（Fuzzy Logic Control)简称模糊控制（Fuzzy Control)，是以模糊 集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。1965年，美国的 L. A. Zadeh创立了模糊集合论；1973年他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。1974 年，英国的E. H. Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器，并把它应用于锅炉和蒸汽 机的控制，在实验室获得成功。这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。模糊控制实质 上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既具有系统化的理 论，又有着大量实际应用背景。模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力；然而在东方 尤其是在日本，却得到了迅速而广泛的推广应用。近20多年来，模糊控制不论从理论上还 是技术上都有了长足的进步，成为自动控制领域中一个非常活跃而又硕果累累的分支。其 典型应用的例子涉及生产和生活的许多方面，例如在家用电器设备中有模糊洗衣机、空调、 微波炉、吸尘器、照相机和摄录机等；在工业控制领域中有水净化处理、发酵过程、化学反应 釜、水泥窑炉等的模糊控制；在专用系统和其它方面有地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动 扶梯、蒸汽引擎以及机器人的模糊控制等。模糊控制的基本思想是利用计算机来实现人的 控制经验，而这些经验多是用语言表达的具有相当模糊性的控制规则。模糊控制器（Fuzzy Controller，即FC)获得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特点：
[0005] ?模糊控制是一种基于规则的控制。它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操 作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型，因 而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。
[0006] ?由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些 数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。
[0007] ?基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易导致 较大差异；但一个系统的语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊 连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。
[0008] ?模糊控制算法是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工 控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。
[0009] ?模糊控制系统，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非 线性、时变及纯滞后系统的控制。
[0010] 模糊PID控制工作原理如下：计算机根据参考输入和反馈信号，计算实际转速和 理论转速之间的偏差以及当前的偏差变化速度，在模糊推理器中借助模糊经验进行模糊推 理，模糊推理器输出PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数，把它们作为当前控制器 的参考进行PID控制，由于每一次控制时控制器的参数都是根据具体控制情况进行实时修 正的，因而能够做到控制作用的最优。
[0011]
[0012] e(t):差值。
[0013] 比例：P = Kp :比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信 号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
[0014] 积分：I = Kp/Tl :在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关 系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误 差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入"积分项"。积分项对误差 取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着 时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此， 比例+积分（PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
[0015] 微分：D = Kp*TD :在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差 的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失 稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay)组件，具有抑制误差的 作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化"超前"，即 在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入"比例"项往 往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是"微分项"，它能预测 误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于 零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比 例+微分（PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
[0016] P、I、D参数的预置是相辅相成的，运行现场应根据实际情况进行如下细调：被控 物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间I，如仍有振荡，可适当减小比例增益P。被控 物理量在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益P，如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分 时间I，还可加大微分时间D。
[0017] 现有技术存在的缺点：
[0018] 1、传统的模糊PID控制技术，为通用性闭环控制技术，在恒压变频供水领域没有 突出的技术优势，在控制过程中在功能上有一定的局限性，在本领域中无法达到节能优化 的目的。
[0019] 2、公式算法比较复杂，软件开发使用大量代码，增加系统负担，降低系统的执行效 率，开发使用难度相对较大，设计灵活性差。
[0020] 3、传统PID参数设置调试难度相对较大，控制原理繁琐，不易理解使用，需具备一 定技能水平的专业人员进行调试，无法适应普通用户的使用。
[0021] 在实际使用过程中，系统根据不同的使用环境或工况，需要设置不同的运行参数 来达到恒定供水压力的目的，满足用户生活用水需求。本发明主要提供一种简化、方便、高 效的闭环控制技术，原理易懂，操作方便。可满足普通用户的使用，并针对恒压变频供水领 域的技术运用特点进行功能优化，提高系统的运行效率，进一步达到节能优化的目的。
【发明内容】
[0022] 本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种三核极速恒压变频控制 方法。
[0023] 本发明要解决的技术问题是：
[0024] 1、针对恒压（无负压）变频控制领域专用的控制技术，针对性的解决了系统低频 运行保护、设备休眠等系统节能优化的问题，达到节能减排的目的。
[0025] 2、简化公式算法，控制原理通俗易懂，方便设计者运用开发及普通用户使用。在满 足使用要求的前提下，减少了软件开发过程中代码量，及复杂程度，缩短开发周期。
[0026] 3、在系统运行过程中，可根据不同现场工况调整不同参数及算法结构，结合AD/DA 转换，过程变量数据处理等，满足实际使用需求，提高开发灵活性，和运行可靠性。
[0027] 4、系统硬件设计部分采用三核处理，核心之间采用集成化串口数据交换，在系统 运行过程中，各核心独立处理相关功能及数据运算，多任务根据功能类型不同合理分配，同 步进彳丁，提尚整个系统的运彳丁效率。
[0028] 5、采用一体化结构设计方案，减少占用空间，降低产品成本。
[0029] 本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。这种三核极速恒压变频控 制方法，在控制输出过程中，系统的输入参考值M与实际值Kn，通过计算公式:A = N(M-Kn) +F(Kn-Kn-I) -Cu*u与Pout = Pout+A计算后输出频率控制信号Pout给变频器，变 频器输出相应频率Hz ;使被控对象（栗）输出相应转速为管网增压，压力通过传感器检测 反馈信号，再次得到新的实际反馈值Kn，原Kn值则变为Kn-I ;其中，
[0030] A:数字量频率输出值变化系数；
[0031] N :实际差值比例系数（给定值）；
[0032] M :设定目标值；
[0033] Kn :当前实际值（η :第η个周期）；
[0034] F:过程量差值比例系数（给定值）；
[0035] Cu :节能比例优化系数（给定值）；
[0036] U :节能优化值；
[0037] Pout:数字量频率实际输出值。
[003