一种适用于微型增压空间的控制系统及方法与流程

本发明涉及建筑压力控制，尤其涉及一种适用于微型增压空间的控制系统及方法。

背景技术：

1、微型增压空间是一种小型(建筑面积不超过15㎡)高气密性增压建筑；增压建筑是指通过技术措施使建筑在使用过程中室内压力大于室外压力的建筑。增压建筑增大了室内压力，室内氧分压也相应增加，可以缓解低氧环境带来的高原反应。根据功效特点，增压建筑适合用于云贵高原、青藏高原等海拔在3000米以上的地区。

2、微型增压空间内部空间更小，气流分布更加均匀，人体居于其中休息，对于控制程序的设计以及相关安全措施保障就显得更加重要。

3、现有技术中微型增压空间具体以下缺点：

4、1、结构上的缺点为：微型增压空间的输氧和增压管道一般为集中设置，无法分开进行输氧和增压的调节。

5、2、控制方法上的缺点为：现有的控制方法一般为简单的阈值判断，没有采用更为智能的控制方式。现有的控制方法一般采用氧气浓度或者二氧化碳浓度作为控制对象，对单一的气体进行浓度控制，无法适应用户对适宜居住环境的更高要求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种适用于微型增压空间的控制系统及方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、本发明提供一种适用于微型增压空间的控制系统，包括：

4、微型增压空间；

5、传感器系统，设置在微型增压空间内，用于监测和采集微型增压空间内的各项传感数据；

6、输氧系统，与微型增压空间连接，用于为微型增压空间输送氧气；

7、增压系统，与微型增压空间连接，用于调节微型增压空间内的气压；

8、控制器，设置在微型增压空间内，与传感器系统、输氧系统、增压系统均相连，用于建立控制模型，根据采集的传感数据，通过调节增压系统与输氧系统的气流分配，控制微型增压空间内部气体浓度稳定。

9、进一步地，本发明的传感器系统包括：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、氧气浓度传感器以及二氧化碳浓度传感器。

10、进一步地，本发明的输氧系统包括：活塞空压机、进气电磁阀组、分子筛系统、单向阀组、连通管道以及输氧管道；其中：

11、分子筛系统一端通过输氧管道与微型增压空间相连，活塞空压机通过进气电磁阀组与连通管道相连，连通管道与分子筛系统的另一端相连；单向阀组设置在连通管道中。

12、进一步地，本发明的增压系统包括：涡旋风机、铝翅风机以及增压管道；其中：

13、涡旋风机、铝翅风机、增压管道和微型增压空间依次相连，连通管道与增压管道相连。

14、进一步地，本发明的微型增压空间上还设置有手自一体安全阀，当压力高于一定阈值，控制器控制手自一体安全阀打开进行泄压。

15、进一步地，本发明的控制器的控制模型中，采用复合空气性能指标进行控制，复合空气性能指标根据包括氧气、二氧化碳、温度、湿度在内的各分项空气指标在正常宜居住环境中所占的等效配比浓度，结合用户习惯或者主动控制策略的权重因子进行确定。

16、本发明提供一种适用于微型增压空间的控制方法，包括以下步骤：

17、系统自检，判断是否为紧急模式，若是，则进行紧急泄压；若否，则进行模式选择；

18、若为制氧模式，则控制氧气浓度，控制器控制系统平稳运行；

19、若为手动模式，则手动控制系统进行减压或升压，在升压过程中，控制器控制系统平稳运行；

20、若为自动模式，自动判断以下情况：

21、若接收到消防报警信号或发生紧急停电，则进行紧急泄压；

22、若压力低于设定的阈值，或二氧化碳浓度超过设定阈值，或达到设定的时间间隔，则进行换气并升压，在升压过程中，控制器控制系统平稳运行；

23、若未达到设定的压力值，则进行升压，在升压过程中，控制器控制系统平稳运行；

24、在系统平稳运行时，控制器以复合空气性能指标为控制对象，进行实时控制。

25、进一步地，本发明的该方法中控制器以复合空气性能指标为控制对象，进行实时控制的具体步骤包括：

26、根据包括氧气、二氧化碳、温度、湿度在内的各分项空气指标在正常宜居住环境中所占的等效配比浓度，结合用户习惯或者主动控制策略的权重因子，建立复合空气性能指标；

27、对复合空气性能指标进行微分过渡；

28、采用扩张状态观测器，扩张状态观测过程；

29、应用非线性误差反馈控制，形成对复合空气性能指标的闭环控制。

30、进一步地，本发明的复合空气性指标的公式为：

31、

32、其中，(xi|u)为各分项空气指标在正常适宜居住环境中所占等效配比浓度，包括氧气、二氧化碳、环境温度、湿度，n为分项空气指标数量；pi为根据用户习惯或者主动控制策略的权重因子。

33、进一步地，本发明的形成对复合空气性能指标的闭环控制的方法具体包括：

34、对目标空气性能指标进行微分过渡：

35、

36、其中，二阶最速函数为fhan，r0和h0为系统控制参数；

37、采用扩张状态观测器，扩张状态观测过程为：

38、

39、应用非线性误差反馈控制具体为：

40、

41、其中，y(k)为系统的实际状态输出；z1(k)为观测出来的空气性能指标；z2(k)为观测出来的性能指标微分信号；z3(k)为观测出来的总的系统扰动；ε1为观测偏差，为系统观测输出和实际输出的差值；h为系统离散化过程中的采样周期；β01、β02、β03为系统控制参数，与观测器的带宽有关，根据采用步长决定；δ为系统控制参数，5h≤δ≤10h；fal为非线性观测函数。

42、本发明产生的有益效果是：

43、1、本发明采用复合管道设计，分为了输氧系统和增压系统，可以进行分开控制，也可以进行复合空气性能指标的复合控制，控制精度高，且调节方式更加灵活、智能。

44、2、本发明的控制方法中，通过引入复合空气性能指标，充分考虑了各分项空气指标在正常适宜居住环境中所占等效配比浓度，以及据用户习惯或者主动控制策略提炼的权重因子，创新性的提出以“复合空气性能指标”作为控制指标，比单一的气体浓度作为控制指标，能够有效的提高用户的使用体验，并且充分利用氧气与二氧化碳浓度的耦合控制，通过二者指标指标共同作用控制新风风量的合理性分配。

45、3、本发明采用非线性误差反馈控制，在传统线控控制系统pid经典控制规律的基础上进行的非线性实施，重点改进了对误差信号以及误差微分信号的处理，使得闭环控制的精度更高。

46、4、通过调整微型增压空间内部环境压力，使居住于高海拔地区的人群在夜晚睡觉时能够获得更好的睡眠环境，通过加大气压，模拟低海拔地区环境，达到更好的睡眠休息条件。

47、5、微型增压空间内部气体压力的安全保护、氧气及二氧化碳等关键性气体浓度的监测与控制，切实可行，且安全可靠，充分考虑了合理冗余配置。