高效机泵系统协调控制研究

摘要

机泵系统在工业和农业等领域占据主要地位，每年的耗电量约为国家总电量的20％。若可以提高整个机泵系统的运行效率和降低能耗，对于当下绿色能源经济的发展有着十分重要的意义。其关键技术是在满足机泵系统需求的前提条件下，使得系统运行于高效区域。目前通常采取变频调速方案来提高整个机泵系统的效率，但会使得离心泵偏离设计工况点运行。本文通过将传统阀门控制和调速控制相结合，获得了离心泵运行在高效区域时的阀门开度和转速范围，进而实现了机泵系统的协调控制。
　　论文的主要研究工作如下:
　　1、分别建立了三相异步电机的矢量控制系统和离心泵的物理模型，进而搭建整个机泵系统模型。仿真结果证实了该模型的正确性。
　　2、对离心泵的外特性进行了分析。同时以系统高效输出为目标，分别对机泵系统进行了阀门控制和调速控制。在此基础上，通过BP神经网络建立转速、阀门开度与输出效率之间的数学模型，获得协调控制方式下离心泵运行在高效区域时所对应的阀门开度范围和转速范围。
　　3、针对常规协调控制动态性能较差等问题，一方面采用模糊自适应控制器优化阀门控制中的PID参数。另一方面对上述系统模型中的磁链观测器进行改进，实现了动态性能较好的矢量控制方案。在此基础上，采用分程协调控制策略，提高了系统在不同工况下的高效输出性能和可靠性。仿真结果证实了上述方案的正确性。
　　综上所述，本文提出的协调控制方案在能效方面明显优于传统的阀门控制和调速控制，可靠性更高且能够更好的逼近系统工况点运行。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 机泵系统国内外研究现状

1．3 论文的主要研究内容及章节安排

第二章 异步电机-离心泵系统的建模

2．1 异步电机矢量控制系统

2．1．1 三相异步电机数学模型

2．1．2 坐标变换

2．1．3 矢量控制系统模型

2．2 离心泵建模

2．2．2 基于SimHydraulics的离心泵模型

2．3 机泵系统仿真模型

2．4 本章小结

第三章 机泵系统高效工况运行分析

3．1 离心泵流量调节方式

3．1．1 节流调节方式

3．1．2 调速调节方式

3．2 离心泵的外特性分析

3．3 常规控制方式下机泵系统高效运行

3．3．1 阀门控制

3．3．2 调速控制

3．4 基于BP神经网络的高效运行区域预测

3．4．1 BP神经网络的基本原理

3．4．2 机泵系统高效运行预测模型

3．4．3 仿真结果与分析

3．5 本章小结

第四章 基于协调控制的机泵系统设计与分析

4．1 协调控制工作原理

4．2 基于模糊PID和改进磁链观测优化的协调控制

4．2．1 模糊PID自适应控制

4．2．2 改进磁链观测器的矢量控制

4．2．3 仿真结果与分析

4．3 分程协调控制

4．4 三种控制方式结果对比

4．4．1 输出特性分析

4．4．2 能效对比分析

4．4．3 可靠度分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文