1.本发明涉及制冷设备领域，尤其涉及基于改进的无模型自适应控制策略吸收式制冷节能系统。


背景技术：

2.目前，我国的制冷设备主要以电力为能源，而我国随着国力不断增强，成为世界上的能源消费大国。能源短缺问题日益突出，消耗量更是与日俱增，近年来我国能源消费增量甚至占到了全球能源消费增量的三分之一，制冷设备消耗电量占到全国总耗电量7％左右，因此空调节能，尤其是通过控制方法降低制冷系统的能耗，提高能效比(cop)是具有理论意义和实用价值。
3.溴化锂吸收式制冷机是一种利用蒸汽、燃油、燃气、热水及各种工业余热为能源获取制冷量的节电型制冷机组，其具有能利用低品位能源、运行安静、制冷量调节范围广和对环境变化的适应能力强等优点，应用于工业生产和办公生活中。
4.目前，国内外在溴化锂吸收式制冷的实际应用方面，开展了不少相关研究，研究者利用实验、模拟或者两者结合的方法，对溴化锂制冷机组做了性能特性分析或者对溴化锂制冷系统进行了优化设计，目的是研究实用性广泛且更高效地制冷机组，其中，自动控制环节是必不可少的，智能、高效、简洁、可靠、节能的自动控制系统是溴化锂机组系统不断追求的方向，研究吸收式制冷机组节能控制方法对于提高机组的运行品质、降低能耗具有重要意义，因此本发明提出基于改进的无模型自适应控制策略吸收式制冷节能系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的基于改进的无模型自适应控制策略吸收式制冷节能系统。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.基于改进的无模型自适应控制策略吸收式制冷节能系统，包括发生器、冷凝器、冷却塔、膨胀阀、蒸发器、空调、冷冻水泵、冷冻水箱、吸收器、溶液热交换器、溶液泵、节流装置、热水锅炉、热水泵、以及连接管道构成的溴化锂制冷机组和非线性控制器，非线性控制器采用无模型自适应控制器。
8.优选的，所述基于改进的无模型自适应控制策略吸收式制冷节能系统的具体流程如下：
9.s1、制冷机组运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水加热后，溶液中的水不断汽化；
10.s2、水蒸气进入冷凝器，被冷却水降温后凝结；随着水的不断汽化，发生器内的溶液浓度不断升高，进入吸收器；
11.s3、当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；
12.s4、在上述步骤过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的浓溴化锂溶液吸收，溶液浓度逐步降低，由溶液泵送回发生器，完成整个循环。
13.优选的，所述无模型自适应控制器基于据驱动的控制算法下运行，无模型自适应控制(mfac)最大特点不用依赖被控对象的数学模型，并能根据系统的输入输出数据计算相应的控制量和估计值，由于算法只有一个在线更新的参数，故可以采用在线i/o的数据，来进行控制器参数的计算，从而消除了系统的未建模动态，故具有极强的鲁棒性。
14.一般离散时间非线性系统可统一表述为：
15.y(k+1)＝f(y(k),y(k-1),
…
,y(k-ny),u(k),u(k-1),
…
,u(k-nu))
16.其中，y(k)、u(k)分别表示系统k时刻的输入与输出；ny、nu代表系统的未知阶次，f(
…
)代表未知的非线性函数，其中cfdl数据模型可表示为：
17.y(k+1)＝y(k)+φ(k)δu(k)
18.cfdl-mfac控制方案如下：
[0019][0020]
如果或或
[0021][0022]
其中，λ＞0，μ＞0，ρ∈(0，1]，η∈(0，1]；ε是一个充分小的正数；是的初值。
[0023]
优选的，所述溴化锂制冷机组的系统采用自抗扰控制方法进行多输入多输出控制，在提高系统的动态特性和稳态性能的同时又能满足鲁棒性和抗扰性的要求，自抗扰控制方法(adrc)主要由三个部分组成，自抗扰控制方法包括跟踪微分器(td)、扩张状态观测器(eso)和非线性误差反馈控制(nlsef)，在对自抗扰控制器进行设计时，仅利用辨识得到的数学模型的阶数设计控制器的阶数，对于未辨识的系统动态部分通过扩张状态观测器估计并补偿，同时也估计补偿外部扰动。
[0024]
优选的，所述跟踪微分器(td)：安排跟踪的过渡过程并提取微分
[0025][0026]
其中u＝fhan(x1,x2,r,h)为快速控制最优综合函数，
[0027]
扩张状态观测器(eso)：观测系统状态并估计系统内部和外部总扰动；
[0028]
扩张状态观测器：
[0029]
非线性状态误差反馈：根据误差得到控制量，
[0030]
u0＝k1fal(e1,α1,δ)+k2fal(e2,α2,δ)
[0031]
u0＝fhan(e1,e2,r,h)。
[0032]
优选的，所述蒸发器、空调、冷冻水泵和冷冻水箱构成冷冻水循环回路，吸收器、冷凝器、冷却塔和膨胀阀构成冷却水循环回路，热水锅炉、热水泵构成热水循环回路。
[0033]
本发明的有益效果为：
[0034]
1.利用所提出的mfac-adrc改进的控制算法控制制冷机组的，热水、冷冻水供水温度，热水循环回路由热水锅炉，发生器热水水泵等组成，热水为发生器提供持续的热量驱动，使水蒸气从溴化锂溶液中蒸发，热水泵频率增加，热水流量增大，当需求负荷降低时，降低热水流量或降低热水入口温度都可以减少发生器中流量，从而降低制冷机组的制冷量；冷却水循环回路由吸收器、冷凝器、冷却塔和膨胀阀等构成，冷却水带走冷凝器和吸收器多余的热量，释放到空气中，保证制冷系统工作继续进行，当需求负荷降低时，减小冷却水泵频率或提高冷却水入口温度都可以降低机组的制冷量；冷冻水循环回路由蒸发器、空调、冷冻水泵和冷冻水箱构成，冷冻水带走蒸发器的冷量，从而为用户供冷；
[0035]
2.本发明中自抗扰控制方法(adrc)主要由三个部分组成，即跟踪微分器(td)、扩张状态观测器(eso)和非线性误差反馈控制(nlsef)。在对自抗扰控制器进行设计时，仅利用辨识得到的数学模型的阶数设计控制器的阶数，对于未辨识的系统动态部分通过扩张状态观测器估计并补偿，同时也估计补偿外部扰动，此种设计，使得本发明系统中不依赖系统精确模型，抗干扰能力强，且鲁棒性强；
[0036]
3.无模型自适应控制器(mfac)可以在系统运行过程中获得环境和被控制对象的未知信息，不断积累控制经验，改进系统品质，具有搜索、识别、记忆、修改和优化等功能，特别适用于解决非线性控制问题，本发明引入eso扩张状态观测器，实时估计并消除系统的内外扰动，进行高效控制，以此提高系统的暂态和稳态性能，改善无模型自适应控制算法收敛速度、鲁棒性和自适应能力，实现被控对象在变负荷、多工况、强干扰下的鲁棒性，从而更精确地实现控制要求，降低系统能耗。
附图说明
[0037]
图1为本发明中溴化锂制冷机组流程示意图；
[0038]
图2为本发明中节能控制整体框架图；
[0039]
图3为本发明中非线性控制策略框图；
[0040]
图4为本发明中无模型自适应控制(mfac)与自抗扰控制(adrc)结合的控制系统框架图；
[0041]
图5为本发明中自抗扰控制(adfc)基本结构框图；
[0042]
图6为本发明中mfac-adrc控制器结构图。
具体实施方式
[0043]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0044]
如图1-6所示，基于改进的无模型自适应控制策略吸收式制冷节能系统，包括发生器、冷凝器、冷却塔、膨胀阀、蒸发器、空调、冷冻水泵、冷冻水箱、吸收器、溶液热交换器、溶液泵、节流装置、热水锅炉、热水泵、以及连接管道构成的溴化锂制冷机组和非线性控制器，非线性控制器采用无模型自适应控制器。
[0045]
其中，所述基于改进的无模型自适应控制策略吸收式制冷节能系统的具体流程如下：
[0046]
s1、制冷机组运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水加热后，溶液中的水不断汽化；
[0047]
s2、水蒸气进入冷凝器，被冷却水降温后凝结；随着水的不断汽化，发生器内的溶液浓度不断升高，进入吸收器；
[0048]
s3、当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；
[0049]
s4、在上述步骤过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的浓溴化锂溶液吸收，溶液浓度逐步降低，由溶液泵送回发生器，完成整个循环。
[0050]
其中，所述无模型自适应控制器基于据驱动的控制算法下运行，无模型自适应控制(mfac)最大特点不用依赖被控对象的数学模型，并能根据系统的输入输出数据计算相应的控制量和估计值，由于算法只有一个在线更新的参数，故可以采用在线i/o的数据，来进行控制器参数的计算，从而消除了系统的未建模动态，故具有极强的鲁棒性。
[0051]
一般离散时间非线性系统可统一表述为：
[0052]
y(k+1)＝f(y(k),y(k-1),
…
,y(k-ny),u(k),u(k-1),
…
,u(k-nu))
[0053]
其中，y(k)、u(k)分别表示系统k时刻的输入与输出；ny、nu代表系统的未知阶次，f(
…
)代表未知的非线性函数，其中cfdl数据模型可表示为：
[0054]
y(k+1)＝y(k)+φ(k)δu(k)
[0055]
cfdl-mfac控制方案如下：
[0056][0057]
如果或或
[0058][0059]
其中，λ＞0，μ＞0，ρ∈(0，1]，η∈(0，1]；ε是一个充分小的正数；是的初值。
[0060]
其中，所述溴化锂制冷机组的系统采用自抗扰控制方法进行多输入多输出控制，在提高系统的动态特性和稳态性能的同时又能满足鲁棒性和抗扰性的要求，自抗扰控制方法(adrc)主要由三个部分组成，自抗扰控制方法包括跟踪微分器(td)、扩张状态观测器
(eso)和非线性误差反馈控制(nlsef)，在对自抗扰控制器进行设计时，仅利用辨识得到的数学模型的阶数设计控制器的阶数，对于未辨识的系统动态部分通过扩张状态观测器估计并补偿，同时也估计补偿外部扰动。
[0061]
其中，所述跟踪微分器(td)：安排跟踪的过渡过程并提取微分
[0062][0063]
其中u＝fhan(x1,x2,r,h)为快速控制最优综合函数，
[0064]
扩张状态观测器(eso)：观测系统状态并估计系统内部和外部总扰动；
[0065][0066]
扩张状态观测器：
[0067]
非线性状态误差反馈：根据误差得到控制量，
[0068]
u0＝k1fal(e1,α1,δ)+k2fal(e2,α2,δ)
[0069]
u0＝fhan(e1,e2,r,h)。
[0070]
其中，所述蒸发器、空调、冷冻水泵和冷冻水箱构成冷冻水循环回路，吸收器、冷凝器、冷却塔和膨胀阀构成冷却水循环回路，热水锅炉、热水泵构成热水循环回路。
[0071]
对比例1
[0072]
本实施例与所提供的实施例1的方法大致相同，其主要区别在于：溴化锂制冷机组的系统未采用无模型自适应控制(mfac)；
[0073]
对比例2
[0074]
本实施例与所提供的实施例1的方法大致相同，其主要区别在于：溴化锂制冷机组的系统未采用自抗扰控制方法(adrc)。
[0075]
性能测试
[0076]
分别取等量的实施例1和对比例1～3所提供的基于改进的无模型自适应控制策略吸收式制冷节能系统能耗以及鲁棒性：
[0077] 系统能耗安全性实施例115％99.9％对比例170％23％对比例232％87％
[0078]
通过分析上述各表中的相关数据可知，基于改进的无模型自适应控制策略吸收式制冷节能系统，包括发生器、冷凝器、冷却塔、膨胀阀、蒸发器、空调、冷冻水泵、冷冻水箱、吸收器、溶液热交换器、溶液泵、节流装置、热水锅炉、热水泵、以及连接管道构成的溴化锂制
冷机组和非线性控制器，非线性控制器采用无模型自适应控制器。
[0079]
其中，所述基于改进的无模型自适应控制策略吸收式制冷节能系统的具体流程如下：
[0080]
s1、制冷机组运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水加热后，溶液中的水不断汽化；
[0081]
s2、水蒸气进入冷凝器，被冷却水降温后凝结；随着水的不断汽化，发生器内的溶液浓度不断升高，进入吸收器；
[0082]
s3、当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；
[0083]
s4、在上述步骤过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的浓溴化锂溶液吸收，溶液浓度逐步降低，由溶液泵送回发生器，完成整个循环，利用所提出的mfac-adrc改进的控制算法控制制冷机组的，热水、冷冻水供水温度，热水循环回路由热水锅炉，发生器热水水泵等组成，热水为发生器提供持续的热量驱动，使水蒸气从溴化锂溶液中蒸发，热水泵频率增加，热水流量增大，当需求负荷降低时，降低热水流量或降低热水入口温度都可以减少发生器中流量，从而降低制冷机组的制冷量；冷却水循环回路由吸收器、冷凝器、冷却塔和膨胀阀等构成，冷却水带走冷凝器和吸收器多余的热量，释放到空气中，保证制冷系统工作继续进行，当需求负荷降低时，减小冷却水泵频率或提高冷却水入口温度都可以降低机组的制冷量；冷冻水循环回路由蒸发器、空调、冷冻水泵和冷冻水箱构成，冷冻水带走蒸发器的冷量，从而为用户供冷。
[0084]
其中，所述无模型自适应控制器基于据驱动的控制算法下运行，无模型自适应控制(mfac)最大特点不用依赖被控对象的数学模型，并能根据系统的输入输出数据计算相应的控制量和估计值，由于算法只有一个在线更新的参数，故可以采用在线i/o的数据，来进行控制器参数的计算，从而消除了系统的未建模动态，故具有极强的鲁棒性。
[0085]
一般离散时间非线性系统可统一表述为：
[0086]
y(k+1)＝f(y(k),y(k-1),
…
,y(k-ny),u(k),u(k-1),
…
,u(k-nu))
[0087]
其中，y(k)、u(k)分别表示系统k时刻的输入与输出；ny、nu代表系统的未知阶次，f(
…
)代表未知的非线性函数，其中cfdl数据模型可表示为：
[0088]
y(k+1)＝y(k)+φ(k)δu(k)
[0089]
cfdl-mfac控制方案如下：
[0090][0091]
如果或或
[0092][0093]
其中，λ＞0，μ＞0，ρ∈(0，1]，η∈(0，1]；ε是一个充分小的正数；是的初值；。
[0094]
其中，所述溴化锂制冷机组的系统采用自抗扰控制方法进行多输入多输出控制，在提高系统的动态特性和稳态性能的同时又能满足鲁棒性和抗扰性的要求，自抗扰控制方
法(adrc)主要由三个部分组成，自抗扰控制方法包括跟踪微分器(td)、扩张状态观测器(eso)和非线性误差反馈控制(nlsef)，在对自抗扰控制器进行设计时，仅利用辨识得到的数学模型的阶数设计控制器的阶数，对于未辨识的系统动态部分通过扩张状态观测器估计并补偿，同时也估计补偿外部扰动。
[0095]
其中，所述跟踪微分器(td)：安排跟踪的过渡过程并提取微分
[0096][0097]
其中u＝fhan(x1,x2,r,h)为快速控制最优综合函数，
[0098]
扩张状态观测器(eso)：观测系统状态并估计系统内部和外部总扰动；
[0099][0100]
扩张状态观测器：
[0101]
非线性状态误差反馈：根据误差得到控制量，
[0102]
u0＝k1fal(e1,α1,δ)+k2fal(e2,α2,δ)
[0103]
u0＝fhan(e1,e2,r,h)。
[0104]
其中，所述蒸发器、空调、冷冻水泵和冷冻水箱构成冷冻水循环回路，吸收器、冷凝器、冷却塔和膨胀阀构成冷却水循环回路，热水锅炉、热水泵构成热水循环回路。
[0105]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。