工程机电自动控制技术的应用

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工程机电自动控制技术的应用

【摘要】通过介绍机电自动控制技术的原理和作用，分析机电自动控制中中央空调螺杆机组的控制技术，以及微型计算机控制技术在机电自动控制中的应用和发展，提高单位效率，节能增效，为提高机电自动控制技术的精确度和稳定性作出有益的探索。

【关键词】机电;自动控制;应用

引言

21世纪，随着生产技术的发展和生产规模的扩大，自动化控制技术已经被各国作为发展科学技术中一项重要的项目来对待，并被广泛应用于军事国防、工业生产、农业生产和家用电器中，还扩展到生物、医学、环境等不同领域，成为现代社会活动中不可或缺的重要组成部分，实现微型化，智能化而前进。

1、机电自动控制技术的原理和作用

自动控制(原理)是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置(称控制装置或控制器)，使机器，设备或生产过程(统称被控对象)的某个工作状态或参数(即被控制量)自动地按照预定的规律运行。

自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。

为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。

在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。

2、机电自动控制在中央空调螺杆机组的分析

笔者经过理论及实验研究，对PID控制方式进行了改进，提出了一种带有模糊算法的自适应性控制系统，并将其运用于楼宇中央空调的自动化控制中。

通过在单位的275kW螺杆式冷热水机组上的实验证明，该控制系统有效地提高了机组的运行效率。

3、基本原理

3.1螺杆式冷(热)水机组

本文的研究对象为一台设计容量为275kW的螺杆式冷热水机组。

压缩机采用TRANE公司生产的紧凑型双螺杆压缩机，压缩机自身带有能量调节装置，可以实现制冷量50%～100%的无段式调节。

3.2PID调节器的数学模型

PID调节器又称比例积分微分调节器，具有比例、积分、微分三种作用环节。

连续PID调节器的特性方程为：

y=Kc(e+edt+TD)(1)

式中：KC比例系数;

TI积分时间常数;

TD微分时间常数。

三种调节作用概括如下：比例作用按偏差量的大小成比例地改变调节量，能迅速抑制干扰，是基本的调节环节;积分作用实现有偏差量的调节，起消除静差的作用;微分作用则按偏差量的变化速率成比例地改变调节量，起超前调节、缩短调节时间的作用。

PID调节器将三种调节作用适当地组合，共同完成一个调节过程。

常规的PID调节器采用预先设定的KC、TI、TD参数值，在机组运行过程中不能随环境而改变。

实验研究表明，PID调节在平稳运行时效果较好，但是当运行工况变化较大时，则不能十分精确地调节，造成压缩机运行恶化、能效比降低等问题。

从控制论上讲，热物理参数的传递速率较低，往往造成PID调节器的微分作用减弱、控制惯性增大、控制滞后现象严重。

因此，需要对传统的PID进行改进。

本文采用了自适应性的控制方式，在机组的运行中，在线调整系统的热力学参数的判定，从而即时地改变KC、TI、TD等参数的值，以适应变工况的运行要求。

3.3模糊控制算法

模糊算法根据经验总结出许多规律，制定控制表，存入计算机内存储器。

控制时，由偏差和偏差变化率的大小，搜索控制表，找出相应的控制量。

基本的控制规则描述如下：

u=，k0，1(2)

式中：

u控制量输出模糊量;

E偏差模糊量;

E偏差变化率模糊量;

a量纲修正系数

由于模糊控制的调整速度快，机组运行的波动较小，对于制冷系统的变工况调节有积极的意义。

但是此方法适应性较差，不利于推广为通用产品，不宜在中央空调中单独使用。

本文采用局部的模糊算法，在运行中修正系统的热力学参数，并储存在数据库中，当运行工况发生重复时，直接进行制冷量的调节。

实验表明，这种模糊辅助的控制方式对于减小机组的控制滞后、提高机组运行的经济性具有积极的意义。

3.4控制目标

传统的螺杆机组采用热力膨胀阀。

在机组的运行中，随着热负荷的变化，膨胀阀的开启度由感温包通过温度及压力的平衡来决定，无法进行数字化的控制，精度较差。

本文所讨论的螺杆式冷热水机组，采用电子膨胀阀。

由实验样机生产厂家提供的数据显示，其压缩机的可靠调节范围为50%～100%。

但实验研究表明，仅采用压缩机自身的调节方式，当机组负荷降低时，轴功率的减小速度远小于制冷量的减小速度，EER值大幅下降。

因此，实际运行中，应控制压缩机排气量不小于75%，才能保证节能。

本文通过调整压缩机的排气量(Vo)和膨胀阀开启度(EV)来控制压缩机的排气压力(Po)和压缩机进口处的过热度(Ts)。

控制参数与控制目标如下：

(1)控制参数，压缩机排气量为75%～100%，无极调节，控制周期20sec;膨胀阀开启度为100～250个脉冲，控制周期4sec。

(2)控制目标：1.95MPa 另外，室内末端为分装的冷风机，通过继电开关将其开闭状态传至机组，作为机组负荷量监控的参考。

3、微机计算机控制技术在机电自动控制中的应用

目前，计算机技术、电子技术、信息技术已经紧密地结合起来。

微型计算机控制系统的组成及分类、A/D和D/A转换、数据采集、键盘接口技术、LED及LCD显示、报警技术、马达控制、步进电机控制、I/C卡接口技术、RFID技术、串行通信及其接口总线(RS-232-C、SPI、I2C)、现场总线、数字滤波、标度变换、自动量程转换、非线性补偿、PID控制、模糊控制、微型计算机控制系统抗干扰措施等在使用、维护及修改方面更加清晰、简便、直观。

计算机控制系统包括主机、接口电路及外围电气设备，其中单片微型计算机在一片小芯片中集成了CPU、RAN、ROM、I/O接口、计数器、定时器、串行通信口、A/D转换器等微型部件，完成整个控制系统的功能，具有价廉、可靠、多功能、体积小等优点，已广泛应用于各种小型的控制系统中，被称为微型控制器。

在控制中，计算机监督控制系统(SCC系统)，是由计算机测量出被控对象的参数，按照一定的数学模型，计算出最佳的给定值，通过模拟调节器控制整个过程，从而使工作过程处于最好的状态，它还可以进行顺序控制、集中控制、分级控制和最优控制。

而智能控制又是计算机控制中的佼佼者，智能化控制使计算机具有人脑的部分思维功能，解决一些人们难以解决或至今还无法解决的问题。

4、结语

自20世纪60年代开始从PLC，单片机到中央处理器，随着计算机控制技术的不断发展，机电自动控制技术已经逐步进入普及阶段，已从国防，工业，生产普及到家庭生活，由于它拥有众多的优点，因而得以广泛地运用在各行各业中。

随着社会、科技、经济的不断发展，机电自动控制技术的应用范围也在不断拓展。