工程機電自動控制技術的應用
工程機電自動控制技術的應用
【摘 要】通過介紹機電自動控制技術的原理和作用，分析機電自動控制中中央空調螺桿機組的控制技術，以及微型計算機控制技術在機電自動控制中的應用和發展，提高單位效率，節能增效，為提高機電自動控制技術的精確度和穩定性作出有益的探索。
【關鍵詞】機電;自動控制;應用
引言
21世紀，隨著生產技術的發展和生產規模的擴大，自動化控制技術已經被各國作為發展科學技術中一項重要的項目來對待，并被廣泛應用于軍事國防、工業生產、農業生產和家用電器中，還擴展到生物、醫學、環境等不同領域，成為現代社會活動中不可或缺的重要組成部分，實現微型化，智能化而前進。
1、機電自動控制技術的原理和作用
自動控制(原理)是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置(稱控制裝置或控制器)，使機器，設備或生產過程(統稱被控對象)的某個工作狀態或參數(即被控制量)自動地按照預定的規律運行。
自動控制理論是研究自動控制共同規律的技術科學。
為了實現各種復雜的控制任務，首先要將被控制對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個有機的總體，這就是自動控制系統。
在自動控制系統中，被控對象的輸出量即被控量是要求嚴格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，而控制裝置則是對被控對象施加控制作用的機構的總體，它可以采用不同的原理和方式對被控對象進行控制，但最基本的一種是基于反饋控制原理的反饋控制系統。
2、機電自動控制在中央空調螺桿機組的分析
筆者經過理論及實驗研究，對PID控制方式進行了改進，提出了一種帶有模糊算法的自適應性控制系統，并將其運用于樓宇中央空調的自動化控制中。
通過在單位的275kW螺桿式冷熱水機組上的實驗證明，該控制系統有效地提高了機組的運行效率。
3、基本原理
3.1螺桿式冷(熱)水機組
本文的研究對象為一臺設計容量為275kW的螺桿式冷熱水機組。
壓縮機采用TRANE公司生產的緊湊型雙螺桿壓縮機，壓縮機自身帶有能量調節裝置，可以實現制冷量50%～100%的無段式調節。
3.2PID調節器的數學模型
PID調節器又稱比例積分微分調節器，具有比例、積分、微分三種作用環節。
連續PID調節器的特性方程為：
y=Kc(e+edt+TD)(1)
式中：KC——比例系數;
TI——積分時間常數;
TD——微分時間常數。
三種調節作用概括如下：比例作用按偏差量的大小成比例地改變調節量，能迅速抑制干擾，是基本的調節環節;積分作用實現有偏差量的調節，起消除靜差的作用;微分作用則按偏差量的變化速率成比例地改變調節量，起超前調節、縮短調節時間的作用。
PID調節器將三種調節作用適當地組合，共同完成一個調節過程。
常規的PID調節器采用預先設定的KC、TI、TD參數值，在機組運行過程中不能隨環境而改變。
實驗研究表明，PID調節在平穩運行時效果較好，但是當運行工況變化較大時，則不能十分精確地調節，造成壓縮機運行惡化、能效比降低等問題。
從控制論上講，熱物理參數的傳遞速率較低，往往造成PID調節器的微分作用減弱、控制慣性增大、控制滯后現象嚴重。
因此，需要對傳統的PID進行改進。
本文采用了自適應性的控制方式，在機組的運行中，在線調整系統的熱力學參數的判定，從而即時地改變KC、TI、TD等參數的值，以適應變工況的運行要求。
3.3模糊控制算法
模糊算法根據經驗總結出許多規律，制定控制表，存入計算機內存儲器。
控制時，由偏差和偏差變化率的大小，搜索控制表，找出相應的控制量。
基本的控制規則描述如下：
u=，k0，1(2)
式中：
u——控制量輸出模糊量;
E——偏差模糊量;
E——偏差變化率模糊量;
a——量綱修正系數
由于模糊控制的調整速度快，機組運行的波動較小，對于制冷系統的變工況調節有積極的意義。
但是此方法適應性較差，不利于推廣為通用產品，不宜在中央空調中單獨使用。
本文采用局部的模糊算法，在運行中修正系統的熱力學參數，并儲存在數據庫中，當運行工況發生重復時，直接進行制冷量的調節。
實驗表明，這種模糊輔助的控制方式對于減小機組的控制滯后、提高機組運行的經濟性具有積極的意義。
3.4控制目標
傳統的螺桿機組采用熱力膨脹閥。
在機組的運行中，隨著熱負荷的變化，膨脹閥的開啟度由感溫包通過溫度及壓力的平衡來決定，無法進行數字化的控制，精度較差。
本文所討論的螺桿式冷熱水機組，采用電子膨脹閥。
由實驗樣機生產廠家提供的數據顯示，其壓縮機的可靠調節范圍為50%～100%。
但實驗研究表明，僅采用壓縮機自身的調節方式，當機組負荷降低時，軸功率的減小速度遠小于制冷量的減小速度，EER值大幅下降。
因此，實際運行中，應控制壓縮機排氣量不小于75%，才能保證節能。
本文通過調整壓縮機的排氣量(Vo)和膨脹閥開啟度(EV)來控制壓縮機的排氣壓力(Po)和壓縮機進口處的過熱度(Ts)。
控制參數與控制目標如下：
(1)控制參數，壓縮機排氣量為75%～100%，無極調節，控制周期20sec;膨脹閥開啟度為100～250個脈沖，控制周期4sec。
(2)控制目標：1.95MPa 另外，室內末端為分裝的冷風機，通過繼電開關將其開閉狀態傳至機組，作為機組負荷量監控的參考。
3、微機計算機控制技術在機電自動控制中的應用
目前，計算機技術、電子技術、信息技術已經緊密地結合起來。
微型計算機控制系統的組成及分類、A/D和D/A轉換、數據采集、鍵盤接口技術、LED及LCD顯示、報警技術、馬達控制、步進電機控制、I/C卡接口技術、RFID技術、串行通信及其接口總線(RS-232-C、SPI、I2C)、現場總線、數字濾波、標度變換、自動量程轉換、非線性補償、PID控制、模糊控制、微型計算機控制系統抗干擾措施等在使用、維護及修改方面更加清晰、簡便、直觀。
計算機控制系統包括主機、接口電路及外圍電氣設備，其中單片微型計算機在一片小芯片中集成了CPU、RAN、ROM、I/O接口、計數器、定時器、串行通信口、A/D轉換器等微型部件，完成整個控制系統的功能，具有價廉、可靠、多功能、體積小等優點，已廣泛應用于各種小型的控制系統中，被稱為微型控制器。
在控制中，計算機監督控制系統(SCC系統)，是由計算機測量出被控對象的參數，按照一定的數學模型，計算出最佳的給定值，通過模擬調節器控制整個過程，從而使工作過程處于最好的狀態，它還可以進行順序控制、集中控制、分級控制和最優控制。
而智能控制又是計算機控制中的佼佼者，智能化控制使計算機具有人腦的部分思維功能，解決一些人們難以解決或至今還無法解決的問題。
4、結語
自20世紀60年代開始從PLC，單片機到中央處理器，隨著計算機控制技術的不斷發展，機電自動控制技術已經逐步進入普及階段，已從國防，工業，生產普及到家庭生活，由于它擁有眾多的優點，因而得以廣泛地運用在各行各業中。
隨著社會、科技、經濟的不斷發展，機電自動控制技術的應用范圍也在不斷拓展。
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