一种多机核悬浮风机的高效率控制方法与流程

本发明属于磁悬浮风机控制，具体涉及一种多机核悬浮风机的高效率控制方法。

背景技术：

1、污水曝气常采用多台磁悬浮风机并联。现有控制多依赖厂家理论曲线调节转速以维持管网压力，但存在以下不足：性能模型脱离实际工况；负荷分配缺乏全局能效评估；闭环控制难以兼顾响应速度与长期稳定性。

2、具体提出以下技术问题：

3、现有性能评估依赖理论曲线，缺乏基于真实管网的实测建模，难以构建平滑的连续解析模型与三维效率图谱，致使全局寻优缺乏可靠计算基础；

4、现有多机并联多采用均分负荷策略，缺乏全局能效寻优机制，未充分考虑动态变台数与非对称分配潜力，系统易偏离高效区；

5、现有控制难兼顾实时响应与长期稳定性，在线寻优易致响应延迟，且缺乏实测反馈校准机制，长期运行后控制效果易衰减，为此我们提出一种多机核悬浮风机的高效率控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多机核悬浮风机的高效率控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多机核悬浮风机的高效率控制方法，包括：

3、步骤一：设定工艺参数采集周期，由上位机提供总风量需求并传至plc控制器；同步更新风量控制周期的固定风量指令；测量风机出口风压作为曝气系统的额定运行压力；

4、步骤二：锁定恒压运行模式，对每个风机机核在全流量范围内进行离散流量点参数采集，计算各工况点的绝热效率，构建流量－效率数据对；采用非线性最小二乘法进行多项式拟合得到效率-流量函数，并生成效率等高线曲线，形成效率特征匹配库；

5、步骤三：基于效率特征匹配库，通过试算法全工况遍历寻优和拉格朗日乘数法解析寻优两种方法，求解多机核空气质量流量的最优分配方案，使系统综合绝热效率最大化；比较两种方法取最优，生成启停与风量调节指令，并进行实测校准修正，最终形成最优运行方案库用于实时调控。

6、优选的，设定工艺参数采集周期，由上位机提供总风量需求并传至可编程逻辑控制器，同步更新风量控制周期的固定风量指令的具体过程为：

7、设定多个工艺参数采集周期，在每个周期内上位机提供单台风机总风量需求并传给可编程逻辑控制器；对于每个风量控制周期，将最新采集周期获取的总风量需求作为当前更新后的固定风量指令，该指令随采集周期更新而同步更新。

8、优选的，测量风机出口风压作为曝气系统的额定运行压力的具体过程为：

9、在每个风量控制周期内，利用压力测量仪器实时测量多机核悬浮风机出口的实际风压，并将该实测风压值直接作为污水处理厂曝气系统的额定运行压力，随后将此额定运行压力确立为恒压控制的基准，从而完成恒压运行模式的锁定。

10、优选的，锁定恒压运行模式，对每个风机机核在全流量范围内进行离散流量点参数采集的具体过程为：

11、在锁定的恒压模式下对每个风机机核进行单台调试，在最小至最大运行流量范围内按预设步长采集离散流量点参数，包括进口空气绝对温度、进出口空气绝对压力、驱动轴实际轴功率及出口空气质量流量，整合形成参数组。

12、优选的，计算各工况点的绝热效率，构建流量与效率数据对的具体过程为：

13、对每个采集工况点，将对应离散流量点参数组中的运行参数归一化去量纲处理后，代入鼓风机绝热效率计算逻辑，得到每个流量点对应的机核绝热效率；将风机机核在各采集工况点的空气质量流量与对应的机核绝热效率进行组合，构建机核流量与绝热效率数据对，整理形成当前恒压运行模式的效率数据集。

14、优选的，采用非线性最小二乘法进行多项式拟合得到效率与流量函数的具体过程为：

15、以机核效率数据集中的各数据对为拟合样本，采用非线性最小二乘法进行多项式拟合；通过最小化误差平方和求解多项式拟合系数，并计算拟合优度；依次选取不同的多项式次数，当拟合优度大于或等于对应预设阈值时，确定当前的多项式次数及对应的多项式拟合系数，得到该机核在当前恒压模式下的效率与流量函数。

16、优选的，生成效率等高线曲线，形成效率特征匹配库的具体过程为：

17、基于当前恒压模式，以风机出口绝对压力、机核出口空气质量流量、机核整体绝热效率为三个垂直坐标轴构建三维工况坐标系；在流量有效取值区间内，将各流量值代入效率与流量函数计算对应效率，构建坐标点并投影至三维坐标系，通过曲线平滑处理生成效率等高线曲线，整理所有恒压模式下的曲线形成效率特征匹配库。

18、优选的，通过试算法全工况遍历寻优求解多机核空气质量流量的最优分配方案的具体过程为：

19、枚举所有可能的机核运行组合，对每种运行组合，以平均分配空气质量流量作为初始分配空气质量流量，以预设扰动步长对各机核分配空气质量流量进行调控，保持总分配空气质量流量等于总需求；对每组分配组合代入效率与流量函数计算综合绝热效率，遍历全部组合后选取综合绝热效率数值最大的分配流量组合作为试算法最优方案。

20、优选的，通过拉格朗日乘数法解析寻优求解多机核空气质量流量的最优分配方案的具体过程为：

21、构造拉格朗日函数，引入拉格朗日乘子与总空气质量流量约束值；对各机核分配空气质量流量及拉格朗日乘子求一阶偏导并令其为零，依据一阶偏导数为零的最优性条件进行求解，得到各机核最优分配空气质量流量及对应综合绝热效率，该物理意义明确为系统综合绝热效率达到最高点且输入轴功率最小的节能最优工况点。

22、优选的，比较两种方法取最优，生成启停与风量调节指令，并进行实测校准修正，最终形成最优运行方案库用于实时调控的具体过程为：

23、比较试算法与拉格朗日乘数法得出的最优综合绝热效率，取较大值对应的方案为最终最优运行方案，据此生成启停与风量调节指令；实测系统综合绝热效率，若与理论最大值存在偏差且超出允许范围，则对效率与流量函数及分配参数进行校准修正，整合各恒压模式下的修正方案形成最优运行方案库用于实时调控。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、（1）、该一种多机核悬浮风机的高效率控制方法，通过在锁定的恒压运行模式下采集全流量范围的离散参数并计算绝热效率，采用非线性最小二乘法进行多项式拟合构建效率－流量函数，进而生成三维效率等高线曲线形成效率特征匹配库；这种基于真实管网工况的实测建模方式，有效改善了现有技术依赖厂家理论曲线所带来的性能偏差，构建了具备较好拟合度与计算平滑度的连续解析模型，为后续的多机全局寻优提供了较为可靠的数学计算基础。

26、（2）、该一种多机核悬浮风机的高效率控制方法，通过结合试算法全工况遍历寻优与拉格朗日乘数法解析寻优，求解多机核空气质量流量的最优分配方案；该机制改变了传统多机并联中平均分配负荷或固定运行台数的常规策略，充分发挥了动态调整运行台数与非对称流量分配的调节潜力，使并联系统能够较好地维持在综合高效运行区间，有效降低了系统的整体运行能耗。

27、（3）、该一种多机核悬浮风机的高效率控制方法，通过将寻优得出的最优方案整合为最优运行方案库用于实时查表匹配调控，并引入实测综合绝热效率与理论值的偏差比对校准机制；这一设计将复杂的在线多变量寻优计算转化为高效的离线建库与在线匹配，在保障系统对管网压力波动响应速度的同时，能够有效补偿设备长期运行产生的性能漂移，维持了控制策略在长期运行中的稳定性。