[发明专利]一种大型换热器气阻特性自动快速准确检测方法

说明书

技术领域

本发明属于控制技术领域，涉及工业过程控制领域的数据建模和过程控制。主要涉及到一种用于大型板翅式换热器气阻特性测量过程中，自动和快速的将换热器风量控制在变换后的设定风量值，然后通过检测得到换热器的气阻特性值。

背景技术

气阻特性是表征大型换热器流动性能的重要指标，也是大型板翅式换热器产品在出厂前必须测试的重要指标之一。主要包括两个方面：一个是对于一定的换热器通道，在标准温度、标准压力和标准流量情况下，该换热器通道两端的压力损失；另外一个是在此情况下的换热器通道的摩擦因子。由于在不同温度、压力等条件下测试结果不同，缺乏可比性。因此规定标准状况为一个标准大气压下、标准零摄氏度为标准状况，此时测得的风量为标准风量，在其他压力和温度下测得的风量需要转化为标准风量。过去在测量过程中一般采用孔板流量计通过测量一定风量情况下换热器的气阻参数，然后换算得到在标准情况下换热器的气阻特性。采用以上方法具有明显的缺点，一个是孔板流量计的测量准确性比较差，另外风量的控制采用人工控制阀门的方式，没法准确控制在变换后的风量，第三个是采用孔板测量和人工控制不节能、不准确、后续人工计算量大，由于每个换热器测试时间长，工作效率比较低。

采用变频器控制风机的风量，采用喷嘴测量系统可以解决系统节能问题，喷嘴测量风量的精度大大高于孔板流量计。由于测试过程中无法保证当前工况处于标准工况，需对换热器的温度和压力可根据气体状态方程进行换算，转换方法为：                                               ，这里和表示标准温度和压力，为实测风量，和为实测压力和温度，则为换算后的标准实测风量。为了准确起见，在换热器通道性能测试过程中将风量快速控制在换算后的标准实测风量，也就是要求将实测风量通过转换成实测标准风量，然后控制这个实测标准风量使其等于设定标准风量。考虑到测试的效率和节能要求，测量装置采用变频技术进行风量调节。

换热器不同通道测试还有一个特点是测试具有间歇性：即测试完一个通道后，在将新的通道接到测量装置之前，测量装置风道风量要求为零。由于每个换热器的型号和类型不同，在测试过程中，如何确定风机的初始频率，以及如何根据被测系统的特性，采用合适的控制方法将风量快速稳定控制在与标准工况相对应的设定值上，对换热器测量精度和快速性有重要影响。由于测量系统的滞后性、不同通道负荷特性差异很大以及变频信号变化的非线性特性，导致系统难以实现自动快速测量。因此有必要研究一种能在此情况下实现自动快速测控风量的方法，使之满足板翅式换热器气阻特性测试的工业要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种对不同换热器不同通道特性，进行自动快速测量气阻特性的方法。在该方法中，首先根据历史测试数据进行数据挖掘，采用支持向量机建立换热器设计参数与初始频率之间的大体关系，然后通过不同换热器通道的控制特性参数自动辨识获得换热器通道的控制特性，采用最优性能指标整定自动控制器的PID参数，然后采用增量式PID控制器将风道风量转换后的标准值控制到设定标准风量处，通过检测此时的气阻值来得到其气阻特性。

本发明的具体步骤为：

步骤（1）采集不同类型板翅式换热器设计参数以及检测参数，建立包含换热器设计参数和检测参数的实时数据库；所述的换热器设计参数包括换热器的通道名称、设计标准风量、设计气阻、摩擦因子，检测参数包括换热器的实际气阻、环境温度、气压以及风机频率。在此基础上，基于历史测试数据，采用泛化能力强的支持向量机集成建模方法建立设计标准风量、设计气阻、环境温度与实际气阻、实际风机频率之间的关系模型，以此预测不同换热器通道设定标准风量和设计气阻下，风机为了达到该设定标准风量的所需的频率值。具体建模方法如下：

用于建模样本的输入参数及输出参数可以表示为，其中表示第组作为输入数据的参数向量，包括设计标准风量、设计气阻和环境温度，表示第组作为输出的参数向量，包括实际气阻和实际风机频率，为样本数量。

对于支持向量机算法，其核函数选为径向基函数：

为径向基函数，为映射函数，表示第组作为输入数据的参数向量，，为径向基函数核参数，设所求的目标函数为：，为模型输出的实际气阻和风机频率的预测值，为权重系数向量，为截距，为了计算和值。引入松弛因子和,并允许拟合误差为，和值可以通过在约束：

，条件下，最小化：

获得，其中为结构风险最小化函数，常数为惩罚系数，和为参数变量。该最小化问题为一个凸二次规划问题，引入拉格朗日函数：