[发明专利]工业计量泵的一种无传感器流量估算方法

说明书

本发明公开了工业计量泵的一种无传感器流量估算方法，属于工业计量泵领域。基于无速度传感器矢量控制，根据定子绕组的相电流，通过坐标变换，估计反电动势，再利用反电动势估计电机转速。建立流量与转速和出口压力的数学模型。为了便于实际应用，通过采取一定的技术措施，将出口压力视作近似不变，流量近似为转速的函数。为了克服非线性和未建模误差，采用多点标点法确定流量Q。本发明不需要安装流量计和转速传感器即可估计得到工业计量泵的流量，在无速度传感器和流量计的情况下，可将传统机械式计量泵转变成流量自动可调的高精度流量计，节约了成本，提高了流量的测量精度。

技术领域

本发明涉及工业计量泵领域，具体涉及工业计量泵的一种无传感器流量估算方法。

技术背景

我国流程工业的产值占全部工业总产值的60％以上，而液态介质的投加则是流程工业生产制备过程中以连续或间歇方式精确定量或精确配比添加各种化学药剂、确保产品质量的关键性生产工艺环节。液态介质投加装置以工业计量泵为核心，广泛应用于石油、化工、水处理、热力发电、制药、食品、造纸等流程工业领域。在流程工业中输送和投加的液体大多为强酸、强碱等腐蚀性介质，通常采用具有防腐功能的隔膜计量泵输送、投加。如图3所示，隔膜计量泵主要由三相异步电机、行程调节手轮、防腐隔膜泵头及内部蜗轮蜗杆传动机构等组成。现有隔膜计量泵存在的主要问题：其一是通过手轮以离线方式大致调节流量大小，无法实现在线精准调节和真正意义上的流量计量，既不利于节能降耗，也难以保证产品质量；其二是工作现场存在强酸、强碱和有毒气体，环境恶劣，不便人工操作。因此，为了提高产品质量、实现节能降耗和绿色制造以及改善操作环境，迫切需要实现强腐蚀性液态介质流量的自动精确测量和自动化调节。

工业计量泵专用数字变频控制器主要由主控模块和驱动模块构成。驱动模块分为整流和逆变两部分，如图4所示。整流部分将50Hz单相或三相正弦交流电变换成单相直流电，逆变部分将单相直流电转变成频率可变的三相交流电，该三相交流电控制计量泵驱动电机以不同的转速旋转，流量与转速之间存在一定的函数关系。通过控制转速就可控制流量。为了降低成本，工业计量泵通常采用三相异步电机驱动，而转速与正弦波的频率和三相异步电机的转差率有关，也与出口压力有关。

为了准确测量转速，可在电机驱动轴上安装转速传感器，如光电编码器，但这会显著增加成本，用户难以接受，同时也影响和改变计量泵的结构和尺寸，不便安装。另一种办法是采用价格低廉的霍尔元件测速，但安装比较麻烦，如果安装不当，则容易丢失信号，测量不准。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了工业计量泵的一种无传感器流量估算方法。本发明基于无速度传感器矢量控制原理，通过估计反电动势，估算驱动电机的转速，建立流量与转速及出口压力之间的数学模型，再通过技术处理和简易标定确定计量泵的流量，从而将将传统机械式计量泵转变成流量自动可调的高精度流量计。

工业计量泵的一种无传感器流量估算方法，通过检测定子绕组相电流，基于矢量控制的坐标变换，估计转子转速，通过转子转速和出口压力p估计工业计量泵的流量

Q＝f(ω,p)

其中ω为转子转速，p为出口压力，采用多点标点法确定流量Q，不需要安装流量计和转速传感器。

进一步的，通过在工业计量泵的出口处安装阻尼器和背压阀，将出口压力视作近似不变，视为常量，流量近似为转速的函数

Q＝f(ω)。

进一步的，为了克服非线性和未建模误差，采用多点标点法确定流量Q，具体如下：

(1)基于计量泵专用数字变频控制器，通过速度闭环控制将转速分别调节到稳态值ω₀ω₁,…,ω_m，在固定的时间Δt内，通过取样口取样，并换算成每小时流量，设其分别为Q₀Q₁,…,Q_m；