本發(fā)明涉及換熱器，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于超低環(huán)溫的自復疊循環(huán)控制系統(tǒng)。

背景技術：

1、目前，在超低溫制熱領域，主要采用的技術包括單級壓縮、準二級壓縮、雙級壓縮及多級復疊循環(huán)等。然而，這些技術在實際應用中都存在一定的局限性。單級壓縮和準二級壓縮系統(tǒng)在大循環(huán)溫跨下難以滿足制熱需求，可能導致壓縮機停機。雙級壓縮及多級復疊循環(huán)雖能解決部分問題，但成本高、結構復雜，不利于大規(guī)模應用。

2、近年來，自復疊系統(tǒng)因其獨特的優(yōu)勢逐漸受到關注。該系統(tǒng)僅使用一臺壓縮機，通過合理搭配高低沸點混合冷媒，實現(xiàn)了結構簡化和成本降低。然而，在深冷低溫環(huán)境下，自復疊系統(tǒng)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。主要包括如何在較大循環(huán)溫跨的惡劣工況下提升機組的產(chǎn)品性能并保證運行經(jīng)濟性；如何有效降低機組的排氣溫度，延長壓縮機的使用壽命；如何最大限度地提升機組的運行溫域，在超低環(huán)溫下依舊保證機組的吸氣壓力高于低壓停機壓力；以及如何拓寬機組的使用地域與適用場景。因此，常規(guī)自復疊循環(huán)在大溫跨時難以保證能效，甚至可能出現(xiàn)低壓停機、高排氣溫度報警等問題。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術在大溫跨時難以保證能效，甚至可能出現(xiàn)低壓停機、高排氣溫度報警等問題，本發(fā)明提出了一種用于超低環(huán)溫的自復疊循環(huán)控制系統(tǒng)，用于解決上述問題。

2、本發(fā)明提供如下技術方案：

3、一種用于超低環(huán)溫的自復疊循環(huán)控制系統(tǒng)，包括：

4、溫度采集模塊，用于按照預設的頻率采集環(huán)境溫度，并按照時間順序將采集到的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)排序，得到環(huán)境溫度序列；

5、環(huán)境狀態(tài)分析模塊，用于根據(jù)環(huán)境溫度序列獲取基礎環(huán)境指數(shù)和環(huán)境修正參數(shù)，使用環(huán)境修正參數(shù)對基礎環(huán)境指數(shù)進行修正得到修正環(huán)境指數(shù)，根據(jù)修正環(huán)境指數(shù)確定環(huán)境狀態(tài)；

6、調(diào)控目標確定模塊，用于根據(jù)預設調(diào)控目標規(guī)則和環(huán)境狀態(tài)確定調(diào)控目標；

7、控制參數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)預設控制項規(guī)則和調(diào)控目標確定控制項，根據(jù)控制項使用相應的優(yōu)化方法獲取控制參數(shù)；

8、控制執(zhí)行模塊，用于根據(jù)獲取的控制參數(shù)執(zhí)行控制。

9、優(yōu)選的，所述基礎環(huán)境指數(shù)為環(huán)境溫度序列中最新采集的環(huán)境溫度值；所述環(huán)境修正參數(shù)包括波動參數(shù)和趨勢參數(shù)；所述環(huán)境狀態(tài)包括正常狀態(tài)、低溫狀態(tài)和超低溫狀態(tài)。

10、優(yōu)選的，所述修正環(huán)境指數(shù)通過如下公式計算：

11、xz＝dz+tanh(qs)×ln(1+bd)，

12、式中，xz表示修正環(huán)境指數(shù)，dz表示基礎環(huán)境指數(shù)，qs表示趨勢參數(shù)，bd表示波動參數(shù)。

13、優(yōu)選的，所述環(huán)境修正參數(shù)的獲取步驟包括：

14、獲取環(huán)境溫度序列，去除異常值并進行平滑處理，得到平滑后的環(huán)境溫度序列；

15、獲取平滑后的環(huán)境溫度序列的標準差作為波動參數(shù)；

16、按照預設間隔，從平滑后的環(huán)境溫度序列中提取最近的n個數(shù)據(jù)，組成分析序列，其中n≥10；

17、在分析序列上設置大小為m的滑動窗口，其中1<m<n，通過滑動窗口提取內(nèi)容，得到n-m+1個大小為m的子序列；

18、對每個子序列進行線性回歸，得到子序列的斜率記為ki；其中，i表示索引，i＝1,2,...,n-m+1，ki表示第i個子序列的斜率；

19、使用如下公式計算趨勢參數(shù)：

20、

21、式中，ωi表示第i個子序列的權重，ωi的計算公式為：

22、

23、使用波動參數(shù)和趨勢參數(shù)組成環(huán)境修正參數(shù)。

24、優(yōu)選的，所述根據(jù)修正環(huán)境指數(shù)確定環(huán)境狀態(tài)的步驟包括：

25、設置指數(shù)閾值，所述指數(shù)閾值包括低溫指數(shù)和超低溫指數(shù)，其中低溫指數(shù)大于超低溫指數(shù)；

26、初始化一個長度為l的狀態(tài)記錄數(shù)組q和當前狀態(tài)記錄q_c；

27、將修正環(huán)境指數(shù)與指數(shù)閾值進行比較，并更新當前狀態(tài)記錄q_c：

28、當修正環(huán)境指數(shù)大于低溫指數(shù)時，設置q_c為正常狀態(tài)；

29、當修正環(huán)境指數(shù)小于等于低溫指數(shù)且大于超低溫指數(shù)時，設置q_c為低溫狀態(tài)；

30、當修正環(huán)境指數(shù)小于等于超低溫指數(shù)時，設置q_c為超低溫狀態(tài)；

31、將q_c添加到狀態(tài)記錄數(shù)組q的末尾，同時移除狀態(tài)記錄數(shù)組q中最早的狀態(tài)記錄，保持數(shù)組長度為l；

32、統(tǒng)計狀態(tài)記錄數(shù)組q中的狀態(tài)分布：

33、若q中所有元素均為同一狀態(tài)，則將該狀態(tài)確定為當前環(huán)境狀態(tài)；

34、若q中存在不同狀態(tài)，則保持環(huán)境狀態(tài)不變。

35、優(yōu)選的，所述調(diào)控目標包括維持主循環(huán)路運行、啟動補氣路和啟動熱氣旁通路；所述預設調(diào)控目標規(guī)則包括：

36、當環(huán)境狀態(tài)為正常狀態(tài)時，確定調(diào)控目標為維持主循環(huán)路運行；

37、當環(huán)境狀態(tài)為低溫狀態(tài)時，確定調(diào)控目標為啟動補氣路；

38、當環(huán)境狀態(tài)為超低溫狀態(tài)時，確定調(diào)控目標為啟動熱氣旁通路。

39、優(yōu)選的，所述預設控制項規(guī)則包括：

40、當調(diào)控目標為維持主循環(huán)路運行時，確定控制項為主循環(huán)路開度；

41、當調(diào)控目標為啟動補氣路時，確定控制項為主循環(huán)路開度和補氣路開度；

42、當調(diào)控目標為啟動熱氣旁通路時，確定控制項為主循環(huán)路開度、補氣路開度和熱氣旁通路開度。

43、優(yōu)選的，所述根據(jù)控制項使用相應的優(yōu)化方法獲取控制參數(shù)的步驟包括：

44、當控制項為主循環(huán)路開度時，使用pid控制算法計算主循環(huán)路開度調(diào)整量，將主循環(huán)路開度調(diào)整量作為控制參數(shù)；

45、當控制項為主循環(huán)路開度和補氣路開度時，將主循環(huán)路開度設為最大值，使用模糊控制算法根據(jù)環(huán)境溫度和系統(tǒng)壓比計算補氣路開度，使用主循環(huán)路開度與補氣路開度作為控制參數(shù)；

46、當控制項為主循環(huán)路開度、補氣路開度和熱氣旁通路開度，將主循環(huán)路開度、補氣路開度設為最大值，使用自適應控制算法計算熱氣旁通路開度，使用主循環(huán)路開度、補氣路開度和熱氣旁通路開度作為控制參數(shù)。

47、優(yōu)選的，所述使用p?id控制算法計算主循環(huán)路開度包括：設定目標吸氣溫度；實時監(jiān)測實際吸氣溫度；計算目標溫度與實際溫度之間的偏差，并計算溫度偏差隨時間的累積值與變化速率；根據(jù)預設的比例、積分和微分參數(shù)，結合溫度偏差、偏差累積值和偏差變化速率，計算主循環(huán)路開度調(diào)整量；

48、所述使用模糊控制算法根據(jù)環(huán)境溫度和系統(tǒng)壓比計算補氣路開度包括：將環(huán)境溫度和系統(tǒng)壓比分別劃分為低、中、高和小、中、大三個等級；建立模糊規(guī)則庫，定義不同環(huán)境溫度和系統(tǒng)壓比組合下的補氣路開度調(diào)整策略；根據(jù)當前環(huán)境溫度和系統(tǒng)壓比，確定它們在各自等級中的隸屬程度；基于模糊規(guī)則庫和隸屬程度，推導出補氣路開度的模糊輸出；將模糊輸出解模糊化，轉換為具體的補氣路開度數(shù)值；

49、所述使用自適應控制算法計算熱氣旁通路開度包括：設定目標吸氣壓力的上下限；實時監(jiān)測系統(tǒng)吸氣壓力；計算實際吸氣壓力與目標壓力范圍中值的偏差；根據(jù)壓力偏差和當前系統(tǒng)狀態(tài)，調(diào)整自適應系數(shù)；使用調(diào)整后的自適應系數(shù)，計算熱氣旁通路的開度。

50、本發(fā)明提供了一種用于超低環(huán)溫的自復疊循環(huán)控制系統(tǒng)，具備以下有益效果：

51、首先，系統(tǒng)采用了智能化的控制策略，能夠根據(jù)環(huán)境溫度的變化動態(tài)調(diào)整運行模式。系統(tǒng)通過采集和分析環(huán)境溫度序列，計算修正環(huán)境指數(shù)，從而準確判斷當前的環(huán)境狀態(tài)。這種方法不僅考慮了即時溫度，還充分考慮了溫度的變化趨勢和波動情況，使得環(huán)境狀態(tài)判斷更加準確和穩(wěn)定。根據(jù)判斷的環(huán)境狀態(tài)，系統(tǒng)能夠自動選擇最適合的運行模式，如維持主循環(huán)路運行、啟動補氣路或啟動熱氣旁通路。這種自適應控制方法使得系統(tǒng)能夠在各種環(huán)境條件下始終保持高效穩(wěn)定運行，大大拓展了機組的使用地域和適用場景。

52、其次，本系統(tǒng)針對不同的運行狀態(tài)采用了差異化的控制算法，實現(xiàn)了更精細和高效的控制。在正常環(huán)境狀態(tài)下使用p?id控制算法，在低溫狀態(tài)下采用模糊控制算法，在超低溫狀態(tài)下則使用自適應控制算法。這種多元化的控制策略充分考慮了不同工況下系統(tǒng)的特點和需求，確保了系統(tǒng)在各種環(huán)境條件下都能實現(xiàn)最優(yōu)的性能和效率，大大提高了系統(tǒng)的適應性和可靠性。

53、綜上，本發(fā)明的系統(tǒng)能夠智能適應各種環(huán)境條件，并在不同工況下采取最優(yōu)的控制策略，從而實現(xiàn)了在超低環(huán)溫條件下的高效、穩(wěn)定運行。