关键词：双交叉限幅策略；燃烧控制系统；隧道加热炉；增量式PID
作为国民经济的支柱产业，钢铁产业在国家基础设施建设、工业产业链完善、国防力量建设方面发挥着至关重要的作用。然而，随着近年供给侧结构深化改革和生态环境的改善需求，钢铁制造业高耗能、高污染、产能过剩等问题亟需解决［1］。加热炉作为钢铁工业轧钢生产线的关键高能耗设备，其燃烧控制水平的优劣直接影响到能耗、烧损率、产量、质量等指标。加热炉燃烧控制系统具有非线性、大惯性、强耦合、纯滞后的特点［2，3］，且加热炉生产过程中，其系统稳定性受外界因素影响较大，传统的燃烧控制策略无法实现实时精确的煤气燃烧控制。因此研究先进加热炉燃烧控制系统，对钢铁企业转型创新发展、降耗降本具有一定的经济价值。传统加热炉燃烧控制系统多采用模糊PID控制策略［4］，无法适应不同初始工况下边界条件的自适应调节，加热炉预设置的调节参数无法实时满足生产工艺需求。双交叉限幅控制策略基于案例推理原理，根据不同的实际测量参数调整相应的限幅决策，再与实例库或相似实例对比求解，调整炉温调节器的输出，能有效提升加热炉燃烧控制系统的稳定性、精准性和鲁棒性。
1隧道加热炉燃烧控制总体方案
1．1隧道加热炉
隧道加热炉是钢材连铸连轧产线的一台重要设备，在整个连轧产线上起承上启下的作用［5］。隧道加热炉的结构如图1所示，分为三个加热段：预热段、加热段和匀热段。其中，预热段利用高温烟气将钢坯预热处理，在加热炉两侧壁分布有12个加热喷嘴。在钢坯生产过程中，隧道加热炉控制系统需考虑以下关键参数：加热炉炉膛压力、空气流量、煤气流量、空燃比变化、钢坯入炉速率等，这些参数不仅需实时调整，不同参数之间还存在复杂的耦合关系。提高炉温的同时，随着煤气和助燃气体的涌入炉膛压力也会相应增加，炉内温度的升降为非线性波动，且存在滞后性。
1．2燃烧控制系统
加热炉燃烧控制系统的本质即根据不同种类、数量的钢坯生产工艺要求，结合钢铁企业不同的生产计划，精确实时地控制炉内实际温度和炉内相应高低温区域的合理分布，在调节空燃比的同时需兼顾炉内压力变化，避免炉内火焰不稳、氮氧化合物的大量排放、燃烧器回火或高温烟气泄漏等现象发生。加热炉燃烧控制系统结构框图如图2所示，主要由温度控制器、双交叉限幅控制模块、煤气流量控制器、煤气流量检测装置、空气流量控制器和空气流量检测装置等组成。其中，温度控制器根据生产钢坯所需工艺设定初始参数［6］，确定煤气、空气比例，控制器输出值经过双交叉限幅控制优化后，分别输出煤气流量和空气流量参数，控制煤气和空气电磁阀开闭动作，煤气和空气流量检测装置反馈给双交叉限幅控制器煤气、空气流量开度，达到实时动态调节炉温的目的。隧道加热炉燃烧控制流程如图3所示，首先根据生产工艺设定初始化控制程序和参数，采集加热炉炉膛温度信号，根据加热炉不同阶段的加热方式，比较炉温测定值与设定值，若两者存在偏差过大，则经温度调节器输出调节参数，双交叉限幅控制模块调节参数浮动值，根据双交叉限幅的调节结果，煤气、空气流量回路控制调节阀动作，煤气、空气调节完成后再与设定值比较，合格后即完成燃烧控制。
2双交叉限幅控制策略
双交叉限幅控制策略由一个主回路、两个副回路组成，副回路相互交叉影响，能根据加热炉负载变化调整炉温，在调节空气、煤气流量的同时，根据副回路反馈信息调整空燃比处于合理的范围之内，提高加热炉燃烧效率和温度控制精确度［7－9］。双交叉限幅控制系统分别在煤气流量和空气流量副回路中加设高通和低通选择器，其中主回路温度调节器的输出为X，空燃比为r，L1～L4为偏置系数，Fa为空气实际输出流量，Fb为煤气实际输出流量。双交叉限幅控制策略如图4所示，结合生产工艺和生产计划温度调节器输出控制参数X，在空气流量控制回路，X输入低通选择器与α比较，其中α初始值为设定值，系统启动后经煤气实际输出流量Fb乘偏置系数L1确定。低通选择器输出值与β送入高通选择器比较，β初始值为设定值，后经煤气实际输出流量Fb乘偏置系数L2确定。高通选择器输出值经空燃比r和空气实际反馈输出值Fa对比计算后由空气调节器控制空气流量调节阀开度。在煤气调节回路，X首先输入高通选择器与χ比较，输出值送入低通选择器与δ比较，经与实际反馈煤气流量输出值Fb对比，后由煤气调节器计算控制煤气流量调节阀运动。在初始状态下，α、β、χ、δ分别是空气流量最大、最小值，煤气流量最小、最大值。在实际生产过程中偏置系数L1～L4对炉温控制稳定性至关重要，通常L1＞L4，L2＞L3，保证了生产过程中空气量始终高于煤气量，同时空燃比保持在合适范围之内。
3增量式PID调节
在煤气流量、空气流量调节过程中，为保证煤气调节器和空气调节器能精确地稳定在预设值，燃烧控制系统采用数字PID调节算法［10］，先将所测各项数据离散化，再将数据进行比例、积分、微分环节叠加，最终得到控制信号u（t），将控制信号作用在煤气、空气流量调节器上，实现整个系统的负反馈调节。PID控制过程中，采样周期为T，采样序号为k，kT作为离散采样时间，其控制系统结构框图如图5所示。图5中，e（t）为设定值r（t）与实际输出值y（t）之差，u（t）为控制量。（2）其中：uk为第k次采样输出值；ek为第k次采样输入偏差值；KP为比例因子；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数；KI为积分因子；KD为微分因子；u0为采样初始比较值。当系统采样周期很小时，离散控制系统可看作连续控制系统。在每个采样周期内，系统输出值uk与被控对象输出动作位置一一对应，但系统存在累计误差，被控对象开度无法被精确控制，此时应避免累计误差，计算执行机构位置差值Δu（k），即增量式PID控制。在确定系统采样周期T的情况下，再确定系统参数A、B、C，即可确定系统控制增量Δu（k）。
4仿真结果
利用MATLAB中Simulink仿真模块对双交叉限幅控制策略进行模拟仿真，根据生产工艺要求及以往生产经验，确定偏置单元参数为：L1＝0．96，L2＝1．03，L3＝0．94，L4＝0．92，此时，炉温设定值为1250℃，系统稳态时间应低于400ms，最大超调量不超过7％。双交叉限幅控制策略的仿真结果如图6所示，总体系统超调量小于200℃，系统在300ms时趋于稳定，且拥有较好的鲁棒性。
5结语
BMW空调系统由传感器类部件、IHKA控制模块、执行器类部件、辅助元件四大部分组成。其中AUC传感器、鼓风机、蒸发器、空调压缩机是其中的重点，在空调系统中起到很重要的作用。BMW空调系统的组成如下图所示：
二、BMW汽车空调系统零部件的工作原理
（一）鼓风机
鼓风机安装在蒸发器后面的暖风出口处，包括电动机，电子调节器，风散叶轮等部件。在现在常见的车型中，鼓风机控制进行了很大的改变，在自动空调面板的“+”按钮和“-”按钮进行调节，同时控制面板上显示风量图标。在这种鼓风机转速控制系统中，在控制面板和鼓风机之间的导线上连接电子调节器，电子调节器控制鼓风机的工作电流来实现鼓风机转速变化，电子调节器的电压在0—8V之间变化，若电压为0.5则鼓风机不工作。在AUTO运行模式下IHKA控制模块根据控制面板上的温度和车内温度来控制鼓风机转速，若设定的温度与实际温度差值越大，鼓风机转速越高。
（二）蒸发器
IHKA能够持续对蒸发器温度进行控制，在控制过程中，可以吸收上面的水汽，使蒸发器表面干燥。在IHKA控制系统的制冷过程中，IHKA需要对蒸发器温度进行控制，操作控制面板的AC按钮进行激活，AC按钮的LED灯点亮。空调压缩机和辅助散热风扇是两个重要的执行部件，他们通过DME控制模块进行控制。
（三）AUC传感器
AUC安装在轮罩上面它是检测外部空气品质，在控制面板上有一个AUC（空气内循环按钮），通过按动该按钮来控制模式。在AUC运行模式下，IHKA控制模块通过AUC信号来控制空气分配箱两侧的空气内循环风门，当发动机起动，为了避免前档出现水汽，IHKA对AUC进行加热，最长时间为90S。空气内循环风门为3MIN，使外面的新鲜空气流入车内。
（四）空调压缩机
【关键词】空调组件；组件温度控制；制冷系统；民用飞机
0引言
飞机从地面升入高空时，外界环境变化居烈，可能在几分钟内就变成一个超低压、超低温、湿度几乎为零的环境。人类在这种环境中无法生存。制冷系统的功能就是将来自上游气源系统的高温高压气体，调节成温度、压力及湿度适宜的空调供气，再与再循环空气混合，经配平系统调节后供入座舱，实现座舱环境的调节[1]。
本文选取两款主流干线飞机的制冷系统进行对比分析，为现代民用飞机制冷系统的设计提供参考。
1制冷系统的基本组成
制冷系统主要由空调组件和组件温度控制系统等组成。空调组件冷却来自气源系统的热空气，并传送至下游的分配系统。组件温度控制系统控制组件出口温度，并防止空调组件内部超温或结冰。
本文将从空调组件和组件温度控制系统两方面展开制冷系统的对比分析。
2空调组件比较
图1和图2给出了两款机型的制冷系统原理图。两款机型均采用三轮升压式空气循环制冷系统。三轮升压式空气循环制冷系统主要部件包括初级换热器（或次热交换器）、主换热器、压气机、涡轮、风扇、水分离器、回热器和冷凝器等。来自发动机的热引气首先经过初级换热器冷却，接着进入压气机被压缩为高温高压的气体，再进入主换热器进行进一步的冷却。回热器和冷凝器可以使其温度继续降低到露点温度以下从而使湿空气形成游离水，之后在水分离器中大部分的游离水将被除去。经过除水处理的干燥空气进入涡轮膨胀冷却成为低温冷气，通过单向活门进入下游的混合器组件。两者的区别主要有以下几点：
a.机型1的热交换器是串联布置，称为初级换热器和主换热器。机型2的热交换器则为并联布置，称之为主热交换器和次热交换器。从安装角度考虑，机型1的空调组件需要更多高度方向的安装空间，而机型2的空调组件则需要更多沿机身方向的安装空间。这也与各机型的总体布置方案有关。从性能角度考虑，由于并联布置时，主换热器的冷边空气均来自外界大气，相比于串联布置时，初级换热器的冷边空气来自主换热器冷边出口，主换热器可以获得更低的热边出口温度。
b.机型1在冷凝器热边出口处有一个水分离器，机型2除在冷凝器热边出口处装有两个水分离器外，它在次级换热器出口处也布置有水分离管。这是由于在某些运行工况下，主换热器出口温度低于水蒸气露点温度，水蒸气将达到饱和，凝结成水滴，因此先将这部分水除去。
c.机型2风扇腔装有风扇旁通单向活门，当冲压空气压头大于风扇升压能力时，气流将从风扇旁通单向活门旁通以减小流阻。机型1没有此设计。
3组件温度控制系统比较
组件温度控制系统通常由冲压空气系统、若干温度传感器、防冰或热空气旁通活门以及温度控制器等组成。
3.1机型1组件温度控制系统功能介绍
3.1.1机型1组件温度控制系统的基本运行原理
机型1组件温度控制系统通过组件控制器①，根据组件出口需求温度和组件出口温度传感器⑩信号来调节旁通活门②和冲压空气进气口作动筒③以获得组件出口需求温度，同时根据压气机出口温度传感器⑤保证空调组件不超温。
3.1.2组件温度控制系统具有防、除冰功能
对于除冰模式，防冰活门④通过探测冷凝器冷热端上下游压差来探测冷凝器内是否结冰。当压差大于一定值时，防冰活门将打开，热引气被供入到涡轮出口溶化冷凝器内产生的冰。当组件温度控制器故障，安装在冷凝器冷边出口的气压式温度传感器⑨的压力将随着温度的变化而变化，防冰活门将根据该压力值打开或关闭以维持组件出口温度约为15℃。
组件控制器根据水分离器出口温度传感器⑦信号调节旁通活门，以保证水分离器出口温度在冰点以上。
3.1.3组件温度控制系统具有超温保护功能
压气机过热温度传感器⑥用于探测压气机出口温度超温情况。当压气机出口温度超过告警温度，位于空调组件上游的流量控制系统将切断上游气源，使空调组件停止工作。气压式压气机过热温度传感器⑧也用于探测压气机出口超温情况。当组件温度控制器故障时，压气机过热温度传感器无法工作，若此时压气机出口超温，气压式压气机过热温度传感器将给出信号，要求减少进入空调组件的流量。
3.2机型2组件温度控制系统功能介绍
3.2.1组件温度控制系统的基本运行原理
机型2的组件温度控制器①根据位于压气机出口处的冲压空气传感器⑥信号，通过冲压空气作动筒③调节冲压空气调节板的位置，从而调节冲压空气的流量。同时通过TCV②调节热空气的配平流量，以达到组件出口需求温度。
3.2.2组件温度控制系统具有防、除冰功能
从图2可以看出，在组件上游有一支热旁路，直接将上游引气引入涡轮外壳用于防冰。同时，组件控制器根据水分离器出口温度传感器⑦信号调节TCV，以保证水分离器出口温度在冰点以上。
备用TCV④除了作为TCV的备份外，还可以向涡轮出口提供热气除冰。
3.2.3组件温度控制系统具有超温保护功能
机型2的空调组件具有三个过热电门：压气机过热电门⑤、涡轮过热电门⑧和组件供气过热电门⑨，当相应位置的温度超过一定值时，组件将自动关闭。
3.3机型1与机型2组件温度控制系统对比小结
通过对两款机型组件温度控制系统的介绍，可以发现：
a.机型1采用了较多的气压式温度传感器，此类传感器可以在组件温度控制器故障时，通过气压感受温度，降级调节组件出口温度和除冰。在组件温度控制器可靠性较低的情况下，这种设计提高了组件温度控制系统的可靠性。但同时也增加了重量和控制逻辑的复杂度。
b.两款机型都采用了单独的活门用于除冰，而非采用热旁路活门兼顾。由此可见，组件的除冰设计是组件温度控制设计较为重要的部分。
4结论
通过对两款机型的对比，得出以下结论：
a.在组件温度控制器可靠性较低的情况下，气压式温度传感器虽然可以提高组件温度控制系统的可靠性，但同时增加了重量和控制逻辑的复杂度。
b.组件的除冰设计是组件温度控制设计中较为重要的部分。
1、在空调上找见应急开关；
2、空调通电后，将室内机的进风栅打开；
3、室内机的进风栅打开后，用一尖物按住应急开关；
4、听到一声回声后即可松手；
【关键词】分体空调器；室外机配管；振动控制；相关策略
0前言
我国现阶段空调器的发展是非常迅速的，对于现在的空调器而言，最大的故障就是空调无法制冷制热，或者是能力不够，这就说明室外机很有可能是系统内部的冷媒不足，配管有裂管导致泄露冷媒了。所以说空调器室外机配管机械振动的控制是非常重要的。下面，笔者针对现阶段空调配管的机械振动的介绍以及相关的控制策略等作了详细的介绍。希望能对大家有一定的帮助。
1空调配管机械振动的简单介绍
分体空调器室外机配管的机械振动是空调器在运行中的一个中间环节，其中配管的振动是可以影响整个机器的运转，甚至能够改变运行状态。空调器室外机配管的机械振动是不可能消除的，只有更改室外机配管设计，使配管本身的固有频率避开整机的运行频率才能有效地控制配管的机械振动。如何更好地对现阶段空调器室外机配管机械振动进行有效的控制就成了现在的主要问题。下面针对配管的机械振动产生的原因以及其中的特点跟危害作了一个简单的介绍。
1.1分体空调室外机配管机械振动的原因
室外机配管是指与压缩机的排气口与回气口相连的部分，对配管机械振动的原因进行分析，发现配管的振动是由压缩机以脉冲信号输送冷媒的时候，冷媒撞击铜管内壁所形成的，这就可见其重要性了。
在整个的空调器中，配管是冷媒的主要载体，它主要的作用就是将压缩机，冷凝器、蒸发器等三个部件连接在一起，共同组成了空调器室外机的核心，配管就是其中起到核心以及相关的连接作用的部分。而配管的机械振动原因主要有：由于压缩机吸、排气的周期性，使得出口管路内的气流发生气流脉动。气流脉动不仅造成连接管道上的控制仪表失灵、气阀工况变坏、压缩机容积效率降低。强烈的气流脉动，使管道发生剧烈振动，轻则造成泄漏，重则由破裂而引起爆炸，造成严重事故。
1.2空调配管机械振动的特点
分体空调器室外机配管的机械振动的特点非常明确。由于制冷系统内部的冷媒脉冲式压力与压缩机的振动都直接作用于配管上，而对于定速机压缩机的压缩频率不是太高，比如对于我国50Hz的电源规格，定速压缩机的运行频率一般都保持在48.5Hz左右，在这个频率段配管的固有频率还是比较容易重叠在这个频率阶，从而导致整机共振，激发配管的振动。而对于变频压缩机，则由于压缩机运行频率可以通过电控程序调节，可以从10Hz到100Hz无极变速，这样则大大加大了配管设计的困难程度。
1.3空调配管机械振动的危害
分体空调器室外机配管的振动所引起的共振噪声，一方面对于人们的生活产生了一定的影响，长期在这种噪声环境下的人们容易睡眠不好，神经衰弱；另外的一个方面就是振动会加大空调配管机械振动的影响，配管的较大振动可能导致管路的疲劳断裂，产生配管泄漏，整机无法运行。配管振动的控制，对降低整机的振动噪声，以及提高相关产品的可靠性，有着重要的作用。如何更好的对现阶段的机械振动进行有效的控制就是主要的任务了。
2空调配管机械振动的控制
对于现在的空调配管机械振动的控制而言，并不是一件非常容易的事情，主要的原因有两点，一是容易产生与其他部件之间的共振，二是对于现阶段的科学技术的限制，没有一项适合控制配管振动的技术。现阶段主要采用的方法就是在配管机械振动最大的位置添加配重块或者阻尼块，通过改变配管本身的固有频率来达到避开整机运行频率的目的，从而避开共振点，减少配管振动。这样做有一定的利处，但对于本质的问题并没有很好的解决。更多的是没有将根本原因、振动的源头等问题考虑在内，这样就直接导致了表里不一，给人一种错觉，头痛就治头，脚痛就治脚。没有从根本上、系统上分析配管振动。下面笔者就分别从减少空调配管机械振动与其他零件振动的共振，提高现有的科学技术来控制配管的机械振动等从根本上解决问题的两个方面上，做一个简单的介绍。
2.1减少空调配管机械振动的方法
1）消除管系的激振力，针对不同的激振原因采取不同措施。
2）提高管路系统的结构刚度，从而提高管路系统的固有频率，使之远离激振频率从而避免共振的发生，并减小管系结构的振动幅值。
3）增加管路系统结构阻尼。管道振动控制依据是否有源还是无源，又可分为主动控制与被动控制。
4）配管的固有频率主要取决于配管的质量的大小与其分布、管道的刚度以及支撑情况等，因此要改变配管的固有频率就需要改变配管的结构与支承的情况。
2.2提高现有的科学技术来控制配管的机械振动
1）想提高分体空调室外机配管的可靠性，最行之有效的方法就是采用计算机辅助设计。采用三维模型设计，首先能确保配管的装配模型与实际样机生产的装配状态保持一致。这么做可以有效地提前预判配管的装配是否正确，可以保证配管装配得横平竖直。首先就保证了配管的状态是正常的，不会因为错误装配而令配管东歪西倒从而导致配管机械振动变大。
2）运行有限元分析软件分析配管。管道系统是一个弹性的连续体，要获得振动分析的精确求解要求满足一定的边界条件的偏微分方程。由于管道系统的实际结构是非常复杂的，所以要得到其精确解是有很大困难的。但对于工程问题来说，能得到较好的近似解，再辅以经验判断，实验数据验证的话也就可以满足需求。有限元法提供了解决管道系统振动分析的一个适宜的方法。
3）目前国内大多数企业的做法是利用配管振动测试来评价其可靠性，通常是以配管振幅最大部位的振幅测试值进行评价，如果超出企业内定标准，即视为不合格。振幅测试简便易行，但是测试依据不够科学。其原因是：反映配管工作可靠性的最直接的指标是应力，对于不同的机型而言，配管最大振幅高，并不一定意味着该配管的应力就大。而实际情况就是配管运行一段时间后发生疲劳断裂的位置往往不是机械振幅最大的位置，而是配管应力最大的位置。所以应该把应力测试作为有效检验配管可靠性的实验手段。
3结语
本文通过对于现阶段的分体空调室外机配管机械振动产生的原因以及相关的控制方法等作了详细的介绍，主要对于现阶段切实可行的解决办法。旨在找到一种合适的方式方法对现阶段的空调器配管机械振动进行有效的控制。配管的振动对在整机的振动噪声，以及相关的空调器的工作可靠性有着非常大的影响，现阶段的主要为任务就是对于配管的合理的设计，对于减振降噪，提高产品可靠性方面，以及降低成本等，都有重要意义。
【参考文献】
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