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水泵的耗电量占总耗电量的1/3,在某些行业甚至占到50%。对供水系统的整个寿命周期来说,电费和维护费用超过其生存周期成本的80%,因此供水泵站水泵机组高效低成本运行的意义之重大。
供水泵站的装机,是按最不利条件下,最大时流量和所需的扬程配置的。在最大用水量Qs时,要求有扬程Hs,才可满足要求,所以额定流量与额定扬程分别为Qx,Hx。然而,由于受地域、时间和习惯等诸多因素的影响,导致用水量在不同季节、不同时间内有不同幅度的变化,实际所需的流量根本就达不到Qs,可能在供水低峰期,供水量Q1要远远小于Qs,在绝大部分时间里,泵站的供水流量和扬程都远远低于所设计的流量和扬程。而此时水泵的扬程将有很大幅度地升高,相反水泵的运行效率却变得很低,从而使实际的吨水耗电增加很多。而水泵的变频调速能改变水泵的特性曲线,不仅可使泵站供水量适应用水量的频繁变化,而且可使水泵运行在高效区间,同时降低多余的水头损耗。这就实现了节能的要求。
供水系统控制过程的主要特点是非线性、多变量、强耦合和时变性,影响水压的稳定,因此无法建立精确管网水压的数学模型,所以用常规的控制方法很难使水压保持恒定。但模糊控制能够解决类似的控制问题,模糊控制无需建立数学模型,控制供水系统有较好的效果。因为,通常的模糊控制器以误差和误差变化作为输入,具有相似于比例微分控制的作用,因而具有良好的动态性能,在大压差范围内,系统动态响应快。但模糊控制缺少积分控制的作用,导致了模糊控制的静态性能比较差。PID控制的静态性能比较好,恰好可以弥补这一缺陷,在小压差范围内,PID控制供水系统,水压也很恒定。因此,在供水系统中应用Fuzzy—PID复合控制,可以获得满意的控制效果。同时引入自调整修正因子以增强控制系统的自适应能力,从而构成自调整修正因子Fuzzy—PID控制恒压供水系统。
本论文较为全面地系统地研究探讨了供水系统的整个设计计算过程,包括水泵流体力学,水泵节能原理及计算模型,供水系统流量扬程管路计算,自调整修正因子Fuzzy—PID控制系统的软硬件设计计算选型实现等。