一种汽车环境风洞主风机电机及变频器温湿度调节控制方法 |
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| 申请号 | CN202410147929.0 | 申请日 | 2024-01-31 | 公开(公告)号 | CN117969004A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 中国汽车工程研究院股份有限公司; | 发明人 | 谭文林; 徐磊; 王庆洋; 龙海生; 王文杰; 周游; 席椿富; 石锋; 张皓崎; 张鹤鸣; 赵东鹏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 汽车 环境 风 洞安全运行控制策略领域，公开了一种汽车环境风洞主风机 电机 及 变频器 温湿度调节控制方法，应用于电机及变频器温湿度控制系统；收到主风机启动指令时，控制主风机保持停机状态，并启动电机温湿度调节系统和变频器温湿度调节系统；电机温湿度调节系统控制电机所处区域的 温度 和湿度，变频器温湿度调节系统控制变频器所处区域的温度和湿度；当电机温湿度调节系统控制电机的表面温度稳定在第一 阈值 ，且变频器温湿度系统控制变频器所处区域温度稳定在第二阈值、湿度稳定在第三阈值时，控制主风机开始运行；直至收到主风机停止指令，控制主风机立即停机，以及保持电机温湿度调节系统和变频器温湿度调节系统运行预设时间后关闭。以解决现有风洞内主风机电机和变频器的运行过程中易发生故障的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种汽车环境风洞主风机电机及变频器温湿度调节控制方法，其特征在于：应用于电机及变频器温湿度控制系统； |
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| 说明书全文 | 一种汽车环境风洞主风机电机及变频器温湿度调节控制方法技术领域[0001] 本发明涉及汽车环境风洞安全运行控制策略领域，具体涉及一种汽车环境风洞主风机电机及变频器温湿度调节控制方法。 背景技术[0002] 汽车环境风洞是汽车研发中十分重要的试验室，风洞内部可模拟外界真实的气候环境，其温度可模拟‑40—60℃，湿度可模拟相对湿度5—95％，风速可模拟0—200km/h，并进行下雨、下雪模拟，进行阳光模拟等，以对风洞内的汽车进行极端环境试验，如高温热平衡/热害试验、空调降温/采暖试验、低温冷启动试验、雨雪试验等。同时，风洞地面设置的转鼓能使汽车于风洞内进行道路行驶状态模拟，并确保汽车在转鼓上行驶时所受阻力与行驶在真实道路上所受阻力一致。 [0003] 主风机是汽车环境风洞试验至关重要的重大设备，其提供的循环风速的准确性、调节的快速性等直接反应汽车环境试验的精确性；试验状态下主风机最大功率高达1000kw，转速最大600转/分钟，叶片材质多选用铝合金。一套汽车环境风洞主风机的造价高达上千万，一旦主风机损坏，其维修成本较高、维修周期也较长，比如主风机的电机损坏时维修周期长达半年，这期间带来的经济损失是巨大的。然而，由于主风机工作环境较差，风洞内部温度在‑40—60℃交变，湿度在5—95％交变，同时还伴随雨雪试验，均增加了主风机损坏的可能性。 [0004] 主风机主要的子系统包括电机和变频器，由于主风机运行时最大功率可达1000kw，因此电机及变频轮君会产生大量热量。虽然目前对主风机的电机及变频器都配有冷却系统，但仍然有诸多问题。比如，变频器冷却系统虽对变频器发热单元设有水冷支路，但变频器冷却系统的控温精度较差，使用过程中变频器的发热单元和控制单元易产生凝水，凝水会顺着接入管到达电路板，引起短路等事故。电机安装在主风机壳体内，对电机的冷却常通过风冷的方式使主风机壳体的内部空气降温，进而对电机绕组进行冷却，但冷却风管同样存在外界湿空气渗入、极易在主风机壳体的内壁上产生凝水或结冰的情况，凝水或结冰容易使钢铁件生锈，也易出现因凝水渗流到电机线圈的情况，即便电机线圈设有绝缘层，但若长时间使用，绝缘一旦变差，就会导致短路、出现损坏。 发明内容[0005] 本发明意在提供一种汽车环境风洞主风机电机及变频器温湿度调节控制方法，以解决现有风洞内主风机电机和变频器的运行过程中易发生故障的问题。 [0006] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种汽车环境风洞主风机电机及变频器温湿度调节控制方法，应用于电机及变频器温湿度控制系统； [0007] 收到主风机启动指令时，控制主风机保持停机状态，并启动电机温湿度调节系统和变频器温湿度调节系统；电机温湿度调节系统控制电机所处区域的温度和湿度，变频器温湿度调节系统控制变频器所处区域的温度和湿度； [0008] 当电机温湿度调节系统控制电机的表面温度稳定在第一阈值，且变频器温湿度系统控制变频器所处区域温度稳定在第二阈值、湿度稳定在第三阈值时，控制主风机开始运行； [0009] 直至收到主风机停止指令，控制主风机立即停机，以及保持电机温湿度调节系统和变频器温湿度调节系统运行预设时间后关闭。 [0010] 本方案的有益效果为： [0011] 通过设定主风机收到启动指令后，控制主风机的电机和变频器先不启动，而是先启动电机温湿度调节系统和变频器温湿度调节系统对电机和变频器所处区域环境温度和湿度进行合理控制，在启动前使电机和变频器处于最适启动环境，从而确保电机和变频器的安全运行，降低故障发生率。同时，在主风机收到停机指令，立即关停电机和变频器后，依旧保持电机温湿度调节系统和变频器温湿度调节系统运行一段时间，以在停机后继续电机和变频器所处区域进行温度和湿度的控制，将设备运行期间产生的预热及时带走的同时，避免电机和变频器后停机后依旧不会出现被凝水打湿的情况，进一步确保了主风机电机和变频器的安全运行。同时： [0012] 1.第一阈值为电机启动和运行的最适温度，确定电机所处区域环境的温度满足启动最佳温度设定后再启动电机，能避免在高温或低温下启动，不仅会损耗电机使用寿命，还存在发生电机启动故障的风险，进一步保障电机运行的安全。 [0013] 2.对变频器所处区域环境进行预设温度为第二阈值、预设湿度为第三阈值的控制，在确保变频器正常启动的前提下，防止变频控制柜内部凝水。 [0014] 优选的，电机温湿度调节系统对控制电机所处区域进行温度和湿度控制前，先判断电机的表面温度是否大于第一阈值； [0015] 若电机的表面温度大于第一阈值时，启动电机冷却系统对电机进行恒温控制； [0016] 若电机的表面温度小于第一阈值时，启动电机加热系统对电机进行恒温控制； [0017] 当确定电机的表面温度稳定在第一阈值时，再启动电机控湿系统对电机所处区域进行湿度控制。 [0018] 优选的，变频器温湿度调节系统的运行过程中， [0019] 在主风机启动前，控制输入新风的温度预设为第二阈值、湿度预设为第三阈值； [0020] 当主风机启动后，控制输入新风的温度预设为第二阈值、湿度预设为第四阈值，且第三阈值小于第四阈值。 [0021] 优选的，当主风机开始运行后，判断风洞温度实际值； [0022] 若风洞温度实际值小于第五阈值，表明风洞处于低温试验环境，则基于风洞湿度实际值，确定风洞露点温度实际值，并控制壳体内壁温度大于风洞露点温度实际值，以防止壳体内壁出现凝水； [0023] 若风洞温度实际值大于等于第五阈值，表明风洞处于常温或高温试验环境，则控制电机所处区域的湿度稳定在第六阈值。 [0024] 优选的，当主风机停机后，电机和变频器均处于停机状态，继续在预设时间内，[0025] 对电机的表面温度进行25℃恒温控制； [0026] 对电机所处区域进行除湿控制持续； [0027] 对变频器进行25℃恒温控制； [0028] 对变频器所处区域进行预设温度为第二阈值、预设湿度为第三阈值控制。 [0029] 优选的，在对电机表面温度进行控制时，还包括电机表面温度控制策略； [0030] 基于冷却风温实际值和冷却风温设定值，确定电机风冷水流量调节阀开度增量； [0031] 获取电机风冷水流量调节阀前馈开度值； [0032] 基于电机风冷水流量调节阀开度增量和电机风冷水流量调节阀前馈开度值，确定电机风冷水流量调节阀开度； [0033] 基于电机表面温度实际值和电机表面温度设定值，确定电机风冷水流量调节阀开度修正值； [0034] 利用电机风冷水流量调节阀开度修正值对电机风冷水流量调节阀开度进行修正。 [0035] 本方案的有益效果为： [0036] 本电机表面温度控制策略，通过先根据计算得到的电机风冷水流量调节阀的前馈开度数值，将电机风冷水流量调节阀开度开到前馈值后，再根据闭环控制中外环控制回路和内环控制回路中确定的电机风冷水流量调节阀开度增量，通过加运算最终确定电机风冷水流量调节阀开度，避免因电机表面温度与电机风冷水流量调节阀开度之间控制的大惯性、大迟延情况，采用简单PID控制时只有当偏差出现才进行调节，一旦出现扰动，则不能及时抗扰，存在大波动甚至震荡发散的控制误差和控制延迟的问题。 [0037] 优选的，获取电机风冷水流量调节阀前馈开度值的计算公式为： [0038] [0039] [0040] u(s)feedforword＝K*m [0041] 式中：u(s)feed forword为电机风冷水流量调节阀前馈开度值，Q为电机发热量，W为电机功率，η为电机效率，m为冷却水流过换热器的质量流量，cp为冷冻水的比热容，t2为冷冻水流出换热器时的温度，t1为冷冻水进入换热器时的温度，K为电机风冷水流量调节阀的流量系数。 [0042] 优选的，在对电机所处区域进行控湿过程中，还包括电机所处区域湿度控制策略，[0043] 基于电机所处区域湿度实际值和电机所处区域湿度设定值，确定湿度设定与实际之间的偏差值； [0044] 根据偏差值和电机控湿新风湿度实际值，确定电机控湿汽流调节阀开度值。 [0045] 本方案的有益效果为： [0046] 基于电机控湿汽流调节阀的开度到电机所处区域湿度实际值之间的控制过程存在大惯性，大迟延的特点，在电机控湿新风加湿器的出气端连接一个电机风冷湿度传感器，通过电机风冷湿度传感器及时获取电机控湿新风湿度实际值，电机控湿新风湿度实际值即为即将进入电机所处区域的控湿新风湿度的实际值，利用电机控湿新风湿度实际值与电机控湿汽流调节阀开度值之间的快速响应控制特点，基于试验获取的电机控湿新风湿度实际值与电机所处区域湿度实际值之间的传递函数，实现对电机控湿汽流调节阀开度值的快速响应控制。 [0047] 优选的，在确定电机控湿汽流调节阀开度值之前，作降阶处理，降阶处理的方式为： [0048] 获取电机控湿汽流调节阀开度值到电机控湿新风湿度实际值之间的传递函数G3(s)，获取电机控湿新风湿度实际值到电机所处区域湿度实际值之间的传递函数G4(s)，基于传递函数G3(s)和传递函数G4(s)，确定电机所处区域湿度实际值与电机控湿汽流调节阀开度值之间的传递函数G6(s)； [0049] 基于传递函数G4(s)确定降阶控制器； [0050] 利用降阶控制器对传递函数G6(s)进行降阶处理，得到降阶后的传递函数G7(s)； [0051] 对降阶后的传递函数G7进行PID控制，确定电机控湿汽流调节阀开度值。 [0052] 本方案的有益效果为： [0053] 基于闭环反馈控制的复杂程度，进一步地提出对电机控湿新风湿度实际值到电机所处区域湿度实际值之间高阶惯性传递函数G4(s)作降阶处理，将高阶惯性带增益环节等效为单纯的增益环节，从而使得整个被控对象变成带增益的一阶惯性迟延环节，针对等效后的带增益的一阶惯性迟延环节，采用PID控制即可实现精准控制，进而解决电机所处区域环境空气湿度控制难度大，影响对电机放凝水控制操作的问题。 [0054] 优选的，降阶后传递函数G7的公式为： [0055] [0056] 式中：K1为电机控湿汽流调节阀开度至电机控湿新风湿度实际值的增益，T1为电机控湿汽流调节阀开度至电机控湿新风湿度实际值的惯性时间，τ1为电机控湿汽流调节阀开度至电机控湿新风湿度实际值的迟延时间，K为电机控湿新风湿度实际值至电机所处区域湿度实际值的增益。附图说明 [0057] 图1为本发明实施例1中电机及变频器温湿度控制系统的结构示意图； [0058] 图2为本发明实施例1中控制方法的流程示意图； [0059] 图3为本发明实施例2中电机表面温度控制策略的原理图； [0060] 图4为本发明实施例3中电机所处区域湿度控制策略的原理图； [0061] 图5为本发明实施例3中电机所处区域湿度控制策略的等效原理图。 具体实施方式[0062] 下面通过具体实施方式进一步详细说明： [0063] 说明书附图中的附图标记包括：电机风冷水流量调节阀201、电机风冷换热器202、电机风冷温度传感器203、冷却风机204、电机控湿新风阀门205、电机控湿新风温度传感器206、电机控湿新风水冷调节阀207、电机控湿新风换热器208、电机控湿新风湿度传感器 209、电机控湿汽流调节阀210、电机控湿新风加湿器211、变频器控湿新风汽流调节阀212、变频器控湿新风加湿器213、变频器控湿新风湿度传感器214、干燥新风风机215、干燥新风风量调节阀216、干燥新风风量传感器217、干燥新风阀门218、变频器控湿新风换热器219、变频器控湿新风水冷调节阀220、变频器控湿新风温度传感器221、抽吸风机222、电机风冷释压阀223、主风机叶片224、主风机支撑结构225、主风机尾椎226、电机227、电机线圈温度传感器228、壳体内壁温度传感器229、电机线圈加热装置230、变频器水冷水流量调节阀 231、变频器水冷换热器232、变频器水冷温度传感器233、水泵234、去离子水量调节阀235、水去离子交换设备236、变频控制柜237、第一冷水流量调节阀238、AFE单元IGBT堆栈换热模块239、AFE单元IGBT堆栈换热模块温度传感器240、第二冷水流量调节阀241、MC单元IGBT堆栈换热模块242、MC单元IGBT堆栈换热模块温度传感器243、第三冷水流量调节阀244、dv/dt滤波器换热模块245、dv/dt滤波器换热模块温度传感器246、控制电路板247、电机风冷压力传感器248、电机风冷湿度传感器249、新风控湿系统300。 [0064] 实施例1 [0065] 实施例1基本如附图1‑2所示，基于汽车环境风洞主风机电机及变频器温湿度调节控制系统，提出一种汽车环境风洞主风机电机及变频器温湿度调节控制方法，实现对主风机重要子系统电机和变频器安全运行环境中温度和湿度的快速精准控制，为电机和变频器提供最适工作环境以及避免因凝水附着出现元器件短路或生锈情况发生，实现降低电机和变频器故障情况发生、减少主风机停机维修周期、降低汽车环境风洞运行成本的目的。 [0066] 主风机套设有壳体，电机227安装于壳体内部，且电机227连接有变频控制柜237，变频器设在于变频控制柜237中，变频器通过改变主风机电机227的运行效率为风洞提供不同风速的试验环境。现有汽车环境风洞中，电机227常采用风冷方式进行冷却、变频器常采用水冷方式进行冷却。基于实际运行分析发现：通过电机冷却系统中的冷却风管向壳体内部吹扫冷空气实现电机227降温过程中，由于冷却风管不是绝对密封，因此存在外界湿空气经冷却风管渗入壳体内部的现象，若风洞处于低温试验状态，则极易在壳体内壁上产生大量凝水或结冰，从而造成电机损坏。在通过变频器冷却系统对发热单元进行降温时，控温精度较差，壳体内部温度的设定值与实际值之间偏差值达±3℃，而同时控温的对象又选定为变频控制柜237内部空气温度，一旦变频控制柜237内部湿度较高，也极易使变频控制柜237侧壁上产生凝水；另一方面，位于变频控制柜237内部的水冷管因其内部冷冻水温较低(水温通常在0‑6℃)，也极易导致水冷管的外表面上形成凝水，并且凝水会顺着冷水管到达变频器电路板，引起控制电路板短路事故。 [0067] 另外，为更好理解方案，先对电机及变频器温湿度调节控制系统作介绍：如图1所示的一种汽车环境风洞主风机电机及变频器温湿度调节控制系统，包括电机温湿度调节系统和变频器温湿度调节系统，电机温湿度调节系统控制电机227所处区域(即壳体内部区域)的温度和湿度，变频器温湿度调节系统控制变频器所处区域(变频控制柜237内部区域)的温度和湿度。主风机结构主要包括主风机叶片224、主风机支撑结构225和主风机尾椎226，主风机叶片224与电机227连接。 [0068] 电机温湿度调节系统包括电机冷却系统、电机加热系统和电机控湿系统，电机冷却系统包括通过管道依次连接的电机风冷水流量调节阀201、电机风冷换热器202、电机风冷温度传感器203和冷却风机204，冷却风机204连接伸入壳体内部的冷却风管，经电机风冷换热器202降温的冷空气由冷却风机204送入壳体内部对电机227进行吹扫降温。电机加热系统包括电机线圈温度传感器228和电机线圈加热装置230，电机线圈加热装置230启动即可对电机227进行升温。电机控湿系统包括依次连接的电机控湿新风阀门205、电机控湿新风温度传感器206、电机控湿新风换热器208、电机控湿新风湿度传感器209和电机控湿新风加湿器211；电机控湿新风换热器208连接有电机控湿新风水冷调节阀207，电机控湿新风加湿器211与风洞自带的新风控湿系统300之间设有电机控湿汽流调节阀210进行连接，以直接引用新风控湿系统300现有的水蒸汽、并通过电机控湿新风加湿器211实现对即将进入壳体内部新风的湿度控制。新风控湿系统300能提供温度为10℃、除湿程度为‑45℃露点的低温干燥新风，进而为电机控湿系统提供干燥新风，新风控湿系统300为汽车环境风洞的现有技术，此处不再赘述。引用新风控湿系统300中的干燥新风时，通过阀门连接支管完成干燥新风的分流，且支管上依次设置有干燥新风风机215、干燥新风风量调节阀216、干燥新风风量传感器217和干燥新风阀门218。另外，冷却风管上还连接有抽吸风机222、电机风冷释压阀223和电机风冷压力传感器248。 [0069] 变频器温湿度调节系统包括变频器冷却系统和变频器控温控湿系统，变频器冷却系统包括变频器水冷水流量调节阀231、变频器水冷换热器232、变频器水冷温度传感器233、水泵234、变频控制柜237、第一冷水流量调节阀238、AFE单元IGBT堆栈换热模块239、第二冷水流量调节阀241、MC单元IGBT堆栈换热模块242、第三冷水流量调节阀244、dv/dt滤波器换热模块245和控制电路板247；AFE单元IGBT堆栈换热模块239连接有AFE单元IGBT堆栈换热模块温度传感器240，MC单元IGBT堆栈换热模块242连接有MC单元IGBT堆栈换热模块温度传感器243，dv/dt滤波器换热模块245连接有dv/dt滤波器换热模块温度传感器246；水泵 234连接有水去离子交换设备236，水去离子交换设备236连接有去离子水量调节阀235，水去离子交换设备236将冷冻水作去离子净化处理。变频器控温控湿系统包括相互连接的变频器控湿新风汽流调节阀212、变频器控湿新风加湿器213、变频器控湿新风湿度传感器 214、变频器控湿新风换热器219、变频器控湿新风水冷调节阀220和变频器控湿新风温度传感器221；变频器控湿新风加湿器213同样与干燥新风阀门218连接，以直接采用新风控湿系统300中的低温干燥新风。 [0070] 电机及变频器温湿度调节控制方法具体如图2所示： [0071] 首先，由控制风洞运行的控制系统根据试验需求，发出主风机启动指令，且在控制系统内部的执行模块收到主风机启动指令时，先控制主风机依旧保持停机状态，但启动电机温湿度调节系统和变频器温湿度调节系统；即当主风机收到指令后不会直接启动电机运转，而是优先将电机温湿度调节系统和变频器温湿度调节系统启动，先分别对电机所处区域和变频器所处区域进行控温控湿处理，以在电机227以及变频器启动前，将电机227和变频器的表面温度和环境湿度控制到一个合适范围，以确保电机227和变频器安全开机；以电机227为例进行说明：电机227的表面温度过低或过高均不宜启动电机227，高温或低温下启动，不仅会损耗电机227使用寿命，还存在发生电机227启动故障的风险。同时，进一步控制电机227和变频器在启动前能处于一个低湿度环境，防止启动前壳体内壁或变频控制柜237内壁出现凝水，引起电路短路事故。 [0072] 电机温湿度调节系统为电机227启动作准备的过程具体为： [0073] 先对电机227的表面温度进行判断，电机227的表面温度由电机线圈温度传感器228获取； [0074] 若电机227的表面温度大于第一阈值，则启动电机冷却系统对电机227的表面进行降温、启动电机控湿系统对壳体内部环境进行‑45℃露点除湿(‑45℃露点除湿即代表当环境处于‑45℃低温下空气中的水依旧不会凝结析出，空气极度干燥)。电机227表面温度大于第一阈值，则应作降温处理，并让电机227温度尽快稳定到理想的第一阈值范围内，为启动电机227做好准备；而利用电机控湿系统进行除湿‑45℃露点控制的作用是在电机227启动前，让壳体内部短时间内处于极度低湿状态，将电机227所处区域可能存在的高湿空气尽快循环出去，防止出现凝水。电机227运行的最佳环境温度为25℃，因此本实施例中，第一阈值设定为25℃。 [0075] 若电机227的表面温度小于25℃，启动电机加热系统对电机227进行先降温处理的恒温25℃控制；同时启动电机控湿系统进行除湿‑45℃露点控制。温度和湿度控制原理和效果与上述电机227表面温度大于25℃情况下的控制原理和效果相同。 [0076] 直至确定电机227的表面温度稳定在25℃后，电机227的预启动温湿度控制反馈完成，电机227所处区域已做好启动准备。 [0077] 变频器温湿度调节系统为变频器启动作准备的过程具体为： [0078] 启动变频器冷却系统对变频控制柜237内部进行恒温控制，以及启动变频器控湿系统对变频控制柜237内部环境进行预设温度为第二阈值、预设湿度为第三阈值的控制。通过在变频器启动前进行温度和湿度的控制，在确保变频器正常启动的前提下，防止变频控制柜237内部凝水。本实施例中，预设温度的第二阈值为20℃、预设湿度的第三阈值为20％，变频控制柜237内部输入新风控制在温度20℃、湿度20％即可在变频器启动前，让变频控制柜237内部可能存在的高湿空气尽快循环出去，为变频器的启动做好准备。且基于变频器最适运行环境，因此变频器恒温控制的温度同样为25℃。 [0079] 当电机227的表面温度温度稳定到25℃且变频器冷却系统启动、变频器控湿系统启动条件都满足后，即可确定此时具备了主风机安全启动条件，开始运转电机、开启变频器。 [0080] 电机227运转后，进一步对风洞内部的实际温度进行判断，由风洞内部现有风道中安装的风洞温度传感器获取。 [0081] 若风洞温度实际值小于第五阈值，则表明风洞正在进行低温试验。对电机227表面温度进行恒温25℃控制，根据电机227表面的实际温度与设定温度25℃偏差值进行加热或冷却控制，同时控制壳体内壁面温度始终大于电机227所处区域湿度对应的露点温度，进而在保障壳体内壁不会凝水或结冰的同时，壳体内部环境的湿度也不会过低，避免湿度过低导致电机227产生静电，静电产生也会影响电机227的安全运行。本实施例中，控制电机227所处区域湿度对应的露点温度＝壳体内壁表面温度‑10℃，即二者的温度差值为10℃，增加温度差在控制延迟存在的前提下确保壳体内壁表面温度始终大于电机227所处区域湿度对应的露点温度，从而实现避免壳体内壁凝水的情况发生。壳体内壁表面温度为tmotor surface,电机227所处区域空气湿度Φmotor对应露点温度为tmotor set dewpoint,则： [0082] tmotor set dewpoint＝tmotor surface‑10 (1) [0083] 电机227所处区域湿度Φmotor计算公式如下： [0084] [0085] 若风洞温度实际值大于等于15℃，则表明风洞内部正在进行常温或高温试验。同样对电机227表面温度进行恒温25℃控制，根据电机227表面的实际温度与设定温度25℃偏差进行加热或冷却控制；同时，通过电机湿度控制系统控制壳体内部湿度为预设的第六阈值，以保持电机227所处区域提供理想的湿度状态，保障电力277安全运行。且本实施例中，基于电机227运行湿度试验，设定预设的第六阈值湿度为50％。 [0086] 对于主风机运行中变频器的控制为： [0087] 由变频器冷却系统对变频器进行恒温25℃控制，以及控制变频器控湿系统对变频控制柜237内部进行预设温度为第二阈值、预设湿度为第四阈值的控制，在将变频器运行产生的热量及时带走的同时，保障变频器处于25℃的理想工作温度环境中，降低变频器运行故障发生的可能性；本实施例中，预设湿度的第四阈值为40％。将引入的新风控制为温度20℃、湿度40％能更好保障变频控制柜237内部变频器中为连接有冷却系统的发热元器件控制电路板247等同样具有良好的散热和湿度工作环境。变频器运行过程中的湿度相较于变频器启动前的20％湿度有所增加，原因是40％的湿度更利于变频器中各电子元件的工作；并且，温度20℃、湿度40％的空气对应的露点温度为‑3℃(通过露点温度计算公式得到)，而柜内去离子水管表面温度会控制在15℃，即该新风湿度和温度条件下，柜内去离子水管表面温度始终大于柜内空气的露点温度，进而能确保柜内去离子水管的表面不会出现凝水，能避免变频器因凝水出现短路的情况。并且，若主风机长时间停机，基于变频控制柜237放置的环境温度，去离子水管表面温度可能会低于15℃，但即使去离子水管的表面温度有所下降，温度20℃、湿度为40％的新风依旧能保障去离子水管表面不会出现凝水。 [0088] 当风洞试验结束，控制系统发出停主风机指令，则控制电机227和变频器立即停止工作，而电机温湿度调节系统及变频器温湿度调节系统运行预设时间后再关闭，进一步降低电机227和变频器故障出现情况的发生。 [0089] 电机温湿度调节系统及变频器温湿度调节系统在预设时间中运行的过程中： [0090] 电机温湿度调节系统对电机227的表面温度进行恒温25℃控制，并根据电机227的表面实际温度与设定温度25℃偏差进行加热或冷却控制，以在电机227停止后将电机227运行产生的余热及时带走，降低电机227损坏的可能性； [0091] 电机控湿系统对壳体内部环境进行除湿‑45℃露点控制，避免在电机停止后，因随着时间推移电机227所处区域湿度上升，导致壳体内壁上出现凝水情况。在停机后再通过电机控湿系统用极低湿度新风继续除湿，通过让电机227所处区域保持低湿度，应对长时间停机可能导致壳体内部空气湿度增加，造成壳体内壁凝水情况的反生； [0092] 变频器冷却系统对变频控制柜237的内部进行恒温25℃控制，以带走变频器停机后的余热，降低变频器损坏的可能性； [0093] 变频器控湿系统对变频控制柜237的内部进行新风温度20℃、湿度20％控制；避免随着时间推移，因变频控制柜237内部湿度上升，致使在主风机长时间停机状态下，变频控制柜237内部湿度较大，导致凝水情况发生的可能性。 [0094] 且本实施例中，利用电机温湿度调节系统和变频器温湿度调节系统对停机后的电机227和变频器所处区域进行控温控湿的预设时间为10min。 [0095] 本方案通过设定主风机收到启动指令后，控制主风机的电机227和变频器先不启动，而是先启动电机温湿度调节系统和变频器温湿度调节系统对电机227和变频器所处区域环境温度和湿度进行合理控制，在启动前使电机227和变频器处于最适启动环境，从而确保电机227和变频器的安全运行，降低故障发生率。同时，在主风机收到停机指令，立即关停电机227和变频器后，依旧保持电机温湿度调节系统和变频器温湿度调节系统运行一段时间，以在停机后继续电机227和变频器所处区域进行温度和湿度的控制，将设备运行期间产生的预热及时带走的同时，避免电机227和变频器后停机后依旧不会出现被凝水打湿的情况，进一步确保了主风机电机和变频器的安全运行。 [0096] 具体实施过程如下： [0097] 实施例2 [0098] 如图3所示的一种汽车环境风洞主风机电机及变频器温湿度调节控制方法，与实施例1不同的是：还包括电机表面温度控制策略。 [0099] 在风洞实际运行过程中，电机227的表面温度控制存在一定难度，控制过程中存在大惯性、大迟延环节，因此导致常规控制系统中的单回路控制难以实现精确控制，本实施例中提出一种新的电机表面温度控制策略，以实现对电机227表面温度的精确控制，提高汽车环境风洞主风机电机及变频器温湿度调节控制方法中控制的精度。 [0100] 基于冷却风温实际值和冷却风温设定值，确定电机风冷水流量调节阀开度增量； [0101] 获取电机风冷水流量调节阀前馈开度值； [0102] 基于电机风冷水流量调节阀开度增量和电机风冷水流量调节阀前馈开度值，确定电机风冷水流量调节阀开度； [0103] 基于电机表面温度实际值和电机表面温度设定值，确定电机风冷水流量调节阀开度修正值； [0104] 利用电机风冷水流量调节阀开度修正值对电机风冷水流量调节阀开度进行修正。 [0105] 具体如图3所示，图中：tmotor surface为电机表面温度实际值，tmotor set为电机表面温度设定值，E1(S)为电机表面温度设定值与电机表面温度实际值之间的偏差，PID1为外环控制回路的PID运算；tair cooling为冷却风温实际值，tair cooling set为冷却风温设定值，E2(S)为冷却风温设定值与冷却风温实际值之间的偏差，PID2为内环控制回路的PID运算；Δu(s)为电机风冷水流量调节阀201开度增量，u(s)feed forword为电机风冷水流量调节阀201前馈开度值，u(s)为电机风冷水流量调节阀201开度；G1(s)为电机风冷水流量调节阀201开度到冷却风温实际值之间的传递函数，G2(s)—冷却风温实际值与电机表面温度实际值的传递函数。 [0106] 电机227的表面温度由电机冷却系统进行控制，主要通过调节电机冷却系统中的电机风冷水流量调节阀201的开度，改变冷却水的流量最终实现对冷却风管中空气温度的控制；因此，电机风冷水流量调节阀201开度到电机227的表面温度之间的控制过程是一个大惯性、大迟延、非线性的控制过程，控制难度极大。设计电机表面温度控制策略包括前馈控制和闭环反馈控制的结合控制，通过前馈控制及时消除干扰、闭环反馈控制实现精准控制，并进一步将闭环反馈控制分成外环控制回路和内环控制回路，在内环控制回路对u(s)进行快速粗调后，再由外环控制回路对u(s)进行修正，最终实现对u(s)快速且精准的控制。 [0107] 具体为：电机风冷水流量调节阀201开度增量Δu(s)与电机风冷水流量调节阀201前馈开度值u(s)feed forword进行加运算后，即可确定电机风冷水流量调节阀201开度u(s)，基于u(s)到冷却风温tair cooling之间的快速响应，从而能快速地将电机227的表面温度控制到设定的电机表面温度值相近的数值，加快整个控制系统的响应速度；接着再由外环控制回路对内环控制回路粗调后的电机表面温度作进一步修正精调。 [0108] 基于冷却风温设定值tair cooling set与冷却风温实际值tair cooling进行偏差值运算，得到E2(S)，再基于E2(S)经PID2运算确定电机风冷水流量调节阀201开度增量Δu(s)，Δu(s)与电机风冷水流量调节阀201前馈开度值u(s)feed forword进行加运算后，即可确定电机风冷水流量调节阀201开度u(s)，u(s)到冷却风温tair cooling之间的控制快速响应提高控制效率，内环控制回路的控制对象冷却风温实际值tair cooling与电机表面温度实际值tmotor surface为之间存在传递函数G2(s)的关系，以此完成内环控制回路的运行。 [0109] 基于电机表面温度设定值tmotor set与电机表面温度实际值tmotor surface进行偏差值运算，得到E1(S)，再基于E1(S)经PID1运算得到冷却风温设定值tair cooling set，电机风冷水流量调节阀201开度u(s)与冷却风温实际值tair cooling存在传递函数G1(s)的关系，因此最终即可得到u(s)的精准开度，以此完成外环控制回路的运行，最终实现对电机表面温度的精确控制。 [0110] 同时，在前馈控制中，确定电机风冷水流量调节阀201前馈开度值u(s)feed forword时，需根据电机实时功率计算得到电机发热量，再根据电机发热量可计算出u(s)feed forword。并且，相应的在电机风冷换热器202的进水口和出水口均分别设置有温度传感器，在计算式如下： [0111] [0112] [0113] u(s)feed forword＝K*m (5) [0114] 式中，Q为电机发热量，W为电机功率(从风洞控制系统中直接采集得到)，η为电机效率(电机的固有特性，为定值)，m为电机风冷水流量调节阀201中冷冻水流过电机风冷换热器202的质量流量，cp为冷冻水的比热容(为定值)，t2为冷冻水流出电机风冷换热器202时的温度(由冷冻水出换热器出水口处的温度传感器获取)，t1为冷冻水进入电机风冷换热器202时的温度(由冷冻水进水口处的换热器温度传感器获取)，K为电机风冷水流量调节阀201的流量系数(为固定值)。 [0115] 根据上述公式即可实时计算出电机风冷水流量调节阀201的前馈开度数值，将电机风冷水流量调节阀201预先打开一定开度，实时冷冻水流量调节，并及时将变化的电机散热量吸收掉，减少温度波动，提高控制的精准度。 [0116] 本电机表面温度控制策略，通过先根据计算得到的电机风冷水流量调节阀201的前馈开度数值，将电机风冷水流量调节阀201开度开到前馈值后，再根据闭环控制中外环控制回路和内环控制回路中确定的电机风冷水流量调节阀201开度增量，通过加运算最终确定电机风冷水流量调节阀201开度，避免因电机表面温度与电机风冷水流量调节阀201开度之间控制的大惯性、大迟延情况，采用简单PID控制时只有当偏差出现才进行调节，一旦出现扰动，则不能及时抗扰，存在大波动甚至震荡发散的控制误差和控制延迟的问题。 [0117] 实施例3 [0118] 如图4、图5所示的一种汽车环境风洞主风机电机及变频器温湿度调节控制方法，与实施例1不同的是：还包括电机所处区域湿度控制策略。 [0119] 在对电机所处区域(即壳体内部)进行湿度控制时，由电机控湿系统中的电机控湿新风加湿器211执行水蒸汽加湿操作，而电机控湿新风加湿器211加湿程度主要由电机控湿汽流调节阀210开启不同开度实现，但是，电机控湿汽流调节阀210的开度到电机所处区域湿度实际值之间的控制过程存在大惯性，大迟延的特点，因此，采用常规的PID控制方法难以实现精确控制。基于此，本实施例提出一种电机所处区域湿度控制策略，通过降级闭环控制，提高电机控湿汽流调节阀210的开度到电机所处区域湿度实际值之间的及时性和精准性。 [0120] 基于电机所处区域湿度实际值和电机所处区域湿度设定值，确定湿度设定与实际之间的偏差值； [0121] 根据偏差值和电机控湿新风湿度实际值，确定电机控湿汽流调节阀开度值。 [0122] 在确定电机控湿汽流调节阀开度值之前，作降阶处理，降阶处理的方式为： [0123] 获取电机控湿汽流调节阀开度值到电机控湿新风湿度实际值之间的传递函数G3(s)，获取电机控湿新风湿度实际值到电机所处区域湿度实际值之间的传递函数G4(s)，基于传递函数G3(s)和传递函数G4(s)，确定电机所处区域湿度实际值与电机控湿汽流调节阀开度值之间的传递函数G6(s)； [0124] 并基于传递函数G4(s)确定降阶控制器； [0125] 利用降阶控制器对传递函数G6(s)进行降阶处理，得到降阶后的传递函数G7(s)； [0126] 对降阶后的传递函数G7进行PID控制，确定电机控湿汽流调节阀开度值。 [0127] 其中：φmotor为电机所处区域湿度实际值(由电机风冷湿度传感器249)，φmotor set为电机所处区域湿度设定值，E3(s)为电机所处区域湿度设定值与电机所处区域实际湿度值之间的偏差，PID3为闭环控制回路的PID运算；φair为电机控湿新风湿度实际值(由电机控湿新风湿度传感器209获取)，u2(s)为电机控湿汽流调节阀210开度值；G3(s)为电机控湿汽流调节阀210开度值到电机控湿新风湿度实际值之间的传递函数，G3(s)为一阶惯性带迟延的传递函数；G4(s)为电机控湿新风湿度实际值到电机所处区域湿度实际值之间的传递函数，该传递函数为n阶惯性环节；Fcontrol为降阶控制器，G5(s)为降阶控制器的惯性环节部分，K为降阶控制器的增益部分。 [0128] 本实施例中，G3(s)采用阶跃响应方法进行扰动试验得到，具体为：电机控湿汽流调节阀210开度u2(s)从某一值阶越变化到另一开度，然后采集一段时间内，干燥新风引入管道中的电机控湿新风湿度实际值φair变化曲线，根据该曲线即可得到该一阶惯性带增益环节的传递函数。G3(s)传递函数具体为： [0129] [0130] 式中，K1为电机控湿汽流调节阀开度至电机控湿新风湿度实际值的增益，T1为电机控湿汽流调节阀开度至电机控湿新风湿度实际值的惯性时间，τ1为电机控湿汽流调节阀开度至电机控湿新风湿度实际值的迟延时间。 [0131] G4(s)采用测试法建模方法获取，具体为：获取一段时间内的新风湿度输入值和新风湿度输出值，并根据这些实测数据进行系统辨识，最后基于系统辨识结果即可得到该高阶惯性带增益的传递函数。新风湿度输入值为电机控湿系统中干燥新风管道内部内湿度的实际值φair，新风湿度输出值即电机所处区域湿度实际值φmotor。 [0132] G4(s)传递函数具体为： [0133] G4(s)＝K/(Ts+1)n [0134] 式中：T为电机控湿新风湿度实际值至电机所处区域湿度实际值的惯性时间，K为电机控湿新风湿度实际值至电机所处区域湿度实际值的增益。 [0135] 进一步可得出，需要进行精准控制的电机所处区域湿度实际值φmotor与电机控湿汽流调节阀210开度值u2(s)之间存在的传递函数G6(s)，且G6(s)的计算公式如下： [0136] [0137] φmoto与u2(s)之间的传递函数进一步论证了二者之间要实现快速精准控制的难度。 [0138] 基于此，进一步地提出应用于闭环反馈控制的降阶控制方法，基于实际控制系统运行过程获取的各个传递函数，结合PID控制和降阶控制，将高阶惯性带增益环节等效为单纯的增益环节，从而使得整个被控对象变成带增益的一阶惯性迟延环节，而针对等效后的带增益的一阶惯性迟延环节，再采用PID控制即可实现精准控制，具体的降阶等效过程即为图4至图5的过程，具体为： [0139] 首先，根据G4(s)即可确定阶数n、增益K和惯性时间T，进而确定降阶控制器Fcontrol，且如图4所示，G5(s)为降阶控制器的惯性环节部分，K为降阶控制器的增益部分。 [0140] G5(s)＝1/(Ts+1)n [0141] 利用降阶控制器Fcontrol中的惯性环节G5(s)对将G3(s)和G4(s)进行降阶处理。如图5所示，降阶后，整个电机所处区域湿度控制系统变为带增益的一阶惯性加迟延环节，传递函数G7(s)变为： [0142] [0143] 由传递函数G7(s)可见，该传递函数只是G3(s)传递函数中的增益由K1变为了K1*K。因此，对降阶后这样的一阶惯性加迟延环节采用简单的PID就能实现良好的精准控制。 [0144] 本实施例中，基于电机控湿汽流调节阀210的开度到电机所处区域湿度实际值之间的控制过程存在大惯性，大迟延的特点，在电机控湿新风加湿器211的出气端连接一个电机风冷湿度传感器249，通过电机风冷湿度传感器249及时获取电机控湿新风湿度实际值φair，φair即为即将进入电机所处区域的控湿新风湿度的实际值，利用电机控湿新风湿度实际值φair与电机控湿汽流调节阀开度值u2(s)之间的快速响应控制特点，基于试验获取的电机控湿新风湿度实际值φair与电机所处区域湿度实际值φmotor之间的传递函数，实现对电机控湿汽流调节阀开度值u2(s)的快速响应控制。同时，基于闭环反馈控制的复杂程度，进一步地提出对电机控湿新风湿度实际值到电机所处区域湿度实际值之间高阶惯性传递函数G4(s)作降阶处理，将高阶惯性带增益环节等效为单纯的增益环节，从而使得整个被控对象变成带增益的一阶惯性迟延环节，针对等效后的带增益的一阶惯性迟延环节，采用PID控制即可实现精准控制，进而解决电机所处区域环境空气湿度控制难度大，影响对电机放凝水控制操作的问题。 |
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