一种空压机的两级压缩控制方法、控制器和空压机
阅读说明：本技术 一种空压机的两级压缩控制方法、控制器和空压机 (Two-stage compression control method and controller of air compressor and air compressor ) 是由 陈欣佩 卢衍林 韩文翰 于 2020-06-11 设计创作，主要内容包括：一种空压机的两级压缩控制方法、控制器和空压机,空压机启动时,检测二级主机排气口的压力值,若该压力值小于设定的目标压力值,则提高一级电机的转速,若压力值大于设定的目标值则降低一级电机的转速,直至相等,同时,根据预设的转速比控制二级电机的转速；空压机正常运行时,采用PID控制方法调整该转速比,具有高效、可靠、性价比高的优点。(A two-stage compression control method of an air compressor, a controller and the air compressor are provided, when the air compressor is started, a pressure value of an exhaust port of a secondary host is detected, if the pressure value is smaller than a set target pressure value, the rotating speed of a primary motor is increased, if the pressure value is larger than the set target value, the rotating speed of the primary motor is reduced until the pressure value is equal to the set target value, and meanwhile, the rotating speed of the secondary motor is controlled according to a preset rotating speed ratio; when the air compressor normally operates, the rotating speed ratio is adjusted by adopting a PID control method, and the air compressor has the advantages of high efficiency, reliability and high cost performance.)
技术领域
本发明涉及空压机领域，特别是指一种两级压缩控制方法、控制器和空压机。
背景技术
随着技术的不断发展，用气设备对空压机的稳定性要求越来越高，对空压机的效率要求越来越高，二级压缩的空压机越来越得到客户的青睐。
目前两级压缩空压机大致有两种方案，
方案1：一个电机带动2个主机，电机通过齿轮驱动一级压缩主机和二级压缩主机，齿轮的齿数固定运行的过程中无法调整一级和二级的相对转速。采用这种方案，通过齿轮传动需包含3个齿轮+一个齿轮箱，整体造价成本高，且运行过程中无法调整一级和二级的相对转速。一级的排气压力不可调整，效率较差。
方案2：二个电机带动2个主机，二个电机通过同轴/直联传动方式，分别带动一级、二级主机，通过PID控制一级和二级的相对转速，使一级和二级的电机负载相符合。采用这种方案，单纯通过PID来控制存在启动过程中因PID调节不及时，二级电机转速不符合需求转速，造成一级排气压力过高，进而报故障。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种两级压缩控制方法、控制器和空压机，具有高效、可靠、性价比高的优点。
本发明采用如下技术方案：
一种空压机的两级压缩控制方法，其特征在于：空压机启动时，检测二级主机排气口的压力值，若该压力值小于设定的目标压力值，则提高一级电机的转速，若压力值大于设定的目标值则降低一级电机的转速，直至相等，同时，根据预设的转速比控制二级电机的转速；空压机正常运行时，采用PID控制方法调整该转速比。
优选的，所述转速比为二级电机的转速/一级电机的转速。
优选的，所述PID控制方法计算公式为：
u(k)＝(Kp*e(k)2)+Ki*T*∑e(i)+(Kd/T)*[Pv(k)–Pv(k-1)]
其中：u(k)为当前转速比的输出值，e(k)为当前偏差，∑e(i)为累积的稳态误差，Sv(k)当前设定的目标压力值，Pv(k)当前反馈的压力值，Pv(k-1)为前一刻反馈的压力值，T为采样时间，Kp为比例增益，Ki为积分增益，Kd为微分增益。
优选的，微分增益Kp根据当前偏差进行确定，具体为：
e(k)≥5kp＝100
1≤e(k)≤5kp＝50
0.2≤e(k)＜1kp＝5
优选的，对于当前偏差e(k)，其取值设定为，正向时：e(k)＝Sv(k)-Pv(k)；反向时：e(k)＝Pv(k)-Sv(k)。
优选的，空压机正常运行时，设定一级排气的压力与二级排气的压力关系满足：
P1＝((P2+1)^0.5)-1
其中：P1为一级排气的压力值，P2为二级排气的压力值。
一种空压机的两级压缩控制器，其特征在于：采用上述的一种空压机的两级压缩控制方法。
一种空压机，其特征在于：具有上述的一种空压机的两级压缩控制器。
优选的，采用双永磁驱动双压缩主机。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的方法，空压机启动过程中，根据二级主机排气口的压力值和目标压力值的比较结构，调整一级电机的转速，通过预设的转速比控制二级电机的转速，避免二级电机转速不符合需求转速，造成一级排气压力过高的问题，具有高效、可靠、性价比高的优点。
2、本发明的方法，空压机运行过程中，一级排气的压力与二级排气的压力满足预设的关系，则一级的排气压力可调整，提高工作效率。
3、本发明的空压机，采用一级电机和二级电机分别控制一级主机和二级主机，节省了齿轮传动结构，减小体积、降低成本。
附图说明
图1为本发明空压机启动时的流程图。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参见图1，一种空压机的两级压缩控制方法，在空压机启动时，检测二级主机排气口的压力值，若该压力值小于设定的目标压力值，则提高一级电机的转速，若压力值大于设定的目标值则降低一级电机的转速，直至相等，同时，根据预设的转速比控制二级电机的转速；空压机正常运行时，采用PID控制方法调整转速比。
启动时，采用PID控制方法调节一级电机转速，即检测二级主机排气口的压力值，若该压力值小于设定的目标压力值，则提高一级电机的转速，若压力值大于设定的目标值则降低一级电机的转速，直至相等。
其中，转速比为二级电机的转速/一级电机的转速。在空压机启动时，根据预设的转速比控制二级电机的转速。例如，当转速比设置为2时，一级电机转速为1000转，二级电机为一级电机转速*2＝2000转，以此类推。调高或降低一级电机的转速，其提高或降低的数值不做限位，可预先根据需要设定。
本发明预设的转速比仅在空压机启动过程有效，启动过程结束后(或停机过程)预设的转速比失效。空压机正常运行时，一级电机转速根据二级的排气压力来进行调节，即与启动时相同，二级的转速＝一级转速*转速比，采用PID控制方法调整该转速比，即该转速比根据实际情况自动调整。
具体的PID控制方法计算公式为：
u(k)＝(Kp*e(k)2)+Ki*T*∑e(i)+(Kd/T)*[Pv(k)–Pv(k-1)]
其中：u(k)为当前转速比的输出值，e(k)为当前偏差，∑e(i)为累积的稳态误差，Sv(k)当前设定的目标压力值，Pv(k)当前反馈的压力值，Pv(k-1)为前一刻反馈的压力值，T为采样时间，Kp为比例增益，Ki为积分增益，Kd为微分增益。
其中，微分增益Kp根据当前偏差进行确定，具体为：
e(k)≥5kp＝100
1≥e(k)≤5kp＝50
0.2≤e(k)＜1kp＝5
对于当前偏差e(k)，其为当前设定的目标压力值与当前反馈的压力值的差值，具体的，其取值设定为正向时：e(k)＝Sv(k)-Pv(k)；反向时：e(k)＝Pv(k)-Sv(k)。
进一步的，e(i)是每次的稳态误差值，Σe(i)是累计的稳态误差值，误差值取运行时设定的目标压力值与当前反馈的压力值的稳态误差，由实际运行中的误差决定。
另外，启动过程结束后，空压机正常运行时，为了使一级的排气压力符合需要的压力，则设定一级排气的压力与二级排气的压力关系满足：
P1＝((P2+1)^0.5)-1
其中：P1为一级排气的压力值，P2为二级排气的压力值。该压力值为表压力，单位bar。
本发明还提出一种空压机的两级压缩控制器，采用上述的一种空压机的两级压缩控制方法，实现控制一级电机和二级电机的转速比。
本发明还提出一种空压机，具有上述的一种空压机的两级压缩控制器。其还包括一级主机、二级主机、一级电机和二级电机等，该一级电机连接控制一级主机工作，该二级电机连接控制二级主机工作，该两级压缩控制器与一级主机和二级主机相连，用于根据上述的两级压缩控制方法，控制其转速比。
在实际应用中，本发明的空压机可采用双永磁驱动双压缩主机，即其一级电机和二级电机采用永磁电机，但不限于此。
参见图1，本发明的空压机工作原理具体如下：
空压机启动时，检测二级主机排气口的压力值，若该压力值小于设定的目标压力值，则提高一级电机的转速；若压力值大于设定的目标值，则降低一级电机的转速；直至压力值与设定的目标值相等则不再调整一级电机的转速；整个个过程中，根据预设的转速比控制二级电机的转速。
之后，空压机正常运行，一级电机转速根据二级的排气压力来进行调节(与启动时相同)，二级电机的转速＝一级电机的转速*转速比，采用PID控制方法调整转速比。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。