陳志剛

摘 要：針對家用燃?xì)鉄崴鞯陌惭b、使用會面臨不同地域、不同氣候、不同溫度、不同壓力和外界環(huán)境突變等情況，提出一種全新的家用燃?xì)鉄崴鞯淖赃m應(yīng)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)能根據(jù)當(dāng)前的外界環(huán)境和條件的變化自動適應(yīng)，例如海拔高度、風(fēng)速、溫度、燃?xì)鈮毫蜌夥N等，并對電子控制系統(tǒng)作出調(diào)整，以滿足不同氣種、不同氣候、不同氣壓、外界環(huán)境和條件變化下對生活熱水的需求。

關(guān)鍵詞：家用；燃?xì)鉄崴鳎豢刂葡到y(tǒng)；自適應(yīng)控制

中圖分類號：TS914.252 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0037-02

隨著技術(shù)的不斷成熟，燃?xì)鉄崴鳠o論在安全性、舒適性方面還是在環(huán)保節(jié)能方面雖然已取得了不小的進(jìn)展，但隨著人們生活水平的提高，現(xiàn)有功能及使用效果仍不能滿足人們對安全性、舒適性等方面提出的更高要求。

每年由于燃?xì)鉄崴魇褂貌划?dāng)引發(fā)的安全事故時有發(fā)生。在高海拔區(qū)域，燃?xì)鉄崴鞑荒苓m應(yīng)缺氧環(huán)境或達(dá)不到最佳的均衡燃燒狀態(tài)，產(chǎn)生大量的有害氣體CO，并損失一定的燃?xì)赓M用；在洗澡中途關(guān)水會造成停水溫升過高，停水溫升過熱的水放掉會造成一定的浪費，水壓和氣壓的變化會造成熱水水溫波動等，這些均對燃?xì)鉄崴骺刂萍夹g(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。

1 自適應(yīng)新技術(shù)的概述

在日常生活中，所謂“自適應(yīng)”是指生物能改變自己的習(xí)性，以適應(yīng)新環(huán)境的一種特征。因此，直觀地說，自適應(yīng)控制器具有能修正自己的特性，以適應(yīng)對象和擾動的動態(tài)特性的變化。

燃?xì)鉄崴鞯淖赃m應(yīng)新技術(shù)實際上就是機器自動適應(yīng)外界諸多不利于均衡燃燒或恒溫的環(huán)境，以安全控制為首要目的，追求、創(chuàng)造恒溫、舒適體驗的一種新技術(shù)。在其控制過程中仍然要對安裝、產(chǎn)品維護(hù)和節(jié)能環(huán)保等方面進(jìn)行綜合考慮。

自適應(yīng)控制理論為在普通家用燃?xì)鉄崴飨到y(tǒng)中引入一些新型傳感器提供了依據(jù)，例如：在燃?xì)夤艿郎弦雺毫鞲衅?，以檢測氣源壓力的波動；在燃燒或排煙系統(tǒng)中引入氣體傳感器，以控制燃燒；在配風(fēng)系統(tǒng)中引入風(fēng)量或風(fēng)速傳感器，以直接的數(shù)據(jù)定量指導(dǎo)配風(fēng)等。系統(tǒng)根據(jù)檢測到的實際水壓、燃?xì)鈿鈮褐?、溫度、海拔高度和氧含量等參?shù)，采用一些新的理論控制算法，比如自校正自適應(yīng)控制算法、無模型自適應(yīng)預(yù)測控制算法、多變量人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制算法等。新型傳感器和控制算法的引入必然會使燃?xì)鉄崴饕砸环N新的面目出現(xiàn)，在性能上體現(xiàn)出全新的控制指標(biāo)，不僅能滿足高標(biāo)準(zhǔn)的要求，在環(huán)保、節(jié)能、高效、舒適方面也會使人耳目一新。

2 自適應(yīng)系統(tǒng)控制方案設(shè)計

家用燃?xì)鉄崴髯赃m應(yīng)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)，除了要具備家用燃?xì)鉄崴鞯某Ｒ?guī)技術(shù)指標(biāo)外，還應(yīng)具有以下特殊的性能要求：①在熱水器工作過程中，水流量或燃?xì)鈮毫χ党霈F(xiàn)大幅度、快速波動，出水溫度超調(diào)應(yīng)在±2 ℃范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)誤差應(yīng)在±0.5 ℃范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)回復(fù)時間≤10 s。②熱水器燃燒應(yīng)始終保持燃?xì)馀c空氣的最佳配比，以達(dá)到均衡燃燒的狀態(tài)。使燃?xì)馊紵首畲蠡?，CO排放量應(yīng)滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.01%.③溫升速度快，開機后迅速達(dá)到設(shè)定溫度，調(diào)節(jié)時間≤10 s，無停水溫升。④系統(tǒng)有完備的安全保護(hù)措施，電路安全設(shè)計需滿足EN298的要求，工藝設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)、可靠、耐用，使用壽命應(yīng)在10年以上。⑤系統(tǒng)有氣種自動識別功能，并能按不同氣種系統(tǒng)自動調(diào)整參數(shù)，最終燃燒輸出效果相同。⑥系統(tǒng)顯示操作界面簡單，具有易操作性?？墒謩釉O(shè)定出水溫度，也可根據(jù)季節(jié)、入水溫度、室溫智能設(shè)定出水溫度，可切換和記憶。

采用以上方案，使用氧含量傳感器控制燃燒效率和CO的排放，并使用氧含量傳感器閉環(huán)控制配風(fēng)，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實現(xiàn)熱水溫度調(diào)節(jié)，使用步進(jìn)調(diào)節(jié)混水閥進(jìn)行出水溫度的二次調(diào)節(jié)，使用熱電偶結(jié)合算法鑒別氣種。該方案對非線性快速擾動有很高的容錯能力，大大提高了響應(yīng)速度。根據(jù)每項輸出偏差梯度采用反向傳播算法，實時修改相應(yīng)輸入比例權(quán)重，最終達(dá)到模型參考的希望輸出值。以上控制方案在燃燒效率、煙氣排放、出水溫度穩(wěn)定性、減少超調(diào)、降低調(diào)整恢復(fù)時間、消除停水溫升等方面有較好的效果。

在以上方案中，主要有以下輸入量：水流量Lf、氧含量O2、氣種鑒別熱點偶R以及E0，EC0，E1，EC1。氣種鑒別熱電偶R用于鑒別氣種，以選擇不同的模型參考向量。軟件采用多輸入非線性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考自適應(yīng)控制算法，圖2所示的網(wǎng)絡(luò)模型為自適應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)建軟件設(shè)計框圖。

按神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)三層前饋網(wǎng)絡(luò)，選擇足夠多的隱層節(jié)點，得到的實際數(shù)據(jù)可以任意逼近于一個平滑的非線性函數(shù)，直到與所要逼近的非線性函數(shù)之間達(dá)到要求的精度。

3 結(jié)束語

通過使用自適應(yīng)新控制技術(shù)的燃?xì)鉄崴?，在燃燒效率、煙氣排放、出水溫度的穩(wěn)定性、減少超調(diào)，降低調(diào)整恢復(fù)時間、消除停水溫升等方面都收到較好的效果。相信自適應(yīng)控制技術(shù)在不久的將來會給行業(yè)帶來新一輪的技術(shù)變革。

參考文獻(xiàn)

[1]董寧.自適應(yīng)控制[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

〔編輯：白潔〕

摘 要：針對家用燃?xì)鉄崴鞯陌惭b、使用會面臨不同地域、不同氣候、不同溫度、不同壓力和外界環(huán)境突變等情況，提出一種全新的家用燃?xì)鉄崴鞯淖赃m應(yīng)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)能根據(jù)當(dāng)前的外界環(huán)境和條件的變化自動適應(yīng)，例如海拔高度、風(fēng)速、溫度、燃?xì)鈮毫蜌夥N等，并對電子控制系統(tǒng)作出調(diào)整，以滿足不同氣種、不同氣候、不同氣壓、外界環(huán)境和條件變化下對生活熱水的需求。

關(guān)鍵詞：家用；燃?xì)鉄崴?；控制系統(tǒng)；自適應(yīng)控制

中圖分類號：TS914.252 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0037-02

隨著技術(shù)的不斷成熟，燃?xì)鉄崴鳠o論在安全性、舒適性方面還是在環(huán)保節(jié)能方面雖然已取得了不小的進(jìn)展，但隨著人們生活水平的提高，現(xiàn)有功能及使用效果仍不能滿足人們對安全性、舒適性等方面提出的更高要求。

每年由于燃?xì)鉄崴魇褂貌划?dāng)引發(fā)的安全事故時有發(fā)生。在高海拔區(qū)域，燃?xì)鉄崴鞑荒苓m應(yīng)缺氧環(huán)境或達(dá)不到最佳的均衡燃燒狀態(tài)，產(chǎn)生大量的有害氣體CO，并損失一定的燃?xì)赓M用；在洗澡中途關(guān)水會造成停水溫升過高，停水溫升過熱的水放掉會造成一定的浪費，水壓和氣壓的變化會造成熱水水溫波動等，這些均對燃?xì)鉄崴骺刂萍夹g(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。

1 自適應(yīng)新技術(shù)的概述

在日常生活中，所謂“自適應(yīng)”是指生物能改變自己的習(xí)性，以適應(yīng)新環(huán)境的一種特征。因此，直觀地說，自適應(yīng)控制器具有能修正自己的特性，以適應(yīng)對象和擾動的動態(tài)特性的變化。

燃?xì)鉄崴鞯淖赃m應(yīng)新技術(shù)實際上就是機器自動適應(yīng)外界諸多不利于均衡燃燒或恒溫的環(huán)境，以安全控制為首要目的，追求、創(chuàng)造恒溫、舒適體驗的一種新技術(shù)。在其控制過程中仍然要對安裝、產(chǎn)品維護(hù)和節(jié)能環(huán)保等方面進(jìn)行綜合考慮。

自適應(yīng)控制理論為在普通家用燃?xì)鉄崴飨到y(tǒng)中引入一些新型傳感器提供了依據(jù)，例如：在燃?xì)夤艿郎弦雺毫鞲衅?，以檢測氣源壓力的波動；在燃燒或排煙系統(tǒng)中引入氣體傳感器，以控制燃燒；在配風(fēng)系統(tǒng)中引入風(fēng)量或風(fēng)速傳感器，以直接的數(shù)據(jù)定量指導(dǎo)配風(fēng)等。系統(tǒng)根據(jù)檢測到的實際水壓、燃?xì)鈿鈮褐?、溫度、海拔高度和氧含量等參?shù)，采用一些新的理論控制算法，比如自校正自適應(yīng)控制算法、無模型自適應(yīng)預(yù)測控制算法、多變量人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制算法等。新型傳感器和控制算法的引入必然會使燃?xì)鉄崴饕砸环N新的面目出現(xiàn)，在性能上體現(xiàn)出全新的控制指標(biāo)，不僅能滿足高標(biāo)準(zhǔn)的要求，在環(huán)保、節(jié)能、高效、舒適方面也會使人耳目一新。

2 自適應(yīng)系統(tǒng)控制方案設(shè)計

家用燃?xì)鉄崴髯赃m應(yīng)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)，除了要具備家用燃?xì)鉄崴鞯某Ｒ?guī)技術(shù)指標(biāo)外，還應(yīng)具有以下特殊的性能要求：①在熱水器工作過程中，水流量或燃?xì)鈮毫χ党霈F(xiàn)大幅度、快速波動，出水溫度超調(diào)應(yīng)在±2 ℃范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)誤差應(yīng)在±0.5 ℃范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)回復(fù)時間≤10 s。②熱水器燃燒應(yīng)始終保持燃?xì)馀c空氣的最佳配比，以達(dá)到均衡燃燒的狀態(tài)。使燃?xì)馊紵首畲蠡珻O排放量應(yīng)滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.01%.③溫升速度快，開機后迅速達(dá)到設(shè)定溫度，調(diào)節(jié)時間≤10 s，無停水溫升。④系統(tǒng)有完備的安全保護(hù)措施，電路安全設(shè)計需滿足EN298的要求，工藝設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)、可靠、耐用，使用壽命應(yīng)在10年以上。⑤系統(tǒng)有氣種自動識別功能，并能按不同氣種系統(tǒng)自動調(diào)整參數(shù)，最終燃燒輸出效果相同。⑥系統(tǒng)顯示操作界面簡單，具有易操作性。可手動設(shè)定出水溫度，也可根據(jù)季節(jié)、入水溫度、室溫智能設(shè)定出水溫度，可切換和記憶。

采用以上方案，使用氧含量傳感器控制燃燒效率和CO的排放，并使用氧含量傳感器閉環(huán)控制配風(fēng)，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實現(xiàn)熱水溫度調(diào)節(jié)，使用步進(jìn)調(diào)節(jié)混水閥進(jìn)行出水溫度的二次調(diào)節(jié)，使用熱電偶結(jié)合算法鑒別氣種。該方案對非線性快速擾動有很高的容錯能力，大大提高了響應(yīng)速度。根據(jù)每項輸出偏差梯度采用反向傳播算法，實時修改相應(yīng)輸入比例權(quán)重，最終達(dá)到模型參考的希望輸出值。以上控制方案在燃燒效率、煙氣排放、出水溫度穩(wěn)定性、減少超調(diào)、降低調(diào)整恢復(fù)時間、消除停水溫升等方面有較好的效果。

在以上方案中，主要有以下輸入量：水流量Lf、氧含量O2、氣種鑒別熱點偶R以及E0，EC0，E1，EC1。氣種鑒別熱電偶R用于鑒別氣種，以選擇不同的模型參考向量。軟件采用多輸入非線性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考自適應(yīng)控制算法，圖2所示的網(wǎng)絡(luò)模型為自適應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)建軟件設(shè)計框圖。

按神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)三層前饋網(wǎng)絡(luò)，選擇足夠多的隱層節(jié)點，得到的實際數(shù)據(jù)可以任意逼近于一個平滑的非線性函數(shù)，直到與所要逼近的非線性函數(shù)之間達(dá)到要求的精度。

3 結(jié)束語

通過使用自適應(yīng)新控制技術(shù)的燃?xì)鉄崴?，在燃燒效率、煙氣排放、出水溫度的穩(wěn)定性、減少超調(diào)，降低調(diào)整恢復(fù)時間、消除停水溫升等方面都收到較好的效果。相信自適應(yīng)控制技術(shù)在不久的將來會給行業(yè)帶來新一輪的技術(shù)變革。

參考文獻(xiàn)

[1]董寧.自適應(yīng)控制[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

〔編輯：白潔〕

摘 要：針對家用燃?xì)鉄崴鞯陌惭b、使用會面臨不同地域、不同氣候、不同溫度、不同壓力和外界環(huán)境突變等情況，提出一種全新的家用燃?xì)鉄崴鞯淖赃m應(yīng)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)能根據(jù)當(dāng)前的外界環(huán)境和條件的變化自動適應(yīng)，例如海拔高度、風(fēng)速、溫度、燃?xì)鈮毫蜌夥N等，并對電子控制系統(tǒng)作出調(diào)整，以滿足不同氣種、不同氣候、不同氣壓、外界環(huán)境和條件變化下對生活熱水的需求。

關(guān)鍵詞：家用；燃?xì)鉄崴?；控制系統(tǒng)；自適應(yīng)控制

中圖分類號：TS914.252 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0037-02

隨著技術(shù)的不斷成熟，燃?xì)鉄崴鳠o論在安全性、舒適性方面還是在環(huán)保節(jié)能方面雖然已取得了不小的進(jìn)展，但隨著人們生活水平的提高，現(xiàn)有功能及使用效果仍不能滿足人們對安全性、舒適性等方面提出的更高要求。

每年由于燃?xì)鉄崴魇褂貌划?dāng)引發(fā)的安全事故時有發(fā)生。在高海拔區(qū)域，燃?xì)鉄崴鞑荒苓m應(yīng)缺氧環(huán)境或達(dá)不到最佳的均衡燃燒狀態(tài)，產(chǎn)生大量的有害氣體CO，并損失一定的燃?xì)赓M用；在洗澡中途關(guān)水會造成停水溫升過高，停水溫升過熱的水放掉會造成一定的浪費，水壓和氣壓的變化會造成熱水水溫波動等，這些均對燃?xì)鉄崴骺刂萍夹g(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。

1 自適應(yīng)新技術(shù)的概述

在日常生活中，所謂“自適應(yīng)”是指生物能改變自己的習(xí)性，以適應(yīng)新環(huán)境的一種特征。因此，直觀地說，自適應(yīng)控制器具有能修正自己的特性，以適應(yīng)對象和擾動的動態(tài)特性的變化。

燃?xì)鉄崴鞯淖赃m應(yīng)新技術(shù)實際上就是機器自動適應(yīng)外界諸多不利于均衡燃燒或恒溫的環(huán)境，以安全控制為首要目的，追求、創(chuàng)造恒溫、舒適體驗的一種新技術(shù)。在其控制過程中仍然要對安裝、產(chǎn)品維護(hù)和節(jié)能環(huán)保等方面進(jìn)行綜合考慮。

自適應(yīng)控制理論為在普通家用燃?xì)鉄崴飨到y(tǒng)中引入一些新型傳感器提供了依據(jù)，例如：在燃?xì)夤艿郎弦雺毫鞲衅?，以檢測氣源壓力的波動；在燃燒或排煙系統(tǒng)中引入氣體傳感器，以控制燃燒；在配風(fēng)系統(tǒng)中引入風(fēng)量或風(fēng)速傳感器，以直接的數(shù)據(jù)定量指導(dǎo)配風(fēng)等。系統(tǒng)根據(jù)檢測到的實際水壓、燃?xì)鈿鈮褐?、溫度、海拔高度和氧含量等參?shù)，采用一些新的理論控制算法，比如自校正自適應(yīng)控制算法、無模型自適應(yīng)預(yù)測控制算法、多變量人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制算法等。新型傳感器和控制算法的引入必然會使燃?xì)鉄崴饕砸环N新的面目出現(xiàn)，在性能上體現(xiàn)出全新的控制指標(biāo)，不僅能滿足高標(biāo)準(zhǔn)的要求，在環(huán)保、節(jié)能、高效、舒適方面也會使人耳目一新。

2 自適應(yīng)系統(tǒng)控制方案設(shè)計

家用燃?xì)鉄崴髯赃m應(yīng)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)，除了要具備家用燃?xì)鉄崴鞯某Ｒ?guī)技術(shù)指標(biāo)外，還應(yīng)具有以下特殊的性能要求：①在熱水器工作過程中，水流量或燃?xì)鈮毫χ党霈F(xiàn)大幅度、快速波動，出水溫度超調(diào)應(yīng)在±2 ℃范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)誤差應(yīng)在±0.5 ℃范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)回復(fù)時間≤10 s。②熱水器燃燒應(yīng)始終保持燃?xì)馀c空氣的最佳配比，以達(dá)到均衡燃燒的狀態(tài)。使燃?xì)馊紵首畲蠡?，CO排放量應(yīng)滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.01%.③溫升速度快，開機后迅速達(dá)到設(shè)定溫度，調(diào)節(jié)時間≤10 s，無停水溫升。④系統(tǒng)有完備的安全保護(hù)措施，電路安全設(shè)計需滿足EN298的要求，工藝設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)、可靠、耐用，使用壽命應(yīng)在10年以上。⑤系統(tǒng)有氣種自動識別功能，并能按不同氣種系統(tǒng)自動調(diào)整參數(shù)，最終燃燒輸出效果相同。⑥系統(tǒng)顯示操作界面簡單，具有易操作性?？墒謩釉O(shè)定出水溫度，也可根據(jù)季節(jié)、入水溫度、室溫智能設(shè)定出水溫度，可切換和記憶。

采用以上方案，使用氧含量傳感器控制燃燒效率和CO的排放，并使用氧含量傳感器閉環(huán)控制配風(fēng)，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法實現(xiàn)熱水溫度調(diào)節(jié)，使用步進(jìn)調(diào)節(jié)混水閥進(jìn)行出水溫度的二次調(diào)節(jié)，使用熱電偶結(jié)合算法鑒別氣種。該方案對非線性快速擾動有很高的容錯能力，大大提高了響應(yīng)速度。根據(jù)每項輸出偏差梯度采用反向傳播算法，實時修改相應(yīng)輸入比例權(quán)重，最終達(dá)到模型參考的希望輸出值。以上控制方案在燃燒效率、煙氣排放、出水溫度穩(wěn)定性、減少超調(diào)、降低調(diào)整恢復(fù)時間、消除停水溫升等方面有較好的效果。

在以上方案中，主要有以下輸入量：水流量Lf、氧含量O2、氣種鑒別熱點偶R以及E0，EC0，E1，EC1。氣種鑒別熱電偶R用于鑒別氣種，以選擇不同的模型參考向量。軟件采用多輸入非線性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考自適應(yīng)控制算法，圖2所示的網(wǎng)絡(luò)模型為自適應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)建軟件設(shè)計框圖。

按神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)三層前饋網(wǎng)絡(luò)，選擇足夠多的隱層節(jié)點，得到的實際數(shù)據(jù)可以任意逼近于一個平滑的非線性函數(shù)，直到與所要逼近的非線性函數(shù)之間達(dá)到要求的精度。

3 結(jié)束語

通過使用自適應(yīng)新控制技術(shù)的燃?xì)鉄崴?，在燃燒效率、煙氣排放、出水溫度的穩(wěn)定性、減少超調(diào)，降低調(diào)整恢復(fù)時間、消除停水溫升等方面都收到較好的效果。相信自適應(yīng)控制技術(shù)在不久的將來會給行業(yè)帶來新一輪的技術(shù)變革。

參考文獻(xiàn)

[1]董寧.自適應(yīng)控制[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

〔編輯：白潔〕