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独立式内燃机热泵系统及其控制特性实验研究

作　者: 徐振军
导　师: 杨昭
学　校: 天津大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 独立式内燃机热泵余热复合式空调智能控制实验研究
分类号: TU831
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 94次
引　用: 3次
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内容摘要

独立式内燃机热泵系统是在普通内燃机热泵系统上整合一套发电系统实现的,主要包含发动机子系统、热泵子系统、发电子系统、末端能量利用子系统和智能控制系统五个部分,是内燃机热泵的新的发展。内燃机驱动的独立式热泵能够产生冷、热、电,其电力能够满足自身用电,废热可以用来生产生活热水。本文的主要研究内容如下:(1)提出了新型内燃机热泵空调形式-余热复合式(独立式)燃气机热泵空调系统。该系统由一个核心的(独立式)燃气机热泵和房间一次换热器、二次换热器以及风机、水泵等一些附属设备组成。建立了包括房间墙壁传热模型、燃气机热泵模型、换热器模型、空气处理模型等数学模型,研究了余热复合式(独立式)燃气机热泵空调系统性能和节能特性。结果表明余热复合式(独立式)燃气机热泵空调系统能够较好的利用系统余热实现空调系统的节能高效运行。(2)独立式内燃机热泵系统控制特点包括多变量、非线性、强耦合、大延迟等。提出了神经网络非线性PID控制方法、多目标联合控制方法和PID神经元神经网络预测控制方法来控制本系统运行,并且针对这些方法做了仿真研究和实验研究。结果表明该系列智能控制方法不但具有结构简单,工作稳定,各参数物理意义明确和工程上易于实现等优点,又具有并行结构和学习记忆功能及任意函数逼近的能力,在不同工况下具有广泛的自适应性。(3)独立式内燃机热泵智能控制系统复杂,除了包括实现特定功能的控制算法和控制策略,还包括实现这些控制方法的硬件和软件系统。本文采用分级递阶智能控制策略将智能控制系统的软硬件有机的组织起来,形成一个协调多功能的智能控制系统。实验证明,本智能控制方式能够较为有效地控制独立式内燃机热泵系统。(4)搭建了独立式内燃机热泵系统及其智能控制系统样机,并进行了实验。实验包括内燃机驱动的独立式热泵系统特性和总体性能、各个控制方法效果和总体控制效果实验以及变末端水流量系统性能实验等。实验证明,本系统是一个绿色高效的能量利用系统,本智能控制系统能够较为有效的控制系统稳定、安全、高效的运行。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-20
  1.1 课题研究背景  9-12
    1.1.1 能源问题  9-11
    1.1.2 我国采暖及空调方式现状  11-12
  1.2 燃气机热泵在国内外的发展  12-17
    1.2.1 国外  12-14
    1.2.2 国内  14-15
    1.2.3 开展独立式内燃机热泵系统及其智能控制研究的意义  15-17
  1.3 本文研究的主要内容  17-18
  1.4 本章小节  18-20
第二章新型内燃机热泵系统数值计算及性能研究  20-41
  2.1 新型内燃机热泵系统工作流程  20-23
  2.2 新型内燃机驱动热泵空调系统数学描述  23-32
    2.2.1 空调房间墙体传热得热量  23
    2.2.2 压缩机数学模型  23-24
    2.2.3 电子膨胀阀数学模型  24
    2.2.4 换热器数学模型  24-29
    2.2.5 喷水室数学模型  29
    2.2.6 电加热器数学模型  29
    2.2.7 发电系统数学模型  29-30
    2.2.8 发动机数学模型  30-31
    2.2.9 余热回收数学模型  31
    2.2.10 复合式空调系统  31-32
  2.3 数值计算结果与讨论  32-40
    2.3.1 内燃机热泵与房间负荷能量平衡分析  32-33
    2.3.2 余热复合式内燃机热泵空调性能研究  33-35
    2.3.3 余热复合式内燃机热泵系统节能研究  35-36
    2.3.4 独立式内燃机热泵节能分析  36-39
    2.3.5 误差分析  39-40
  2.4 本章小结  40-41
第三章独立式内燃机热泵系统智能控制算法与仿真研究  41-57
  3.1 独立式内燃机热泵及其智能控制系统简述  41-42
  3.2 PID 神经元非线性预测控制  42-48
    3.2.1 PID 神经元控制  44-46
    3.2.2 灰色预测控制算法  46-48
  3.3 单神经元多目标联合模糊控制  48-51
  3.4 神经网络非线性PID 控制  51-53
  3.5 结果和讨论  53-56
  3.6 本章小结  56-57
第四章独立式内燃机热泵及其智能控制系统  57-76
  4.1 独立式内燃机热泵系统分级递阶智能控制  57-60
  4.2 分级递阶智能控制系统硬件部分  60-65
    4.2.1 可编程控制器  60-62
    4.2.2 系统传感器  62-64
    4.2.3 执行机构  64-65
    4.2.4 系统的硬件干扰分析  65
  4.3 分级递阶智能控制系统软件部分  65-69
    4.3.1 组态软件  65-66
    4.3.2 编程软件  66-68
    4.3.3 软件抗干扰  68-69
  4.4 独立式内燃机热泵系统  69-74
    4.4.1 发动机  72
    4.4.2 压缩机  72
    4.4.3 换热器  72-73
    4.4.4 节流机构  73-74
    4.4.5 模拟冷热源  74
    4.4.6 隔震、消音和降噪  74
    4.4.7 排放  74
  4.5 本章小结  74-76
第五章独立式内燃机热泵系统及其智能控制实验研究  76-91
  5.1 独立式内燃机热泵系统实验流程  76-78
  5.2 发动机转速稳定性实验  78-79
  5.3 电子膨胀阀控制实验  79-84
  5.4 主板换出水温度控制实验  84-85
  5.5 系统总体性能实验  85-88
  5.6 系统变末端水流量系统性能实验  88-90
  5.7 本章小结  90-91
第六章结论与建议  91-94
  6.1 结论  91-92
  6.2 本文的主要创新之处  92-93
  6.3 对后续工作的建议  93-94
参考文献  94-102
发表论文和科研情况说明  102-103
致谢  103

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