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模糊控制在中央空调变频节能及其末端房间的应用研究

作 者: 郑滨辉
导 师: 卢建刚
学 校: 浙江大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 中央空调 水泵 风机 变频 系统设计 软硬件实现 模糊变论域 末端房间 粒子群优化 PID 模糊PID
分类号: TB657.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


随着社会经济的快速发展,中央空调已经应用到了楼宇建筑物的方方面面。然而,目前国内的中央空调系统多采用定频控制,能源浪费非常严重。此外,中央空调系统是一个典型的多变量、非线性、时变系统,其控制难度较高。因此,研究先进控制策略应用于中央空调系统节能改造具有巨大的科研价值以及市场前景。本文针对中央空调的特点,设计了中央空调智能模糊控制策略,达到中央空调系统节能、高效运行的目的。本文的主要工作内容包括:1.实现了中央空调的系统参数设计,包括系统各器件额定换热量、功率、水管管路等参数;确立了中央空调各器件的厂家型号,订购了所需的各种设备以及软硬件;对中央空调系统进行了机械安装、电器安装、电器调试;完成了中央空调系统监控平台的软硬件设计,成功实现了基于OPC通信协议、力控组态软件以及MATLAB的监控系统,充分利用了MATLAB编写高级控制策略的优势。2.根据中央空调系统难以建模、时变性、回路多以及定频运行能耗大的特点,把中央空调系统分成了冷却水送水温度、冷冻水送水温度、冷却水温差、冷冻水温差、空气处理机组送风静压控制五个子模块。针对提出的各子模块,通过仿真与实验设计模糊变论域控制策略,成功实现了各子模块的控制,达到了冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵、压缩机、空气处理机组送风风机的变频节能运行。实际运行结果表明,相较与基本模糊控制、PID控制,模糊变论域控制能很好的应用于中央空调系统变频控制中,达到高效运行、节能降耗的目的。3.对房间温度进行了机理建模,并通过阶跃响应法辨识出了房间温度模型。利用PID控制、模糊变论域控制以及模糊PID控制对辨识出的模型进行控制器设计与仿真,同时应用于实际系统。实际运行结果表明,相较于其他控制策略,在上升时间基本一样的情况下,模糊PID控制的调节时间最短并且没有超调,能很好地应用于房间温度控制,提高了用户舒适度。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 引言  12
  1.2 课题研究的背景及意义  12-14
  1.3 国内外研究现状  14-15
  1.4 本文工作内容和结构安排  15-18
    1.4.1 本文主要工作内容  15-16
    1.4.2 本文结构安排  16-18
第二章 中央空调变频控制节能分析  18-30
  2.1 引言  18
  2.2 中央空调系统的工作原理  18-20
    2.2.1 逆卡诺循环  18-19
    2.2.2 中央空调工作流程  19-20
  2.3 中央空调变频节能的理论基础  20-21
    2.3.1 电机变频调速  20-21
    2.3.2 电机速度与能量的关系  21
  2.4 中央空调节能控制原理  21-23
  2.5 中央空调系统变频控制结构设计  23-28
    2.5.1 冷冻水温差控制结构  23-24
    2.5.2 冷却水温差控制结构  24-25
    2.5.3 冷却水送水温度控制结构  25
    2.5.4 冷冻水送水温度控制结构  25-26
    2.5.5 末端风机变频控制结构  26-27
    2.5.6 自适应模糊变频控制策略  27-28
  2.6 本章小结  28-30
第三章 中央空调系统设计软硬件实现  30-46
  3.1 引言  30
  3.2 中央空调系统设计及设备选型  30-32
    3.2.1 中央空调结构以及参数设计  30-31
    3.2.2 系统器件  31-32
  3.3 系统硬件实现  32-37
    3.3.1 硬件选型表  32-33
    3.3.2 工业控制计算机  33
    3.3.3 数据采集控制模块  33-34
    3.3.4 变频器  34
    3.3.5 通信协议以及硬件拓扑结构图  34-37
  3.4 系统的软件实现  37-44
    3.4.1 力控组态软件实现  37-41
    3.4.2 OPC通信协议  41-42
    3.4.3 MATLAB程序实现  42-44
  3.5 本章小结  44-46
第四章 中央空调系统模糊变论域控制器设计  46-70
  4.1 引言  46-47
  4.2 基本模糊控制器  47-51
    4.2.1 模糊数学基础  47-49
    4.2.2 基本模糊控制器结构  49-51
  4.3 中央空调变频模糊变论域控制器  51-53
  4.4 仿真结果  53-60
    4.4.1 冷却水送水温度模型的辨识  53-54
    4.4.2 PID控制仿真结果  54-56
    4.4.3 基本模糊控制器仿真结果  56-58
    4.4.4 模糊变论域控制仿真结果  58-60
  4.5 实际运行结果  60-67
    4.5.1 冷却水温差控制实际运行结果  60-63
    4.5.2 冷冻水温差控制实际运行结果  63-64
    4.5.3 冷冻水送水温度控制实际运行结果  64-65
    4.5.4 冷却水送水温度控制实际运行结果  65-66
    4.5.5 空气处理机组静压控制实际运行结果  66-67
  4.6 本章小结  67-70
第五章 中央空调末端房间温度模糊PID控制器设计  70-84
  5.1 引言  70
  5.2 末端房间温度建模以及模型的辨识  70-72
    5.2.1 房间建模  70-71
    5.2.2 模型辨识  71-72
  5.3 模糊PID控制器设计  72-76
    5.3.1 模糊PID控制器  72-73
    5.3.2 模糊PID控制器参数优化  73-76
  5.4 仿真结果  76-78
    5.4.1 PID仿真结果  76
    5.4.2 模糊变论域仿真结果  76
    5.4.3 模糊PID控制器仿真结果  76-78
    5.4.4 综合比较  78
  5.5 实际运行结果  78-81
  5.6 本章小结  81-84
第六章 总结和展望  84-86
  6.1 课题结论  84-85
  6.2 今后研究展望  85-86
参考文献  86-92
作者攻读硕士期间发表的论文及参与的项目  92-94
作者简介  94

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 制冷工程 > 制冷机械和设备 > 制冷设备 > 空调器
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