模糊控制在中央空调变频节能及其末端房间的应用研究

【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。 【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
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273.4;TB657.2
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 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 中央空调系统设计及软硬件实现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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