智能建筑空调系统节能控制器研究与实现

【摘要】：空调耗能是当前智能建筑总耗能的一个重要的组成部分,为了保证空调房间的温度和相对湿度能够被控制在一定的精度以内,暖通工程师采用单变量回路控制的方法,这种方法在单个回路运行时会很好的运行,但是多个回路同时工作时,就会出现能量大量浪费的情况,因此对空调系统控制过程进行分析,降低系统的能耗,对空调系统的节能具有重大的意义。 本文针对两管制定风量空调系统做了初步的研究,结合暖通空调、传热学、控制理论等方面的知识,针对空调系统变露点控制方法中存在温度和相对湿度之间的耦合作用,提出了相应的解耦方案和控制策略。 采用机理建模的方法,建立了定风量空调系统各个控制元件的数学模型;提出了通过控制系统的绝对湿度这个中间变量来间接达到控制系统的相对湿度的目的,从而将温度和相对湿度之间的耦合问题转化为温度和绝对湿度之间的耦合关系;对转化后的温度和绝对湿度的传递函数矩阵采用前馈解耦的方法进行了解耦设计;采用传统的PID控制和模糊控制相结合的方法,设计解耦后的系统的控制器,建立了输入变量和输出变量的隶属度函数以及相应的控制规则;在Matlab的Simulink环境下搭建传统的定风量空调系统的控制模型、解耦后使用传统PID控制器控制的定风量空调系统的控制模型、解耦后使用Fuzzy-PID控制器控制的定风量空调系统的控制模型,并对它们进行相应的仿真分析;提出将系统消耗的电能和冷量作为系统的节能指标,并在这个节能指标下,对三个系统的能耗进行的分析。最终的结果表明解耦后使用Fuzzy-PID控制器控制的定风量空调系统消耗的能量比传统的定风量空调系统要少。验证了采用解耦控制和模糊PID控制可以实现系统节能的准确性。 【关键词】：定风量空调系统 温湿度解耦 自适应 Fuzzy-PID控制器 节能
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273;TU831
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 研究背景和意义7-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.3 本课题研究的主要内容和解决的问题12-15
• 第二章 定风量空调温湿度控制系统数学模型15-31
• 2.1 定风量空调系统描述15-17
• 2.1.1 定风量空调系统的结构15-16
• 2.1.2 定风量空调系统的功能16-17
• 2.2 系统数学建模的分类17-18
• 2.3 定风量空调温湿度控制系统的机理建模18-27
• 2.3.1 定风量空调系统房间的数学模型18-23
• 2.3.2 电加热器的数学模型23-26
• 2.3.3 盘管的数学模型26-27
• 2.4 定风量空调系统的传递函数矩阵27-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 定风量空调温湿度控制系统的解耦设计31-42
• 3.1 线性多变量过程控制系统的解耦方案分析和比较31-39
• 3.1.1 线性多变量过程控制系统的解耦原理31-38
• 3.1.2 线性多变量过程控制系统解耦的方案和比较38-39
• 3.2 定风量空调温湿度控制系统解耦设计39-41
• 3.2.1 绝对湿度控制的解耦设计39-40
• 3.2.2 前馈解耦控制器的设计40-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 自适应Fuzzy-PID 控制器的设计42-58
• 4.1 PID 控制器的基本结构42-43
• 4.2 模糊控制的理论基础43-44
• 4.3 自适应Fuzzy-PID 控制器的设计44-57
• 4.3.1 自适应Fuzzy-PID 控制器的结构45
• 4.3.2 精确量的模糊化45-52
• 4.3.3 自适应Fuzzy-PID 控制器的规则表52-54
• 4.3.4 模糊推理54
• 4.3.5 模糊精确化54-55
• 4.3.6 在线自适应Fuzzy-PID 控制器的工作流程55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 定风量空调系统自适应模糊控制的仿真分析58-66
• 5.1 传统的定风量空调温湿度控制系统的仿真分析58-60
• 5.2 解耦后定风量空调温湿度控制系统的仿真分析60-63
• 5.2.1 使用传统的PID 控制器解耦后的定风量空调系统仿真60-61
• 5.2.2 使用自适应Fuzzy-PID 控制器解耦后的定风量空调系统仿真61-63
• 5.3 节能指标63-64
• 5.4 两种空调系统的节能比较64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66
• 6.2 展望66-68
• 参考文献68-72
• 发表论文和参加科研情况说明72-73
• 致谢73

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