制冷机双回路节能控制方法的研究与实现

【摘要】：建筑能耗占社会用电总量的30%，中央空调系统能耗占大型建筑能耗总量的60%。因此，制冷系统节能是建筑节能的重要环节。目前的中央空调制冷系统中压缩机额定频率运行，制冷量恒定。但系统的负荷是不断变化的，这就使得系统长时间运行于非额定负荷，产生多余的冷量浪费。因此，研究如何通过控制使得系统制冷量与用户负荷相匹配，具有很大的经济效益和社会效益。 首先，本文介绍了制冷系统实验平台，对制冷系统的特性和耦合关系进行分析，对制冷系统高阶动态模型仿真，仿真结果与实验数据对比验证了模型的正确性。分析了几种典型空调控制方法的优势和不足。同时，本文针对非额定工况下制冷系统的冷量浪费的问题，提出基于恒定蒸发温度和最小稳定过热度的双回路控制方案，给出了实验测得最小稳定过热度方法。双回路控制实验结果证明此方案节能效果显著。 其次，针对模型精确性要求的限制，提出改进史密斯预估控制，仿真结果表明在模型纯滞后参数存在偏差或时变情况下改进史密斯预估控制控制性能较好。其次，将史密斯预估控制推广到多输入多输出系统。针对制冷系统双输入双输出纯滞后耦合模型进行了史密斯预估控制仿真。与常规PID相比，系统动态性能改善。最后，采用对角阵解耦消除辨识模型中耦合关系，理论上提高了系统动态性能，实际应用存在一定限制。同时，针对制冷系统高阶动态模型的复杂性，将无模型控制引入到制冷系统。将单回路无模型控制律设计的方法推广到多回路系统，给出了双输入双输出系统控制律设计过程。针对制冷系统双回路辨识模型进行了无模型控制仿真验证。 最后，自主开发一款基于ARM（LM3S8970）的中央空调控制器，完成了原理图设计和硬件PCB设计，包括10路带隔离数字量输入、10路带隔离数字量输出、16路带隔离模拟量输入、8路带隔离模拟量输出、1路串口、2路CAN、以太网。同时，进行了底层通信驱动程序的开发，根据双闭环控制方案，采用C语言编写了功能程序。实际应用于制冷系统平台控制中，证明该控制器运行稳定可靠。 【关键词】：压缩机变频 最小过热度 史密斯预估 无模型 中央空调控制器
【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】：TB651
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 背景8
• 1.2 压缩式制冷系统原理8-12
• 1.2.1 基本定律9-10
• 1.2.2 制冷循环10-12
• 1.3 制冷系统控制理论发展12-13
• 1.4 论文研究的主要内容13-14
• 第二章 压缩式制冷系统特性分析和模型仿真14-27
• 2.1 实验平台14-17
• 2.2 压缩式制冷系统的特性分析17-18
• 2.3 压缩式制冷系统高阶动态机理模型18-26
• 2.3.1 制冷机组模型19-23
• 2.3.2 冷冻水和冷却水系统模型23
• 2.3.3 系统整体模型分析23-25
• 2.3.4 制冷系统模型的仿真和确认25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 制冷机组双回路节能控制方案27-35
• 3.1 双回路节能控制方案27-28
• 3.2 最小稳定过热度的机理分析及实验获取28-30
• 3.3 双回路节能控制实验结果30-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 多输入多输出史密斯预估控制35-46
• 4.1 常规史密斯预估控制35-37
• 4.2 改进史密斯预估控制37-38
• 4.3 改进与常规史密斯预估控制对比38-40
• 4.4 双输入双输出史密斯预估控制40-41
• 4.5 仿真结果41-45
• 4.6 本章小结45-46
• 第五章 多输入多输出无模型控制46-53
• 5.1 单输入单输出无模型控制及仿真46-49
• 5.2 双输入双输出无模型控制理论推导49-52
• 5.3 本章小结52-53
• 第六章 中央空调控制器的软硬件设计53-67
• 6.1 中央空调控制器硬件设计53-59
• 6.2 中央空调控制器软件设计59-66
• 6.2.1 主程序流程设计60-61
• 6.2.2 设备驱动软件设计61-64
• 6.2.3 功能子程序流程设计64-66
• 6.3 本章小结66-67
• 第七章 总结与展望67-69
• 7.1 主要研究结论67-68
• 7.2 进一步工作68-69
• 参考文献69-73
• 发表论文和参加科研情况说明73-74
• 致谢74

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