分布式制冷控制系统节能优化控制问题的研究

【摘要】： 目前,我国经济增长迅速,能源问题越来越受到重视。在开发寻找新能源的同时,提高能源利用率已成为当前需要解决的热点问题。制冷行业是能源消耗较大的行业,在整个冷链中,超市食品冷藏制冷系统是其中重要的一环,因为大型超市承担了大部分食品冷链的终端零售任务。因此,如何对超市制冷系统进行优化设计,以在保证食品质量的前提下降低能耗,成为了重要的研究课题。本文主要研究了运用先进控制手段提高大型超市制冷系统运行中的节能问题。 本文首先分析了某大型超市冷柜制冷系统的结构,从系统控制的角度,综合考虑控制参数及干扰参数,如蒸发压力、冷凝压力、过热度及过冷度等对制冷系统运行工况点的影响。在用数学模型描述系统各部件,如压缩机、冷凝器和蒸发器的基础上,建立反映各部件的总体性能和相互间的传递关系的系统静、动态模型和控制模型。 根据制冷系统的运行特点,提出了超市制冷系统节能优化控制方案。在大型超市制冷系统中,回路中的被控参数的合理选取(如冷凝压力与蒸发压力)与能量的损耗有着直接的关系。因此,设计运用自适应模型预测优化控制,根据系统运行工况的变化在线调整静态工作点,优化控制回路的设定值,构成了控制系统外环的静态工作点优化层;内环是面向子系统的动态优化层,针对并联超市制冷系统运行中吸气压力波动较大而影响系统能耗的问题,提出了运用MPC控制方法抑制并联系统同步现象,通过解除子系统的同步控制,提高压缩机效率,节约能源。 并联超市制冷控制的难点是系统的输入量都是离散值,如压缩机启停,温度控制器阀门的开关。因此,超市制冷系统是一个混合系统,为了达到更好的控制效果,本文尝试用混合逻辑动态模型来表示这个混合系统,探讨了基于混合逻辑动态模型的并联超市制冷系统的MPC控制。 最后,为了表明优化控制方案的节能潜力,在MATLAB的SIMUlink环境中搭建了制冷系统数字仿真平台。把传统制冷系统定常工作点控制分别与最优冷凝压力控制比较;把传统吸气压力的死区PI控制与吸气压力模型预测控制比较。结果表明,工作点优化控制能使冷凝压力很好的跟随环境温度,使冷凝压力接近实际的最优冷凝压力,与常冷凝压力控制相比降低了能耗;而吸气压力模型预测控制与传统控制比较表明,模型预测控制使并联陈列柜中使吸气压力波动减小,压缩机电机运行效率提高,节约了能源,达到了较好的优化效果。 【关键词】：制冷系统 优化控制 模型预测控制 节能
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TB65
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 分布式制冷控制系统节能优化控制问题的研究意义14-16
• 1.2 分布式制冷控制系统国内外研究和应用现状16-20
• 1.2.1 分布式制冷控制系统仿真数学模型的研究现状16-18
• 1.2.2 分布式制冷控制系统控制方法的研究和应用现状18-20
• 1.3 本课题研究的主要内容及章节安排20-23
• 第二章 蒸汽压缩制冷循环原理和超市制冷系统结构23-38
• 2.1 蒸汽压缩制冷循环过程23-27
• 2.2 超市制冷控制系统27-32
• 2.2.1 制冷系统基本控制结构27-29
• 2.2.2 大型超市制冷系统控制结构29-32
• 2.3 超市制冷系统数学模型32-36
• 2.3.1 制冷系统各部件数学模型32-34
• 2.3.2 超市并联系统数学模型34-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第三章 大型超市制冷系统控制模型的建立38-45
• 3.1 超市制冷系统模型的线性化38-39
• 3.2 超市制冷控制系统状态变量和控制变量的选择39-42
• 3.3 超市并联制冷系统的控制模型42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 超市制冷系统节能优化控制方案设计45-59
• 4.1 制冷系统运行状态分析45-47
• 4.2 超市制冷系统的节能优化控制系统总体结构设计47-50
• 4.3 超市制冷系统的工作点优化控制50-53
• 4.4 超市制冷系统的动态优化控制53-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 超市制冷系统的工作点优化控制59-72
• 5.1 工作点优化目标规划及求解59-63
• 5.2 超市制冷系统工作点优化控制目标描述63-67
• 5.2.1 制冷系统能量最小工作点优化问题描述63-64
• 5.2.2 系统运行条件对优化问题的影响64-67
• 5.3 超市制冷系统冷凝压力优化控制67-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 超市制冷系统的动态优化控制72-84
• 6.1 超市制冷系统吸气压力的传统控制方法72-73
• 6.2 超市制冷系统吸气压力优化控制73-78
• 6.2.1 混合逻辑动态模型73-74
• 6.2.2 基于混合逻辑动态模型预测控制的超市制冷系统动态优化控制74-78
• 6.3 优化控制节能潜力分析78-83
• 6.4 本章小结83-84
• 第七章 超市制冷系统节能优化控制仿真实验84-100
• 7.1 超市制冷系统仿真平台的建立84-91
• 7.1.1 超市制冷系统各部件仿真模型84-90
• 7.1.2 超市制冷系统仿真平台90-91
• 7.2 超市制冷系统冷凝压力优化控制仿真91-94
• 7.3 超市制冷系统动态优化控制仿真94-98
• 7.4 本章小结98-100
• 第八章 总结与展望100-102
• 参考文献102-107
• 附录 A107-110
• 附录 B110-122
• 附录 C122-123
• 附录 D123-124
• 附录 E124-125
• 致谢125-126
• 攻读硕士期间发表的论文126

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