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中央空调节能控制系统的设计与开发

作　者: 李晓宇
导　师: 董辉
学　校: 浙江工业大学
专　业: 控制工程
关键词: 中央空调 预测控制 神经网络 RS485 Modbus
分类号: TB657.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


中央空调已成为建筑体系内的能耗大户,有数据表明,中央空调与整个建筑的能耗比已达到40%～70%。因此中央空调系统的节能改造已成为当今社会所必须面对的一个问题。传统的负荷估算法是中央空调系统设计普遍采用的方法,通常按照最大负荷的需求进行设计,而且系统流量并不能调节,致使中央空调系统能耗居高不下,造成不必要的能源浪费。针对中央空调系统的高能耗问题,论文分别从中央空调系统的组成和原理两个方面,分析了中央空调系统的能耗组成,论证了系统采用变流量运行的可行性和优势,并对变频改造的技术原理和节能控制方法进行了分析和比较。论文分别从冷冻水系统,风机盘管系统,冷却水系统和冷却塔风机系统特点出发,提出了合理的节能改造方案。论文分别从中央空调主控板和线控板两方面着手,详述了节能控制系统的硬件实现方案以及控制系统的原理图和接线图的设计,构建了基于嵌入式微控制器STM32的中央空调节能控制系统,对各个系统采用了变频调速实现变流量节能控制。论文采用总分的手法详细描述了控制系统软件的设计。其中包括模块控制板程序和手操器控制程序。模块机程序主要实现信号采集,逻辑控制和节能控制策略;手操器控制程序主要完成人机交互,并完成各个模块机的协调工作等功能。模块机和手操器之间通过基于Modbus协议的RS485总线进行通信。针对中央空调水系统大滞后的特性和非线性,论文将预测控制与人工神经网络结合起来实现对中央空调的节能控制。分别从预测模型、反馈校正和滚动优化三个方面详述了神经网络预测控制器的设计过程。并在Matlab上对该算法进行仿真验证,通过和传统的PID控制对比,得到了良好的控制效果和动态特性。最后给出了该算法在微控制器上实现的方法和步骤。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第1章 绪论  10-14
  1.1 研究目的与意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 本文研究内容  12-14
第2章 中央空调节能分析  14-24
  2.1 中央空调简介  14
  2.2 中央空调工作原理  14-17
    2.2.1 中央空调的结构组成  14-15
    2.2.2 中央空调的原理过程  15-17
  2.3 中央空调节能分析  17-24
    2.3.1 中央空调能耗分析  17-18
    2.3.2 变频节能分析  18
    2.3.3 冷冻水系统变流量节能分析  18-20
    2.3.4 冷却水系统变流量节能分析  20-22
    2.3.5 风机盘管系统变流量节能分析  22-24
第3章 中央空调控制系统的整体设计  24-40
  3.1 整体框架设计  24-26
    3.1.1 控制方案设计  24
    3.1.2 控制系统框架设计  24-26
  3.2 硬件电路设计  26-33
    3.2.1 模块控制板硬件设计  26-31
    3.2.2 线控板硬件设计  31-33
  3.3 软件设计  33-40
    3.3.1 主程序设计  33-34
    3.3.2 机组控制子程序设计  34-35
    3.3.3 温度数据采集子程序设计  35-36
    3.3.4 通信子程序设计  36-38
    3.3.5 数据存储子程序设计  38-40
第4章 神经网络预测控制算法设计  40-56
  4.1 预测控制  40-43
  4.2 神经网络理论基础  43-52
    4.2.1 神经网络的发展历程  43-44
    4.2.2 神经元模型  44-46
    4.2.3 神经网络的训练  46-47
    4.2.4 典型的神经网络模型和算法  47-52
  4.3 神经网络预测控制器的设计  52-56
    4.3.1 神经网络预测控制的结构  52-53
    4.3.2 预测模型设计  53-54
    4.3.3 反馈校正设计  54
    4.3.4 滚动优化设计  54-56
第5章 中央空调控制系统的仿真与调试  56-63
  5.1 中央空调神经网络预测控制算法的仿真研究  56-60
  5.2 中央空调控制系统的调试  60-63
第6章 总结与展望  63-64
  6.1 总结  63
  6.2 展望  63-64
参考文献  64-66
附录  66-67
致谢  67-68
攻读学位期间参加的科研项目和成果  68

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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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