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供热系统的滑模预测控制研究

作　者: 田晓曦
导　师: 朱栋华
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 供热系统预测控制滑模控制多粒子群辨识稳定性
分类号: TU995
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前集中供热已经成为了我国北方地区冬季供暖的一种主要方式,其热能耗费巨大在供热系统运行的过程中,如何通过对供热系统的有效控制,使得供热系统能在保证优质供热的同时也可以节约能源日渐成为急需解决的重要问题。我国大多数地区的集中供热系统的管理、运行、控制等技术尚不成熟,由于供热过程有着非线性、时滞、时变、不确定等特点,不但建立数学模型的准确度难以保障,而且利用传统的控制方法也很难适应这些复杂多样的情况。依靠工人师傅的经验数据进行调节,既缺乏科学性,自动化水平又低,小区的供热情况普遍达不到控制要求。在供热公司热源、换热站、管网和住户组成的供暖系统中,换热站是最为关键的环节。基于这种现状,本文以沈阳市某小区换热站为主要研究对象,为满足小区住户的供热需求,同时满足住户室内温度达标要求。在换热站的自动控制系统中,选择一次网流量作为控制量,二次网回水温度作为被控制对象,最终目的是使二次网达到理想的供热温度。精准的数学模型是供热系统分析和控制的重要依据。本文通过机理分析的方法首先确定系统类别,然后测取热力站现场的供热数据,最后运用多粒子群辨识的方法确定了供热系统的具体数学模型,为供热系统预测控制的研究提供了数学基础。并且通过仿真,证明了该建模方法对供暖系统辨识能够较好的满足应用需求。目前对换热站的控制大部分还足使用系统的PID方法,但其控制效果并非很好,因为PID控制通常应用在线性系统中,而供热系统是一个非常复杂的被控对象,系统本身具有非线性；受到外部干扰后,经常呈现出时变性,通过滑模控制与预测控制算法相结合的方法不但解决了预测控制中难以保证稳定性这一问题而且减少了单纯的滑模控制所造成的控制器的抖振问题,并且通过仿真,证明了该方法对供热系统的控制能够发挥较好的作用,而且具有良好的跟踪效果和鲁棒性。在外部的干扰下,曲线没有太大的波动。而利用PID控制在干扰下,则出现了较大的超调量,并且调节时间较长,所以再次证明了滑模预测控制的优越性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-21
  1.1 课题背景及研究的背景和意义  11
  1.2 国内外发展现状  11-20
    1.2.1 系统辨识的发展现状  11-12
    1.2.2 预测控制发展现状  12-19
    1.2.3 滑模变结构控制发展现状  19-20
  1.3 本论文的主要研究内容和结构  20-21
第二章算法介绍  21-31
  2.1 系统辨识的基本原理  21-23
    2.1.1 系统辨识  21
    2.1.2 非线性系统辨识  21-22
    2.1.3 基于粒子群的非线性系统辨识  22-23
  2.2 预测控制的基本原理  23-28
    2.2.1 预测控制系统结构  23-24
    2.2.2 预测模型  24-25
    2.2.3 滚动优化  25-26
    2.2.4 反馈校正  26-28
  2.3 滑模变结构控制的原理  28-31
    2.3.1 滑模变结构控制目的  28-29
    2.3.2 滑动模态的数学描述  29-30
    2.3.3 滑动模态的到达条件  30-31
第三章控制系统建模  31-41
  3.1 实验背景  31
  3.2 机理建模  31-33
    3.2.1 一二次侧热交换器建模  31-32
    3.2.2 供热管网的数学模型  32
    3.2.3 用户散热器动态模型  32-33
    3.2.4 用户室内动态模型  33
    3.2.5 最终系统模型  33
  3.3 参数辨识  33-39
    3.3.1 数据的采集  33
    3.3.2 多粒子群辨识算法  33-36
    3.3.3 算法步骤  36-38
    3.3.4 辨识结果  38-39
  3.4 实验验证  39-41
    3.4.1 仿真结果  39
    3.4.2 系统辨识结论  39-41
第四章供热系统的滑模预测控制  41-47
  4.1 控制方法研究  41-44
  4.2 仿真研究  44-45
  4.3 结论  45-47
第五章结论  47-49
参考文献  49-53
作者简介  53
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  53-55
致谢  55

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