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建筑空调系统混合仿真实验台的开发与应用

作　者: 张文彬
导　师: 晋欣桥
学　校: 上海交通大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 半实物混合仿真 TRNSYS LABVIEW 控制器实验台开发与应用
分类号: TU831.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着世界经济水平的不断发展,人们对空调系统提出了更高的要求,如今的空调系统在提供良好的室内环境同时还需要着重考虑环保与节能。现代空调系统日益复杂,自控系统也跟着不断完善,从优化控制策略上来满足这些要求已经成为了一个主流。建筑空调系统优化控制策略的研究中,往往需要实验研究并分析验证优化控制策略的效果和可行性。鉴于建筑空调系统的复杂性和多样性,对于实际建筑空调系统的实验是很难实现的,即使可能也是非常不经济的。仿真系统由严格的数学模型组成,无需采用实际系统的任何部件,所以费用低廉。然而实际系统中有些子系统的特性由于太过复杂很难建立数学模型,即使经过简化建立了相应的数学模型,但与实际系统相比,就存在着一定的偏差。随着虚拟仪器技术的快速发展,可以通过利用半实物混合仿真技术将这一部分实体直接接入仿真系统,用以取代相应部分的数学模型,这样不仅减少建模可能产生的误差,而且更加符合实际情况。本文在TRNSYS仿真平台的基础上,使用MATLAB、LABVIEW软件以及数模、模数转换器等混合仿真技术,将实物控制器无缝的接入TRNSYS仿真系统中,设计并实现了实物控制器与TRNSYS数字仿真模块相结合的混合仿真。由于MATLAB、LABVIEW以及实物控制器的加入,混合仿真试验台具备了TNRSYS软件平台所没有的自定义图形化控制界面、快速建模以及实时在线控制功能。本文的主要内容如下:1)对基于TRNSYS的建筑空调系统模型进行了分析。针对TRNSYS存在的缺点,研究并提出了混合仿真实验台的方案,并对实验台的功能和系统进行了设计。2)从系统、软件和硬件的角度详细的介绍了混合仿真试验台的开发过程,并着重介绍了COM、TCP/IP、Modbus、数模、模数转换等技术重点。3)为了验证混合仿真实验台的整体性能,对混合仿真实验台进行了软、硬件测试以及系统整体调试。4)针对混合仿真实验台的应用特点,通过新型控制器的设计和开发以及建筑空调系统故障诊断的分析实验,验证了混合仿真实验台的实用性。测试结果和应用实验表明,混合仿真实验台的功能达到了设计的要求,运行可靠稳定,系统误差较小,能够很好的完成新型控制器的开发和设计验证、实物控制器的性能测试、以及故障诊断分析验证等研究工作。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
符号说明  9-10
第一章绪论  10-16
  1.1 研究的意义和背景  10-11
  1.2 楼宇空调控制系统的发展与演化  11-13
  1.3 半实物混合仿真技术及其发展现状  13-14
    1.3.1 半实物混合仿真技术  13-14
    1.3.2 半实物混合仿真的发展与现状  14
  1.4 本文研究的主要内容  14-16
第二章混合仿真实验台的设计与开发  16-40
  2.1 基于TRNSYS 的建筑空调仿真平台系统  16-20
    2.1.1 TRNSYS 软件平台  16-17
    2.1.2 基于TRNSYS 的建筑空调系统模型  17-20
  2.2 混合仿真实验台的功能设计  20-21
  2.3 混合仿真实验台的系统设计  21-23
  2.4 混合仿真实验台的软件平台  23-26
    2.4.1 LABVIEW  24-25
    2.4.2 MATLAB  25-26
  2.5 混合仿真实验台的软件设计与开发  26-32
    2.5.1 基于TRNSYS 的软件开发  26-28
    2.5.2 MATLAB 软件开发  28-30
    2.5.3 LABVIEW 软件开发  30-32
  2.6 混合仿真实验台的硬件设计与开发  32-37
    2.6.1 电源系统  33-34
    2.6.2 信号传输系统  34-36
    2.6.3 PLC 控制系统  36-37
  2.7 混合仿真实验台整体结构  37-40
第三章混合仿真实验台部件测试与整体调试  40-55
  3.1 混合仿真实验台的软件测试  40-44
  3.2 混合仿真实验台的硬件系统测试  44-50
    3.2.1 测试1：D/A 和PID 控制器Modbus 通讯的联合测试  44-47
    3.2.2 测试2：模拟量信号采集误差测试  47-50
  3.3 混合仿真实验台系统的整体调试  50-55
    3.3.1 测试1：混合仿真和纯数字仿真比较  51-53
    3.3.2 测试2：在仿真条件不变的情况下混合仿真重复试验  53-55
第四章基于混合仿真实验台的应用  55-66
  4.1 混合仿真实验台的应用领域  55-56
  4.2 基于混合仿真实验台的新型控制器的设计和开发  56-61
    4.2.1 模糊PID 自适应控制模型构建  57
    4.2.2 模糊PID 控制器设计  57-58
    4.2.3 参数整定规则的确定及模糊推理  58-59
    4.2.4 PID 参数的自适应调节  59-60
    4.2.5 混合仿真的实验结果  60-61
  4.3 建筑空调系统故障诊断应用实验  61-66
    4.3.1 RBF 神经网络  62-63
    4.3.2 RBF 神经网络构建  63
    4.3.3 RBF 神经网络故障诊断  63-66
第五章结论与展望  66-68
  5.1 结论  66-67
  5.2 展望  67-68
参考文献  68-73
致谢  73-74
攻读硕士期间发表的论文  74-77
答辩决议书  77

建筑空调系统混合仿真实验台的开发与应用

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