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基于广义预测控制的变风量空调末端仿真与控制研究

作　者: 杨洪祥
导　师: 朱世宁
学　校: 北京工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 变风量空调末端热舒适指标 BP神经网络广义预测自校正算法仿真平台
分类号: TB657.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 138次
引　用: 3次
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内容摘要

目前,变风量(VAV,Variable-Air-Volume Air-condition System)空调系统以其巨大的节能潜力逐渐成为国内外空调系统的主流。但变风量(VAV)空调系统具有多变量、非线性、大延迟、时变等特点,传统的PI、PID等线性控制理论难以获得精确的数学模型,控制效果欠佳,影响了系统的节能和舒适性。同时,随着生活水平的提高,人们对室内热舒适度的要求也越来越高,而单纯以室内温度为被控参数的传统控制法(室内温度设定值恒定)显得过于粗糙,无法营造一个真正舒适的环境。针对上述问题,本文以变风量空调系统末端作为研究对象,设计了以热舒适指标为室内被控参数,广义预测自校正算法为控制算法的变风量空调末端控制系统。通过分析影响人体热舒适的因素,选择PMV指标作为舒适指标,采用舒适指标控制,使空调系统的作用点从室内空气转移到人体,提高了系统的舒适性,也有利于最大限度地发挥系统的节能潜力。针对VAV空调非线性、时变性等特点,在传统广义预测控制自校正方法的基础上,设计了时变遗忘因子参数估计的广义预测自校正控制器,该方法可以依据系统动态特性的变化自动调整遗忘因子,可及时修正模型误差、提高预测精度和保证控制效果。采用隐式算法求解输出量,减少了广义预测控制的计算量,便于实际工程应用。为验证以上设计的合理性,提高控制算法开发效率,本文设计了基于组态软件和Matlab的VAV末端实时在线仿真平台,在该平台上对基于热舒适指标的广义预测自校正控制方法进行仿真验证,仿真结果表明本文设计的控制方法能够满足人们的热舒适需求,有良好的控制性能,控制效果优于传统的PID恒温控制,并具有一定的节能效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题背景  8-10
  1.2 课题提出及研究意义  10
  1.3 国内外研究现状  10-12
  1.4 本文的主要研究内容  12-13
第2章变风量空调末端装置及末端建模  13-25
  2.1 变风量空调末端装置  13-15
    2.1.1 变风量空调末端控制装置分类  13-14
    2.1.2 压力无关性末端控制  14-15
  2.2 变风量空调末端模型  15-19
    2.2.1 空调房间温度和湿度模型  15-18
    2.2.2 末端装置模型  18-19
  2.3 Simulink 建模及模型验证  19-23
    2.3.1 房间温、湿模型建立  20-22
    2.3.2 VAV 末端系统模型建立  22-23
  2.4 本章小结  23-25
第3章空调房间热舒适指标控制研究  25-35
  3.1 热舒适概念  25-28
  3.2 PMV 指标预测器设计  28-31
    3.2.1 BP 神经网络原理  28-29
    3.2.2 BP 网络设计  29-30
    3.2.3 PMV 指标预测模型的训练与评价  30-31
  3.3 PMV 指标控制  31-34
  3.4 本章小结  34-35
第4章广义预测自校正控制  35-55
  4.1 预测控制基本原理  35-36
  4.2 广义预测基本算法  36-39
    4.2.1 预测模型  36-37
    4.2.2 滚动优化  37-39
    4.2.3 反馈校正  39
  4.3 广义预测自校正控制  39-48
    4.3.1 变遗忘因子的递推最小二乘法  39-45
    4.3.2 广义预测自校正控制  45-46
    4.3.3 自校正算法隐式求解  46-48
  4.4 广义预测控制方法的参数选择  48-50
  4.5 仿真研究  50-54
  4.6 本章小结  54-55
第5章 VAV 末端实时仿真平台设计与仿真分析  55-72
  5.1 总体设计方案  55-56
  5.2 基于 DDE 的仿真平台实现  56-62
    5.2.1 动态数据交换(DDE)概述  56-57
    5.2.2 Matlab 与组态软件通信设计  57-60
    5.2.3 控制软件与组态软件通信设计  60-61
    5.2.4 实时仿真设计  61-62
  5.3 基于仿真平台的 VAV 末端控制仿真验证与分析  62-70
    5.3.1 仿真平台搭建及控制算法编写  63-66
    5.3.2 仿真分析  66-70
  5.4 本章小结  70-72
结论  72-74
参考文献  74-77
附录 1 新陈代谢率及衣服热阻对照表  77-79
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  79-80
致谢  80

基于广义预测控制的变风量空调末端仿真与控制研究

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