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模式识别自适应控制器（PRAC）应用研究

作　者: 秦杰
导　师: 任庆昌
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 暖通空调(HVAC)系统遗传算法自适应模式识别 PI型控制器
分类号: TM571.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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引　用: 7次
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内容摘要

在建筑物中,暖通空调(HVAC)设备的目的是给业主提供安全舒适的环境。与此同时,业主和管理人员希望HVAC设备能具有低的管理和维护费用。对HVAC系统来说,既要保持安全舒适的环境,又要节省能源,那么高质量的控制方法就很重要。在HVAC控制系统中,普遍使用比例积分控制器(PI),比例积分控制器有两个影响控制器性能的参数,并且控制器使用自带的默认参数。对有些系统来说默认参数并不适合,会导致控制性能的下降。注意到HVAC系统具有非线性、时变和经常性的负荷变化等情况,经过运行后,系统还需要重新调节。本论文对一种基于模式识别的自适应在线调节PI控制器参数的算法(PRAC)进行研究,这种控制算法通过识别闭环响应来确定PI控制器参数,适应被控对象的变化。该算法适用于一阶带延迟类系统PI控制器的在线自动调节,在国外进口产品中已有应用(例如江森公司的变风量末端DDC控制),但目前处于专利保护阶段,技术上不公开。本文探讨了PRAC的具体实现方法和性能分析,并用变风量(VAV)空调送风管道的静压控制进行了验证。仿真和实验结果表明,这种算法对一定噪声水平范围的系统可以提供近似最优的性能,和常规PI型控制器以及用遗传算法一次性整定的最优控制器比较,可以很好的适应控制对象特性的变化以及工况条件的变化。

全文目录

1 绪论  7-13
  1.1 暖通空调(HVAC)系统中DDC控制的应用现状及存在问题  7-9
    1.1.1 暖通空调(HVAC)系统自动控制及其特点  7-8
    1.1.2 直接数字控制系统(DDC)在HVAC中的应用现状及存在问题  8-9
    1.1.3 解决方法  9
  1.2 自适应控制技术在HVAC系统中的应用  9-10
    1.2.1 自适应控制技术的特点  9-10
    1.2.2 自适应控制技术在HVAC系统中的应用  10
  1.3 课题的背景、研究目的和意义  10-11
  1.4 本课题研究的主要内容和要解决的问题  11-13
2 用遗传算法对PID型控制器参数优化的研究  13-35
  2.1 PI型控制器参数整定方法  13-22
    2.1.1 经典整定方法  15
    2.1.2 最优整定方法  15-16
    2.1.3 工程整定方法  16-22
  2.2 用遗传算法优化PI型控制器参数  22-28
    2.2.1 遗传算法概要  22-24
    2.2.2 遗传算法基本操作  24
    2.2.3 遗传算法的应用步骤  24-25
    2.2.4 遗传算法在优化PI型控制器参数中的应用  25-28
  2.3 PI型控制器仿真研究  28-34
    2.3.1 PI型控制器设定值改变的仿真研究  29-31
    2.3.2 PI型控制器负荷扰动的仿真研究  31-34
  2.4 小结  34-35
3 模式识别自适应控制器(PRAC)仿真研究  35-57
  3.1 模式识别和自适应概述  35-37
    3.1.1 模式识别理论  35-36
    3.1.2 自适应控制技术  36-37
  3.2 模式识别自适应控制器  37-45
    3.2.1 概述  37-39
    3.2.2 闭环响应的识别  39-41
    3.2.3 自适应机构  41-42
    3.2.4 模式识别自适应控制器(PRAC)执行过程  42-45
  3.3 模式识别自适应控制器仿真研究  45-57
    3.3.1 Matlab/Simulink仿真环境  45
    3.3.2 S-function工作过程  45-48
    3.3.3 C语言S函数的调试  48-49
    3.3.4 用S-function实现模式识别自适应控制器  49-51
    3.3.5 模式识别自适应控制器仿真研究及分析  51-57
4 模式识别控制器的实验研究  57-81
  4.1 用Lonworks技术实现变风量空调机组侧控制系统  57-63
    4.1.1 现场总线概述  57
    4.1.2 Lonworks技术概述  57-58
    4.1.3 LonPoint  58-59
    4.1.4 Lonmaker for windows集成工具  59-60
    4.1.5 LNS DDE SERVER  60-61
    4.1.6 PCLTA-20 PCI LonTalk适配器  61-62
    4.1.7 建立变风量空调机组侧控制网络  62-63
  4.2 用LNS DDE服务器和Matlab计算引擎建立控制算法实验平台  63-66
    4.2.1 Matlab软件包中的DDE  63-64
    4.2.2 Matlab DDE和LNS DDE服务器的连接  64-65
    4.2.3 控制算法的执行过程  65-66
  4.3 变频风机——风道静压回路建模  66-70
    4.3.1 系统辨识技术及应用  66
    4.3.2 实验信号设计  66-68
    4.3.3 变频风机——风道静压回路建模仿真研究  68-70
  4.4 模式识别自适应控制器(PRAC)在变频风机厂—风道静压控制回路中的应用  70-81
    4.4.1 模式识别自适应控制器的执行过程  70-73
    4.4.2 实验结果及分析  73-81
5 论文总结  81-82
  5.1 论文工作总结  81
  5.2 进一步的研究和开发工作  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-87
附录1 图表索引  87-89
附录2 软件文档(另册装订)  89

模式识别自适应控制器（PRAC）应用研究

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