地源热泵优化控制系统研究

发布时间：2019-09-07 13:11

【摘要】：能源是国民经济发展的基础,地源热泵系统是一种节能、高效、环保的空调系统,是对可再生地热能资源的一种利用。面对当前日益严重的环境问题和能源危机,合理利用地热能资源是解决能源与环境问题的途径之一,而如何更高效利用地热能资源对地源热泵技术本质提升有着实际意义。本文针对国内地源热泵系统普遍采用定频水泵的现象,且南京某别墅月耗电量超过两千元这一实例,提出了通过加入先进控制算法,对传统定频地源热泵系统进行节能改造的方案,具体内容如下：首先针对搭建实际地源热泵系统耗资巨大等问题,在作出合理假设的前提下,设计了一款实验室用小型地源热泵系统用于节能改造的研究。接着将传统空调的变水流量方案应用于该实验系统。由于转速变水流量比阀门变水流量更为节能,本文采用转速变水流量系统。而很多实际过程控制系统中,串级控制结构比单回路控制结构拥有更高的控制品质,所以将串级控制结构应用于变水流量系统中。在确定变水流量系统串级结构后,运用MATLB系统辨识工具箱,辨识出流量环(副回路)与温差环(主回路)的模型。本文着重对流量环进行研究分析。然后对辨识出的流量环模型在不同控制算法下动态性能进行研究。由于传统PID控制有三个整定参数,控制效果往往难以满足工业上越来越高的需求。本文针对模型匹配与模型失配两种情况,提出了基于内模原理的PID(IMC-PID)控制方法。与传统PID控制方法进行了仿真对比,表明IMC-PID控制方法拥有更好的动态品质。由于地源热泵系统是一个强干扰系统,那么系统的抗干扰性能也是一个重要指标。传统PID控制的抗干扰性较差,本文研究提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的控制策略,该方法能够将扰动观测出来,并进行前馈补偿。仿真结果表明该方法提高了闭环系统的抗干扰性能。最后针对辨识出的温差环模型,比较了传统PID控制与IMC-PID控制下系统动态性能。仿真结果表明IMC-PID控制方法拥有更好的动态品质。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU83;TP273

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本文编号：2533039