压缩式制冷机组变频控制策略的研究
发布时间：2021-08-26 13:56
近年来随着智能控制理论以及计算机和变频技术的飞速发展,众多学者对压缩式制冷系统展开深入研究。传统的压缩式制冷机组通常在固定的额定频率下运行,其制冷量是根据标准工况设计的,虽然可满足最大制冷量的需求,但不具备随工况和热负荷的变化动态调节制冷量的特性。对压缩式制冷机组采取随工况和热负荷变化而实时变频控制的策略,不仅能够节省能源而且能够大大的提高室内环境的舒适度。然而,压缩式制冷系统的特性较为复杂,建立精确的制冷系统模型更加困难,进而制约了大量依赖于模型的控制策略在压缩式制冷系统的广泛应用。为此,本文从压缩式制冷系统简单、高效的建模方法着手研究,进而探索压缩式制冷机组高效、稳定的变频控制策略。本文主要研究内容如下:首先,本文提出了一种压缩式制冷系统的双输入双输出的鲁棒建模方法。该方法以压缩机的频率和电子膨胀阀的开度为系统模型的输入量,以蒸发器的蒸发温度和蒸发器出口制冷剂的过热度为系统模型的输出量,基于单变量间一阶加纯滞后关系的假设前提,利用最小二乘法从实验数据中辨识模型未知参数,从而建立具有鲁棒性的双输入双输出的系统模型。辨识模型的实验数据来源于实验室中已搭建的压缩式制冷机组实验平台。系统模...
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
压缩式制冷系统图
山东建筑大学硕士学位论文-8-图2.2压缩式制冷系统主要部件耦合关系图由图2.2可以看出，制冷机组的主要部件之间存在耦合，可以简单的总结为：一个部件的输出作为另一个的部件的输入，影响着它的输出，而此时的输出又会作为前者的输入，对其输出产生影响。两个部件的输入参数和输出参数之间互相影响，存在耦合。正因为压缩式制冷机组的主要部件之间存在耦合关系。所以，在对压缩式制冷系统进行控制时，很难做到每个部件的动作只影响一个系统参数。在改变电子膨胀阀开度时，过热度会发生改变，但是，此时并不只有这一个参数发生了改变，蒸发温度也会随之改变，此时，为保障蒸发温度在系统允许的范围内，压缩机频率会进行适当调整。这也充分说明，压缩式制冷系统具有耦合特性。除此之外，外界因素与制冷系统之间也存在相互影响的关系，外界因素主要有室外环境温度和系统负荷。制冷系统负荷对蒸发器的换热性能产生影响，影响着制冷压力和制冷剂的质量流量，室外温度因素对换热器的性能产生影响，同时也影响着制冷剂的质量流量。2.2.3压缩式制冷系统滞后特性压缩式制冷系统具有滞后特性。图2.3描述了制冷机组中的制冷循环过程。制冷系统的滞后特性表现在当制冷机组中的某个部件发生改变时，相应的系统参数变化存在滞后性。以电子膨胀阀和压缩机的变化为例，具体说明如下：
山东建筑大学硕士学位论文-9-图2.3制冷机组循环示意图当电子膨胀阀开度改变时，压缩机的吸气量会立即发生变化，排气量未立刻发生改变。由于冷凝器、蒸发器分别与压缩机的排气管道、吸气管道相连接，所以压缩机的吸气量与排气量的变化必然引起蒸发压力与冷凝压力的改变。吸气量发生变化时，需要等待部分时间进行排气调节，才能达到新的平衡状态，由此可见冷凝压力的变化是滞后于蒸发压力的。当压缩机频率改变时，压缩机的进出口压力产生变化，必然引起蒸发压力与冷凝压力的改变。此时，电子膨胀阀的开度没有立即发生改变，导致电子膨胀阀两端的压力差改变，对蒸发压力和冷凝压力造成影响。所以，需要等待部分时间才能使得蒸发器和冷凝器中的压力维持平衡。2.3压缩式制冷系统控制问题分析传统压缩式制冷系统往往按照标准工况设计，制冷机组通常依据最大冷热负荷量选型。然而，系统实际运行中多数时间是在部分负荷下工作的，且运行中的工况也实时变化，导致运行效率不高。所以，为确保制冷系统在任何工况下都具有较高的运行效率，制冷系统中的可控部件需要随工况的变化实时调整。在本章2.2节中介绍了温度参数对制冷系统的影响，由此可知，对于压缩式制冷系统影响较大的是蒸发温度、过热度等温度参数，因此可以通过制冷系统的可控部件实现对各个温度参数的控制，以提高制冷系统的运行效率。本文设计的控制系统通过压缩机的频率控制蒸发温度eT，电子膨胀阀的开度控制蒸发器出口制冷剂的过热度shT，控制关系如图2.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于逆向解耦环节的制冷系统内模控制[J]. 尚羽佳,王春喜,卢铁林,柳晓菁. 中国仪器仪表. 2019(04)
[2]压缩式制冷系统双回路无模型控制方法[J]. 尚羽佳,王卫军,刘克冲. 仪器仪表标准化与计量. 2018(06)
[3]浅谈轨道车辆空调定频控制和变频控制[J]. 白东燕. 技术与市场. 2018(08)
[4]电子膨胀阀对蒸发器出口过热度的控制改进研究[J]. 黄俊锋,苏林,方奕栋,周国梁. 能源工程. 2018(03)
[5]模糊控制的应用现状与发展趋势[J]. 顾俊,张宇. 化工自动化及仪表. 2017(09)
[6]蒸发器出口过热度对汽车空调性能影响的实验研究[J]. 严瑞东,施骏业,陈江平. 制冷学报. 2014(03)
[7]模糊控制技术的现状及发展趋势[J]. 萧赞星,袁书生. 内江科技. 2014(01)
[8]变频压缩式制冷系统的内模解耦控制策略[J]. 张涵,吴爱国,杨硕,由玉文. 控制理论与应用. 2014(01)
[9]基于模糊神经网络的变频空调控制研究[J]. 王淑青,何年怀,余建群,张智泉. 软件导刊. 2010(09)
[10]基于移动边界模型的变频空调系统动态仿真[J]. 韩汉平,肖睿,何世辉,黄冲,青春耀,冯自平,肖洪海,马颖江. 流体机械. 2008(06)
博士论文
[1]制冷系统换热器建模与仿真方法研究[D]. 陈红.重庆大学 2006
硕士论文
[1]压缩式制冷机组变参数控制及工作点优化[D]. 李庚.天津大学 2016
[2]中央空调变频节能系统研究[D]. 姚遥.武汉理工大学 2015
[3]变频空调控制系统的设计与实现[D]. 李琴.武汉邮电科学研究院 2015
[4]基于模糊PID控制的中央空调水系统节能方法研究[D]. 王宇天.青岛理工大学 2014
[5]中央空调蒸气压缩式制冷机组自适应模糊控制应用研究[D]. 田虎辉.浙江大学 2014
[6]压缩式制冷系统的内模控制策略研究[D]. 张涵.天津大学 2014
[7]制冷机双回路节能控制方法的研究与实现[D]. 李兆博.天津大学 2012
[8]基于自调整比例因子模糊控制的抽油机节能控制系统研究[D]. 王德华.东北大学 2011
[9]智能变频空调模糊神经网络控制系统的设计与实现[D]. 王铁权.东北大学 2009
[10]基于模糊神经网络算法智能变频空调控制系统的研究[D]. 朱如春.苏州大学 2007
本文编号：3364364
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
压缩式制冷系统图
山东建筑大学硕士学位论文-8-图2.2压缩式制冷系统主要部件耦合关系图由图2.2可以看出，制冷机组的主要部件之间存在耦合，可以简单的总结为：一个部件的输出作为另一个的部件的输入，影响着它的输出，而此时的输出又会作为前者的输入，对其输出产生影响。两个部件的输入参数和输出参数之间互相影响，存在耦合。正因为压缩式制冷机组的主要部件之间存在耦合关系。所以，在对压缩式制冷系统进行控制时，很难做到每个部件的动作只影响一个系统参数。在改变电子膨胀阀开度时，过热度会发生改变，但是，此时并不只有这一个参数发生了改变，蒸发温度也会随之改变，此时，为保障蒸发温度在系统允许的范围内，压缩机频率会进行适当调整。这也充分说明，压缩式制冷系统具有耦合特性。除此之外，外界因素与制冷系统之间也存在相互影响的关系，外界因素主要有室外环境温度和系统负荷。制冷系统负荷对蒸发器的换热性能产生影响，影响着制冷压力和制冷剂的质量流量，室外温度因素对换热器的性能产生影响，同时也影响着制冷剂的质量流量。2.2.3压缩式制冷系统滞后特性压缩式制冷系统具有滞后特性。图2.3描述了制冷机组中的制冷循环过程。制冷系统的滞后特性表现在当制冷机组中的某个部件发生改变时，相应的系统参数变化存在滞后性。以电子膨胀阀和压缩机的变化为例，具体说明如下：
山东建筑大学硕士学位论文-9-图2.3制冷机组循环示意图当电子膨胀阀开度改变时，压缩机的吸气量会立即发生变化，排气量未立刻发生改变。由于冷凝器、蒸发器分别与压缩机的排气管道、吸气管道相连接，所以压缩机的吸气量与排气量的变化必然引起蒸发压力与冷凝压力的改变。吸气量发生变化时，需要等待部分时间进行排气调节，才能达到新的平衡状态，由此可见冷凝压力的变化是滞后于蒸发压力的。当压缩机频率改变时，压缩机的进出口压力产生变化，必然引起蒸发压力与冷凝压力的改变。此时，电子膨胀阀的开度没有立即发生改变，导致电子膨胀阀两端的压力差改变，对蒸发压力和冷凝压力造成影响。所以，需要等待部分时间才能使得蒸发器和冷凝器中的压力维持平衡。2.3压缩式制冷系统控制问题分析传统压缩式制冷系统往往按照标准工况设计，制冷机组通常依据最大冷热负荷量选型。然而，系统实际运行中多数时间是在部分负荷下工作的，且运行中的工况也实时变化，导致运行效率不高。所以，为确保制冷系统在任何工况下都具有较高的运行效率，制冷系统中的可控部件需要随工况的变化实时调整。在本章2.2节中介绍了温度参数对制冷系统的影响，由此可知，对于压缩式制冷系统影响较大的是蒸发温度、过热度等温度参数，因此可以通过制冷系统的可控部件实现对各个温度参数的控制，以提高制冷系统的运行效率。本文设计的控制系统通过压缩机的频率控制蒸发温度eT，电子膨胀阀的开度控制蒸发器出口制冷剂的过热度shT，控制关系如图2.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于逆向解耦环节的制冷系统内模控制[J]. 尚羽佳,王春喜,卢铁林,柳晓菁. 中国仪器仪表. 2019(04)
[2]压缩式制冷系统双回路无模型控制方法[J]. 尚羽佳,王卫军,刘克冲. 仪器仪表标准化与计量. 2018(06)
[3]浅谈轨道车辆空调定频控制和变频控制[J]. 白东燕. 技术与市场. 2018(08)
[4]电子膨胀阀对蒸发器出口过热度的控制改进研究[J]. 黄俊锋,苏林,方奕栋,周国梁. 能源工程. 2018(03)
[5]模糊控制的应用现状与发展趋势[J]. 顾俊,张宇. 化工自动化及仪表. 2017(09)
[6]蒸发器出口过热度对汽车空调性能影响的实验研究[J]. 严瑞东,施骏业,陈江平. 制冷学报. 2014(03)
[7]模糊控制技术的现状及发展趋势[J]. 萧赞星,袁书生. 内江科技. 2014(01)
[8]变频压缩式制冷系统的内模解耦控制策略[J]. 张涵,吴爱国,杨硕,由玉文. 控制理论与应用. 2014(01)
[9]基于模糊神经网络的变频空调控制研究[J]. 王淑青,何年怀,余建群,张智泉. 软件导刊. 2010(09)
[10]基于移动边界模型的变频空调系统动态仿真[J]. 韩汉平,肖睿,何世辉,黄冲,青春耀,冯自平,肖洪海,马颖江. 流体机械. 2008(06)
博士论文
[1]制冷系统换热器建模与仿真方法研究[D]. 陈红.重庆大学 2006
硕士论文
[1]压缩式制冷机组变参数控制及工作点优化[D]. 李庚.天津大学 2016
[2]中央空调变频节能系统研究[D]. 姚遥.武汉理工大学 2015
[3]变频空调控制系统的设计与实现[D]. 李琴.武汉邮电科学研究院 2015
[4]基于模糊PID控制的中央空调水系统节能方法研究[D]. 王宇天.青岛理工大学 2014
[5]中央空调蒸气压缩式制冷机组自适应模糊控制应用研究[D]. 田虎辉.浙江大学 2014
[6]压缩式制冷系统的内模控制策略研究[D]. 张涵.天津大学 2014
[7]制冷机双回路节能控制方法的研究与实现[D]. 李兆博.天津大学 2012
[8]基于自调整比例因子模糊控制的抽油机节能控制系统研究[D]. 王德华.东北大学 2011
[9]智能变频空调模糊神经网络控制系统的设计与实现[D]. 王铁权.东北大学 2009
[10]基于模糊神经网络算法智能变频空调控制系统的研究[D]. 朱如春.苏州大学 2007
本文编号：3364364
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