中央空调蒸发器建模与控制研究
本文关键词：中央空调蒸发器建模与控制研究
【摘要】：本文以中央空调水冷制冷机蒸发器为研究对象,阐述了中央空调水冷制冷机蒸发器建模及控制方法的发展现状,具体分析了中央空调水冷制冷机蒸气压缩式制冷循环过程和蒸发器的工作原理。中央空调系统具有高阶次、非线性、强耦合、大滞后等自身特点。首先,建立中央空调蒸发器的机理模型。基于一维的纳维-斯托克斯方程中的质量守恒、能量守恒定律,采用移动边界法和集中建模法,建立非线性状态空间模型。在此基础上采用在工作点对状态矩阵进行一阶泰勒展开的方法,对模型做线性化处理。为了将模型适当的简化,将蒸发器模型进行降阶,用最能表征中央空调系统蒸发器的三个关键变量来描述蒸发器,分别为:蒸发压力、制冷剂两相区长度、制冷剂过热区管壁温度。然后将三阶的状态空间模型化为标准型。其次,设计并构造直接型模糊自适应控制器及其自适应律。针对本文所建立的蒸发器模型,选择控制律使得跟踪误差逐渐收敛到零。控制器由模糊逻辑系统构造,用此模糊逻辑系统来逼近控制律。其中模糊逻辑系统由单值模糊产生器、乘积推理机和中心平均解模糊器构成,模糊逻辑系统的可调参数是线性的。通过使李雅普诺夫函数导数小于零,得出自适应律。最后,验证针对中央空调蒸发器入口制冷剂质量流量—蒸发器出口过热度回路所设计的直接型模糊自适应控制器的控制性能。用Simulink搭建中央空调蒸发器控制系统的各个模块,利用MATLAB仿真工具编写被控对象蒸发器和直接型模糊自适应控制器的S函数,对蒸发器入口制冷剂质量流量—蒸发器出口过热度回路进行仿真实验。在不同工作点下,将直接型模糊自适应控制器和PID控制器、模糊PID控制器的仿真结果进行对比。结果表明,模糊自适应控制方法在工作点改变的情况下有比较理想的控制效果,最大超调量不超过3%,具有一定可行性和优越性。
【关键词】：蒸发器 过热度 模糊逻辑系统 自适应控制
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB657.2;TP273
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-8
- 第1章 绪论8-16
- 1.1 研究背景及意义8
- 1.2 中央空调蒸发器的研究现状8-13
- 1.2.1 蒸发器建模9-11
- 1.2.2 蒸发器的控制方法研究现状11-13
- 1.3 本文研究的主要内容13-14
- 1.4 章节安排14-16
- 第2章 中央空调蒸发器的工作原理及建模16-27
- 2.1 蒸发器的工作原理16-17
- 2.2 蒸气压缩式制冷循环过程17-19
- 2.3 蒸发器的建模19-25
- 2.3.1 蒸发器的机理模型19-23
- 2.3.2 蒸发器模型的线性化及降阶23-25
- 2.4 本章小结25-27
- 第3章 模糊逻辑系统理论基础27-36
- 3.1 模糊集合与模糊逻辑的基本概念27-28
- 3.1.1 模糊集合与语言变量27
- 3.1.2 模糊规则和模糊推理27-28
- 3.2 模糊逻辑系统分类28-31
- 3.2.1 纯模糊逻辑系统28-29
- 3.2.2 高木-关野模糊逻辑系统29-30
- 3.2.3 具有模糊产生器和模糊消除器的模糊逻辑系统30-31
- 3.3 模糊逻辑系统的描述和选择31-33
- 3.3.1 模糊规则库和模糊推理机31-32
- 3.3.2 模糊产生器和模糊消除器32
- 3.3.3 模糊逻辑系统的合理选择32-33
- 3.4 模糊逻辑系统的数学表达式推导33-34
- 3.5 模糊基函数展开式34-35
- 3.6 本章小结35-36
- 第4章 蒸发器过热度控制器设计36-44
- 4.1 模糊自适应控制36-37
- 4.2 模糊自适应控制器的分类37-38
- 4.3 直接型模糊自适应控制器设计38-43
- 4.3.1 直接型模糊自适应控制器的构造38-41
- 4.3.2 自适应律的设计41-43
- 4.4 本章小结43-44
- 第5章 蒸发器过热度控制器的仿真分析44-52
- 5.1 仿真结果及分析44-50
- 5.2 本章小结50-52
- 第6章 结论52-53
- 参考文献53-57
- 在学研究成果57-58
- 致谢58
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