温度在集热器热性能测试中模糊预测控制的研究

发布时间：2020-08-06 16:09

【摘要】：流动式太阳能集热器热性能测试系统是按国标要求设计的一套新型检测系统。系统在一定程度上提高了集热器产品的检测效率，其中，采用了PID算法对温度进行控制，但是这种方法使温度难以快速进入稳态，影响了检测效率。为此，本文研究设计与设计了一种模糊预测控制方法，对提高温度控制的稳定性和响应速度，进而提高集热器产品的检测效率具有重大的意义。本文进行的主要工作有： (1)进行了大量的集热器热性能测试试验，经过分析试验数据，发现二次加热系统是高精度温度控制的核心环节，总结了当前PID控制方法对于二次加热水箱温度控制的不足，提出了一种模糊预测控制方案。建立了二次加热温控系统的数学模型，并搭建了试验平台。 (2)探讨了数学模型参数辨识的方法；并根据二次加热温控系统阶跃响应试验数据，采用作图分析法对数学模型参数进行了辨识；结合模糊控制算法与预测控制算法的优点，设计了一种模糊预测控制算法。 (3)根据集热器热性能测试系统的温度控制试验数据，设计了一种模糊预测控制器，运用软件SIMULINK分别建立了基于PID控制算法的仿真模型以及基于模糊预测控制算法的仿真模型。通过对比仿真试验，验证了模糊预测控制策略对于温度控制的有效性。仿真说明，模糊预测控制方法使温度具有较强的稳定性与较快的响应速度，能够提高系统的检测效率。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK513.1;TP273
【图文】：

方框图,模糊控制系统,方框图

用模糊数学将它量化，则形成了模糊控制算法，这即是模糊控制理论。模糊控制器具备以下几个特点[34]：1) 模糊控制是一种智能控制:模糊控制的控制量是由模糊推理导出的，运用了人类思想中的模糊词汇，如“高”、“低”等。这种推理比较灵活、智能化。2) 不需要精确的数学模型:模糊控制器是以人的经验知识为基础而设计的，不依赖于数学模型。3) 容易被接受: 模糊控制规则是模糊控制的核心所在，是用人类言语描述的，易被人们所理解和接受。4) 鲁棒性好:无论被控对象是否是线性的，模糊控制器均能有效的进行控制，鲁棒性和适应性良好。2.1.2 模糊控制系统模糊控制系统由检测装置、I/O 口装置、模糊控制器、执行机构以及被控对象等几个部分组成[35]，如下图 2.1 所示。

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图 2.2 模糊控制器系统结构1. 模糊化模糊控制器的输入需经模糊化[37]由精确值转换成模糊输入。模糊化步骤如(1) 先处理输入量使其满足模糊控制器的要求，二维度模糊控制器的输入常为误差及误差的变化。(2) 定义尺度变换因子，将上述输入量变换到输入论域范围内。(3) 将上述变换结果进行模糊处理得到模糊输入量。2. 知识库知识库通常由数据库和模糊控制规则库组成，它包含了具体工业领域中的识和要求控制的目标[38]。(1) 数据库包含语言变量的尺度变换因子、隶属度函数和模糊空间分级数(2) 规则库含有许多控制规则，是用模糊语言变量表示的，反映了专家的验知识。3. 模糊推理

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图 2.3 预测控制机构示意图发展至今，预测控制己有上百种具体算法，而且均具有不同的表现形式，一般都包含了预测模型、滚动优化、反馈校正三个基本要素[48]，本文则以在本题中使用的动态矩阵控制算法为例给出预测控制三要素的工作原理。2.2.2 动态矩阵控制算法1. 预测模型预测模型是用来描述系统动态特性的，它能根据当前输入及对象的历史信预测其未来输出[49]。预测值将反作用于系统，据此得到系统的控制输入，使得输入作用下的系统响应值更加接近期望值。与传统的控制不同的是，预测控制于模型结构没有严格的要求，只要具备了预测功能均可以作为预测模型使用，打破了传统，使得建立模型更加的方便、快捷。按结构形式划分，预测模型包括非参数模型如基于阶跃响应的预测模型、于脉冲相应的预测模型等，以及等参数模型如基于差分方程的预测模型、基于

【参考文献】