船用变风量空调系统的控制方法研究

论文摘要

变风量空调系统具有显著的节能性和可实现各舱室温度的独立控制等特性,在船舶中具有很大的应用优势。为了对变风量空调系统在船舶上的应用进行实验研究,搭建船用变风量空调系统实验台。该实验台由制冷机组,空气处理箱,新回风混合室,变频风机,静压控制单元,压力无关型变风量末端,散流器等组成。实验台采用直接膨胀式的制冷方式,空调系统的风侧与制冷机组侧直接发生作用;由于系统的各控制回路相互影响剧烈,系统的控制研究就凸显重要。船用变风量空调系统的控制回路较多,结构复杂,各回路之间相互影响,且存在许多不确定因素,一组整定好的PID控制参数只能在特定的工况下有较好的控制效果。但是,由于船舶在航行的过程中,工况条件变化剧烈,传统的PID控制器对于该类系统难以取得理想的的控制效果,亟需研究和开发新的智能控制器。本文针对船用变风量空调系统的控制研究,开展以下研究工作。首先,分析测控系统的软硬件需求,选择合适的硬件设备,设计开发基于LabVIEW软件的船用变风量空调测控系统,实现对船用变风量空调系统测量数据的采集、处理、存储、查询及报表生成,为控制方法的实现提供软件平台。其次,根据船用变风量空调各控制回路的特性,建立送风静压控制回路和送风温度控制回路的数学模型,并对回路的时、频域的稳定性进行分析,为控制方法的选择提供理论基础。再则,分别设计送风静压控制回路和送风温度控制回路的模糊自适应PID控制器。该模糊自适应PID控制器将控制量的偏差和偏差变化率作为控制输入,根据设定的模糊规则实时整定PID控制参数。最后,将所设计的模糊自适应PID控制器在实验台上进行实现,分别开展了送风静压控制回路,送风温度控制回路和系统控制实验,通过实验验证所设计的模糊PID控制器对各自控制回路及整个系统的控制效果,实验表明应用模糊控制的方法能够实现对船用变风量空调系统的良好控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题的目的和意义
• 1.3 变风量空调系统的发展现状及研究热点
• 1.3.1 国内控制研究现状
• 1.3.2 国外控制研究现状
• 1.3.3 变风量空调技术在船舶上的研究现状
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第2章 船用变风量空调系统实验台
• 2.1 实验台基本构成
• 2.2 实验台控制回路
• 2.2.1 送风温度控制回路
• 2.2.2 送风静压控制回路
• 2.2.3 室温控制回路
• 2.3 船用变风量空调自控系统的特点
• 2.3.1 船用变风量空调系统特点
• 2.3.2 船用变风量空调自控系统的特点
• 第3章 基于LabVIEW 的船用变风量空调测控系统
• 3.1 编程软件LabVIEW 概述
• 3.2 测控系统的软、硬件模块设计
• 3.2.1 硬件模块设计与选用
• 3.2.2 软件模块设计
• 3.3 测控系统的组成
• 3.3.1 数据采集模块
• 3.3.2 数据显示模块
• 3.3.3 数据存储模块
• 3.3.4 数据处理模块
• 3.3.5 数据查询模块
• 3.3.6 数据报表生成模块
• 3.3.7 数据输出模块
• 3.4 模糊控制算法在LabVIEW 中的实现
• 第4章 控制回路的模型辨识
• 4.1 回路模型辨识
• 4.1.1 送风静压回路模型辨识
• 4.1.2 送风温度回路模型辨识
• 4.2 控制方式选择
• 第5章 模糊自适应PID 控制器的设计
• 5.1 模糊自适应PID 控制算法
• 5.2 送风静压和送风温度的控制策略
• 5.2.1 送风静压控制策略
• 5.2.2 送风温度控制策略
• 5.3 模糊自适应PID 控制器的设计
• 5.3.1 模糊语言变量选择及隶属函数的设计
• 5.3.2 模糊规则的确定
• 5.3.3 模糊判决
• 第6章 控制实验与结果分析
• 6.1 静压控制回路实验
• 6.1.1 实验条件及内容
• 6.1.2 实验结果及分析
• 6.1.3 实验小结
• 6.2 送风温度控制回路实验
• 6.2.1 实验条件及内容
• 6.2.2 实验结果及分析
• 6.2.3 实验小结
• 6.3 系统运行控制实验
• 6.3.1 实验结果及分析
• 6.3.2 实验小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文