蒸汽喷射制冷的建模与控制在汽车空调系统中的应用

论文摘要

汽车行驶消耗了不到30%的能量,70%的能量转化成废热,而汽车发动机排放尾气的最高温度可以达到600℃～700℃,利用汽车尾气废热能量和喷射制冷技术的汽车空调,替代传统压缩制冷汽车空调,对于提高一次能源的利用率具有重要的经济和社会效益。本课题以汽车蒸汽喷射制冷空调为背景,在分析了蒸汽喷射制冷原理基础上,确定影响制冷量的主要因素——工作蒸汽的压力,通过热力学知识,利用机理和实验建模的方法,分别完成了喷射制冷空调系统的喷射器、蒸发器、冷凝器、热交换空间及测量和驱动环节各关键部件和对象的数学模型。并最终建立了制冷循环系统的数学模型和驾驶室温度控制的对象模型。针对汽车空调的干扰因素多、非线性、滞后时间较长的特点,本文设计了模糊自整定PID控制器,来实现冷量的控制,通过模糊控制器在线修整PID的比例、积分、微分三个参数,使制冷系统在各负荷下,实现对制冷量与负荷的最佳匹配。在确定的制冷量基础上,采用PID控制策略来控制蒸发器风扇的转速,从而实现驾驶室内的温度调节。最后对所上述的建模和控制策略在MATLAB软件中Simulink环境下进行了仿真。对于所确定的仿真对象,在加随机干扰、模拟汽车各种运行方式等条件下,对制冷循环和驾驶室温度进行仿真,通过模糊自整定PID控制器与常规PID相比,本课题所研究的方法具有响应速度快,超调小,抗干扰能力强等优点,适合于汽车空调的控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 蒸汽喷射制冷技术的国内外发展现状
• 1.2.1 蒸汽喷射制冷的理论研究现状
• 1.2.2 蒸汽喷射制冷的应用研究现状
• 1.2.3 空调控制系统的发展现状
• 1.3 本论文主要工作
• 第二章 汽车蒸汽喷射制冷原理
• 2.1 汽车空调能量分析
• 2.1.1 汽车围护结构传热负荷
• 2.1.2 太阳辐射负荷
• 2.1.3 新风负荷
• 2.2 蒸汽喷射制冷原理
• 2.2.1 现有汽车空调的原理及结构
• 2.2.2 蒸汽喷射制冷循环
• 2.3 本章小结
• 第三章 汽车空调系统的建模
• 3.1 建模的基础知识
• 3.1.1 机理建模
• 3.1.2 实验建模
• 3.2 汽车空调制冷循环模型的建立
• 3.2.1 蒸汽喷射器模型的建立
• 3.2.2 冷凝器数学模型的建立
• 3.2.3 蒸发器数学模型的建立
• 3.2.4 蒸汽喷射制冷循环模型的辨识
• 3.3 汽车驾驶室温度模型的建立
• 3.3.1 空调房间的特性分析
• 3.3.2 汽车驾驶室数学模型的建立
• 3.3.3 温度检测环节的建模
• 3.3.4 执行机构的建模
• 3.4 本章小结
• 第四章 汽车空调控制器的设计
• 4.1 模糊理论知识基础
• 4.2 常规模糊控制器
• 4.2.1 精确量的模糊化
• 4.2.2 隶属函数的选取及模糊规则的确定
• 4.2.3 输出量的反模糊化
• 4.3 PID控制器
• 4.3.1 PID原理
• 4.3.2 PID整定方法
• 4.4 喷射制冷空调控制器设计
• 4.4.1 蒸汽喷射制冷循环的模糊自整定PID控制器设计
• 4.4.2 驾驶室温度PID控制器设计
• 4.5 仿真研究
• 4.5.1 仿真软件介绍
• 4.5.2 制冷循环仿真研究
• 4.5.3 汽车驾驶室温度仿真研究
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢