太阳能新风测控系统的Matlab仿真设计与实现

论文摘要

在当今社会崇尚可持续发展的背景下,出现了很多公共建筑,其特点是占地面积大、空间广、对空气品质要求高,区域应用功能复杂、区域间无隔断、人员密集、流动性大等。此类建筑的空调系统对于能源消耗极大。而如今在社会能源紧张、国家与政府大力倡导使用可再生资源的新形势下,本论文基于太阳能新风测控系统的硬件平台对该系统的建模仿真进行研究,以其可全天候模拟实验的灵活性弥补该系统受天气、季节等外界因素影响的不足。太阳能新风空调测控系统采用太阳能-热水-新风的热交换原理,可以实现冬季房间有组织的通风换气、排风热量回收以及太阳能加热新风的功能,使新风具有承担部分室内采暖负荷的能力,实现可再生能源直接应用于空调供热系统,从而达到节能的目的。本论文基于实际研究的科研项目,以CAN总线的太阳能新风智能测控系统为平台,以Matlab/Simulink为软件仿真环境,根据太阳能新风测控系统的热力学特性及实验数据,构建系统中风机盘管的数学仿真模型,并加入模糊控制器对系统进行智能控制。通过与实际结果进行比较,证明仿真结果与实验环境基本吻合,从而得出应用Simulink仿真模型进行系统实验的可行性,及运用模糊控制对该控制系统进行控制的有效性。对于比较复杂的系统,利用物理特性建模有很大的局限性。系统运行的输入输出信号一般总是可以测量的,其动态特性必然表现在这些输入输出数据中,所以可利用这些数据所提供的信息来建立过程的数学模型,这种建模方法即为系统辨识。其中最小二乘法是一种得到广泛应用的估计方法。本论文应用最小二乘递推算法,以Matlab/Simulink为软件仿真环境进行了参数估计,得到了不同设置情况下的系统传递函数。通过与实验数据的比较验证,证明仿真结果与实验环境基本吻合,即用最小二乘递推算法得出的系统传递函数可以在不同情况下近似并代替物理模型,能够满足建模仿真的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 能源问题
• 1.2 太阳能新风测控系统
• 1.3 智能控制技术
• 1.4 现场总线技术
• 1.5 计算机仿真概述
• 1.5.1 计算机仿真模型的内容
• 1.5.2 计算机仿真的三要素及基本步骤
• 1.5.3 仿真技术的应用与发展
• 1.5.4 计算机仿真软件
• 1.6 系统辨识概述
• 1.7 论文的研究内容和意义
• 1.8 本章小结
• 第二章 太阳能新风测控系统的工作原理和硬件平台
• 2.1 太阳能新风测控系统的工作原理及系统构成
• 2.1.1 系统工作原理
• 2.1.2 系统构成
• 2.2 太阳能新风测控系统的设计与实现
• 2.2.1 测控参数分析
• 2.2.2 硬件结构设计
• 2.3 太阳能新风测控系统的运行模式
• 2.4 本章小结
• 第三章 测控系统建模仿真的Matlab/Simulink使用
• 3.1 Matlab软件概述
• 3.1.1 Matlab的特点及优势
• 3.1.2 Matlab常用工具箱
• 3.1.3 模糊逻辑工具箱
• 3.1.3.1 模糊控制系统
• 3.1.3.2 变量选择&论域分割
• 3.1.3.3 模糊控制规则的流程
• 3.1.4 曲线拟合工具箱Cftool
• 3.2 Simulink组件概述
• 3.2.1 Simulink的特点
• 3.2.2 Simulink的模块库介绍
• 3.2.3 Simulink仿真参数的设置和解法器的选择
• 3.2.4 M文件
• 3.2.4.1 M文件的特点和类型
• 3.2.4.2 Matlab的程序结构及流控制语句
• 3.2.4.3 M文件的调试
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于Matlab/Simulink的太阳能新风测控系统的建模与仿真
• 4.1 风机盘管的工作原理和数学模型
• 4.1.1 风机盘管的物理特性与数学表达
• 4.1.2 换热系数K
• 4.1.3 Matlab/Simulink下风机盘管的模型
• 4.2 模糊控制隶属度函数及规则库
• 4.3 太阳能直接供风模式下的模型建立及仿真结果
• 4.3.1 曲线拟合变频器电压与水流量
• 4.3.2 太阳能直接供风模式下的仿真模型的建立
• 4.3.3 设定固定出风温度的仿真实验
• 4.3.4 设定一组出风温度的实验数据与仿真结果的比较
• 4.3.5 模糊控制器对太阳能新风测控系统直接供风模式模型的影响
• 4.3.5.1 模糊控制器不同输入变量对仿真结果的影响研究
• 4.3.5.2 不同模糊控制隶属度和规则对的仿真结果的影响研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于最小二乘法辨识的太阳能新风测控系统的建模与仿真
• 5.1 辨识介绍
• 5.2 线性动态模型参数辨识—最小二乘法
• 5.2.1 辨识方法分类
• 5.2.2 最小二乘法的基本概念
• 5.2.3 最小二乘原理
• 5.2.4 最小二乘问题的提法
• 5.2.5 最小二乘问题的解
• 5.2.6 最小二乘参数估计的递推算法
• 5.2.7 初始值的选择
• 5.3 风机盘管模型的系统辨识
• 5.3.1 最小二乘递推算法程序
• 5.3.2 参数辨识的系统传递函数
• 5.3.3 系统辨识仿真模型检验
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录