双功能燃气热水器对象模型研究及仿人智能控制算法设计

摘要

双功能燃气热水器起源于欧洲,是一种以气体燃料(天然气、液化石油气或城市煤气)为能源的小型热力设备。它以家庭为单位分户供热,不仅能提供家庭生活用水,而且还可以通过热水的循环来供暖。它体积小,重量轻,不占地,安装灵活,使用方便,可以根据个人的需要自由调节室内温度,具有冷暖由人、用多少付出多少的人性化特点,近年来,国内许多热水器厂家开始引进生产。我国的能源政策、环保发展、市场需求都将为燃气分户供热系统提供良好的发展契机,也为双功能燃气热水器提供巨大的发展空间。目前在国内市场,尤其是北方市场,双功能燃气热水器产品已大量投入市场应用,通过近几年的应用,该产品的控制器硬件体系已逐渐趋向于稳定成熟,而该控制器的软件体系尤其是温度控制算法发展则相对滞后。目前仿人智能控制算法在热工控制系统中已有了很多成功应用,成发炬宝公司首次将仿人智能控制算法应用于双功能燃气热水器产品,通过近一年的实际应用表明仿人智能控制算法对于该系统在生活水流量在一定范围内改变的情况下具有较强的鲁棒性,但是当生活水流量发生大范围改变时,系统的控制品质严重下降。因此,要使双功能燃气热水器真正走入千家万户,必须对原有仿人智能温度控制算法进行改进,已确保该系统的控制品质。本文通过双功能燃气热水器生活水过程对象模型实验研究获得系统对象模型的基本特征,并在此研究结果的基础上,充分考虑用户对水温控制品质的要求,对双功能燃气热水器基于仿人智能控制的温度控制算法进行了完善,特别针对定值控制过程控制特点的变化,对原控制算法进行了修正,仿真实验研究证明修正后的控制算法较修正前更加有效。本文还分析了影响该系统控制品质的内部和外部因素,在运行控制级基础之上完成了仿人智能控制参数自校正设计,实时控制实验证明该参数自校正算法能根据外部环境特征信息准确获得控制参数相关信息,从而在更广的工作范围内保证了热水器系统的控制品质。

目录

中文摘要

英文摘要

1 引言

1.1 课题提出背景与意义

1.1.1 双功能燃气热水器概况

1.1.2 问题提出

1.2 国内外研究现状

1.3 本文拟完成的工作

2 双功能燃气热水器控制系统介绍

2.1 双功能燃气热水器系统组成与对象分析

2.1.1 系统结构

2.1.2 生活水控制的简化理论模型分析

2.2 双功能燃气热水器控制器体系机构

2.2.1 双功能燃气热水器控制器硬件体系结构

2.2.2 双功能燃气热水器控制器软件体系结构

2.3 结论

3 双功能燃气热水器控制系统被控对象研究

3.1 引言

3.2 系统辨识

3.2.1 系统辨识的定义

3.2.2 系统辨识中常用的误差准则

3.2.3 系统辨识的步骤

3.3 遗传算法

3.3.1 遗传算法简介

3.3.2 遗传算法的基本概念

3.3.3 遗传算法的运算过程

3.3.4 应用例子：函数最大值的优化问题

3.4 复杂控制对象的“类等效”简化模型

3.5 双功能燃气热水器系统被控对象实验研究

3.5.1 实验目的

3.5.2 实验方法

3.5.3 实验数据

3.5.4 实验数据处理与分析

3.6 结论

4 仿人智能控制理论基础

4.1 仿人智能控制理论简介

4.2 仿人智能控制理论的基本思想

4.2.1 向人体控制系统学习

4.2.2 仿人智能控制理论的基本思想、研究方法

4.3 仿人智能控制的几个基本概念

4.3.1 特征模型

4.3.2 特征辨识

4.3.3 特征记忆

4.3.4 控制（决策）模态集

4.3.5 启发与直觉推理规则集

4.4 仿人智能控制的分层递阶信息处理与决策机构

4.5 仿人智能控制器设计方法

4.6 结论

5 双功能燃气热水器仿人智能控制算法设计

5.1 引言

5.2 双功能燃气热水器基于仿人智能控制运行控制级设计

5.2.1 仿人智能控制原型算法分析

5.2.2 运行控制级设计

5.2.3 运行控制级实验研究

5.3 双功能燃气热水器基于仿人智能控制参数校正级设计

5.3.1 问题提出

5.3.2 参数校正级设计

5.3.3 参数校正级实验研究

5.4 双功能燃气热水器定值控制过程仿人智能控制算法改进

5.5 结论

6 结束语

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录