变风量空调系统末端装置的实验建模及控制策略研究——基于非线性精确线性化的滑模变结构控制算法的理论及实验研究

摘要

本文主要研究了一个针对VAV空调末端装置的混合仿真控制实验。首先通过实验采集了风阀以及空调房间的输入输出数据，分别辨识出它们的模型。然后在非线性系统精确线性化方法的基础上推导出针对单输入单输出的非线性系统和双输入双输出的非线性系统的状态反馈精确线性化的基本公式，并提出了基于非线性系统精确线性化方法的滑模变结构控制算法用于非线性系统的控制。该控制算法经PCT-III过程控制系统的双容液位实验验证，控制效果良好。最后将这个控制算法用于VAV末端装置的仿真控制实验中，结果显示：在系统的超调量、响应速度和跟踪效果上都比PID控制有一定的优势，达到了预期目的。

目录

文摘

英文文摘

前言

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 文献综述

1.2.1 VAV空调系统概述

1.2.2 系统辨识概述

1.2.3 非线性系统控制的研究现状

1.3 本论文的主要研究内容

2 针对VAV空调系统末端控制实验的相关建模方法

2.1 多变量系统辨识方法

2.1.1 多变量系统的结构参数辨识

2.1.2 关于系统时滞的辨识

2.1.3 多变量系统的参数辨识

2.2 基于微粒群算法和最小二乘法的辨识策略

2.2.1 空调房间系统控制模型的选取

2.2.2 关于PSOLS方法

2.3 本章小结

3 非线性系统的精确线性化方法

3.1 非线性系统控制方法简要介绍

3.1.1 非线性控制的经典方法

3.1.2 微分几何和微分代数方法

3.1.3 非线性系统变结构方法

3.1.4 智能控制理论和方法

3.2 精确线性化方法发展概要

3.2.1 非线性系统几何方法

3.2.2 线性化方法

3.2.3 精确线性化方法

3.2.4 近似线性化方法

3.3 单输入单输出系统非线性反馈基本理论

3.3.1 主要概念和引理

3.3.2 单输入单输出非线性控制系统的精确线性化方法

3.3.3 实例

3.4 多输入多输出系统非线性反馈基本理论

3.4.1 主要概念和引理

3.4.2 双输入双输出非线性控制系统的精确线性化方法

3.4.3 仿真算例

3.5 本章小结

4 滑模变结构控制策略

4.1 滑模变结构控制的背景及现状

4.2 滑模变结构控制基本理论

4.2.1 滑动模态及其数学表达

4.2.2 滑模变结构控制系统的设计问题

4.3 线性系统的滑模变结构控制

4.3.1 线性单输入对象的滑模变结构控制

4.3.2 线性多输入对象的滑模变结构控制

4.4 基于非线性精确线性化的滑模变结构控制

4.4.1 非线性精确化方法

4.4.2 滑模控制器的设计

4.4.3 算法流程

4.5 本章小结

5 基于精确线性化的变结构控制算法的验证性实验研究

5.1 PCT-III过程控制系统简介

5.2 双容水箱液位系统实验原理

5.3 实验系统设计

5.3.1 实验系统硬件组建

5.3.2 数据接口软件系统设计

5.4 容水箱液位系统的控制策略

5.5 双容水箱液位系统的控制算法运行结果分析

5.6 本章小结

6 针对VAV空调系统末端的非线性控制的对比性实验研究

6.1 VAV空调实验室

6.2 VAV空调末端系统实验台的搭建

6.2.1 本实验所用阀门的介绍

6.2.2 数据采集及分析

6.2.3 VAV空调系统末端的辨识建模

6.3 针对VAV空调末端系统的仿真控制

6.3.1 VAV空调房间模型的确定

6.3.2 基于精确线性化的滑模变结构仿真控制

6.3.3 控制效果与PID控制的比较

6.4 本章小结

7 结论

7.1 已取得的成果

7.2 不足之处及后继研究方向的讨论

附录

参考文献

研究生阶段发表论文情况

致 谢