集中供暖模式下的智能温控系统研究

摘要

我国疆土辽阔，南至热带，北至寒温带，北方冬季平均温度在零下十度左右，所以北方人民冬季普遍需要供暖。虽然我国冬季供暖已有较长历史且基本能满足室内采暖需求，但是仍然存在供暖温度无法调节的弊端。特别是在某些特定的场所下，缺乏对室温的有效控制将产生许多不良影响。要在集中供暖模式下对特定房间进行温度调节，就有必要了解与室内温度相关联的各物理量之间的关系。本文运用热学原理并结合热能平衡公式，建立了一个相对准确的室内温度数学模型，为进一步的室内温度控制研究打下了基础。由于热的传导是需要一个时间过程的，因此室内温度是一个具有大时滞特性的被控对象。根据室内温度被控对象这一特性，分别采取了预测控制中的动态矩阵(DMC)算法、自校正极点配置的内模控制算法以及模糊PID与Smith预估相结合的控制算法来实现对室温的控制。在分析过程中，对三种算法的控制效果进行了Simulink仿真，以输出波形为据，比较了各控制策略在稳定性、动态性能、抗干扰能力等方面的优点与不足。在对各种控制算法进行了比较之后，本文还根据实际需要，对供暖温控系统的硬件进行了选型与接口设计，为系统的算法实现提供了一定的硬件基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外发展及研究现状

1．3 时滞系统控制策略的概述与发展

1．3．1 预测控制的概述及运用

1．3．2 史密斯预估控制算法的概述及运用

1．3．3 Dahlin控制算法的概述及应用

1．3．4 内模控制概述

1．3．5 其它相关控制方法

1．4 本论文的主要研究工作

第2章 室内温度数学模型的建立

2．1 建立室温模型的热学知识准备

2．2 室内温度的热能平衡公式

2．3 散热器的热能平衡公式

2．4 室温模型传递函数的建立

2．5 室温数学模型的Simulink仿真

2．6 本章小结

第3章 Smith预估与模糊PID的联合控制方法

3．1 Smith预估控制

3．2 带有模糊PID控制器的Smith预估控制

3．3 模糊PID控制器的设计

3．4 模糊PID-Smith室温控制系统的仿真实验

3．5 模糊PID-Smith控制器的抗干扰研究

3．6 本章小结

第4章 室温系统的动态矩阵控制

4．1 室温DMC控制的模型预测

4．2 室温DMC控制的反馈校正

4．3 室温DMC控制的滚动优化

4．4 室温DMC控制的仿真实验

4．5 对室温进行DMC控制的主要特点和优势

4．6 本章小结

第5章 自校正极点配置的内模控制

5．1 内模控制

5．2 系统极点配置

5．3 自校正极点配置的内模控制方法

5．4 自校正极点配置的内模控制在室温控制系统中的运用

5．4．1 自校正极点配置内模控制的第一种近似方法及仿真结果

5．4．2 自校正极点配置内模控制的第二种近似方法及仿真结果

5．4．3 自校正极点配置内模控制的第三种近似方法及仿真结果

5．5 三种近似方法与模糊PID-Smith控制效果的比较

5．6 本章小结

第6章 室内温控系统的硬件选择与接口设计

6．1 供暖室温系统总体硬件设计

6．2 供暖室温控制系统主要元器件的选择

6．2．1 温度传感器的选型

6．2．2 流量传感器的选型

6．2．3 控制芯片的选型

6．2．4 显示部分的选型

6．3 室温控制芯片存储系统的设计

6．3．1 Flash存储器

6．3．2 SDRAM芯片

6．4 电动阀门的接口设计

6．5 温度采集模块的设计

6．6 显示模块的设计

6．6．1 显示模块电路设计

6．6．2 显示模块驱动程序设计

6．7 本系统的抗干扰设计

6．8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢