基于复合模糊控制的地源热泵空调系统的研究与设计

摘要

近几年，雾霾天气频繁出现，波及多个省区，造成能见度降低，空气质量明显下降。除气象条件的影响外，燃煤、燃油、生物质燃烧、工业生产、机动车尾气排放等导致大气中的PM2.5浓度增加。改变现有能源消费结构、提高能源利用效率特别是开发清洁新能源已成为我国当前改变环境空气质量急需解决的关键问题。地源热泵系统是利用浅层地热能并通过热泵技术来为建筑物取暖制冷的空调系统，具有运行效率高、维护简便、环境效益好、节能效果显著等优点。但是由于地下水源热泵空调系统自身的时变、非线性、大滞后等特性，在实际应用中采用常规的控制策略虽取得比较好的控制效果，但节能效果不明显。
　　本论文以城镇居民住宅的供暖制冷问题为研究背景，对地源热泵空调系统的优化控制算法和主控模块进行研究。论文首先研究了地源热泵空调系统的基本原理、电子膨胀阀控制技术及模型;其次对模糊控制算法、电子膨胀阀的PID控制进行研究，针对地源热泵的时变、滞后、非线性等特性，结合模糊控制和PID控制的特点，提出了基于PID控制和模糊控制相结合的复合模糊控制算法，并设计了电子膨胀阀的复合模糊控制器;论文采用基于STM32F103的主控处理单元对主控模块的硬件部分进行了设计，并通过外围功能模块实现控制效果;最后，通过MATLAB对设计的复合模糊控制器进行搭建模型并仿真。
　　系统的仿真结果表明，复合模糊控制算法能满足电子膨胀阀开启度控制系统的要求，在响应速度、动态性能等方面均明显优于传统PID控制，且具有较好的鲁棒性，可作为地下水源热泵空调系统优化控制好的控制策略。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 地源热泵空调系统的研究现状

1．3 地源热泵控制策略的研究现状

1．4 本文研究的主要内容及方法

1．5 本章小结

2 地源热泵空调系统原理和电子膨胀阀控制技术

2．1 地源热泵空调系统概述

2．2 电子膨胀阀控制技术

2．3 地源热泵空调系统设计原则

2．4 本章小结

3 复合模糊控制在地源热泵空调系统中的应用

3．1 常规PID控制算法

3．2 模糊控制算法

3．3 电子膨胀阀的复合模糊控制

3．4 复合模糊控制景的设计

3．5 本章小结

4 地源热泵复合模糊控制器的硬件设计

4．1 复合模糊控制系统总体结构

4．2 电源电路设计

4．3 温度测量电路设计

4．4 开关量输入电路设计

4．5 驱动电路设计

4．6 通信电路设计

4．7 本章小结

5 地源热泵复合模糊控制器的仿真与分析

5．1 SIMULINK搭建系统仿真模型

5．2 系统仿真结果分析

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间主要成果