极点配置方法在变风量空调控制系统中的应用

摘要

从节能和提高室内环境质量的角度来看,暖通空调(heating ventilating & air conditioning,HVAC)自控系统是楼宇自动化中最重要的系统.因此,采用有效的空气调节方式对智能建筑的能量管理控制(energy management control,EMC)具有重要意义.目前,变风量(variable air volume,VAV)空调系统以其巨大的节能潜力逐渐成为国内外空调系统的主流.但是,变风量空调系统具有多变量、强耦合、非线性、时变的特点,因此它的设计、运行和管理都比定风量(constant air volume,CAV)系统难度大.这也是限制VAV系统更广泛应用的一个重要原因.对于各变量之间耦合严重的多变量系统,如果单独以各回路建立模型设计控制器,运行时可能会出现不稳定、强耦合等问题.针对这种情况,该论文以变风量空调系统的空气传送部分作为研究对象,提出基于极点配置方法的控制方案.首先利用多维逆M序列作为激励输入信号,用实验法建立出空气传送部分的多变量离散状态空间模型.然后在模型的基础上对系统的稳定性、能控能观性进行分析,用极点配置方法设计了控制器.用Matlab软件仿真,仿真的结果令人满意,证明了极点配置法对VAV控制系统的设计是一种有效的控制方法.同时,论文还给出了以Visual Basic工具开发的数据采集和控制系统应用软件.该软件操作界面良好,通过VB—DDE—METASYS的模式与Metasys系统软件实现了数据交换.

目录

文摘

英文文摘

声明及关于论文使用授权的说明

1绪论

1.1变风量空调系统国内外应用情况和研究现状

1.2变风量空调系统的特点、基本原理及组成

1.2.1变风量空调系统的特点

1.2.2变风量空调系统的基本原理及组成

1.3课题背景和意义

1.4本课题研究内容和要解决的问题

2变风量空调系统的自动控制

2.1变风量空调自控系统方案

2.1.1变风量空调系统末端侧的控制方法

2.1.2变风量空调系统机组侧的控制方法

2.1.3变风量空调系统中变量的耦合关系

2.2变风量空调的传统控制方法和现代控制方法比较

2.2.1经典控制论与现代控制论的比较

2.2.2传统控制方法及缺陷

3变风量空调空气传送部分动态模型的建立

3.1研究空气传送部分的建模与控制对变风量(VAV)空调系统控制的作用和意义

3.2系统辨识

3.3线生多变量系统辨识

3.3.1实验设计

3.3.2数据预处理

3.3.3模型辨识

3.3.4模型检验

4模型分析和简化

4.1稳定性分析

4.2能控能观性分析

4.2.1系统的能控性分析

4.2.2系统的能观性分析

4.3状态反馈和输出反馈的性能分析

4.3.1状态反馈和输出反馈的比较

4.3.2状态反馈和输出反馈系统的能控性和能观测性

4.4模型降阶

5极点配置控制方法

5.1极点配置控制方法与二次型最优控制方法的比较

5.2极点配置设计法

5.2.1极点配置设计方法概述

5.2.2多维输入的极点配置设计问题

5.3无波纹响应和极点选择

5.3.1无波纹响应

5.3.2极点选择

5.4伺服系统的极点配置问题

5.5状态观测器

5.6空气传送系统极点配置和状态观测器设计

6建模实验和控制方案仿真

6.1建模实验

6.1.1METASYS系统简介

6.1.2变风量空调系统的硬件实现

6.1.3变风量空调系统的软件实现

6.1.4Metalink控件及DDE技术

6.1.5实验系统的硬软件调试

6.1.6空气传送部分建模的数据采集软件设计

6.2控制方案的MATLAB仿真

6.2.1仿真软件简介

6.2.2控制算法仿真流程图

6.3仿真结果分析

7结论

7.1论文工作总结

7.2论文中的独立见解

7.3进一步的研究和开发工作

致谢

参考文献

附录1图表索引

附录2软件文档(另册装订)