建筑空调系统混合仿真实验台的开发与应用

摘要

随着世界经济水平的不断发展，人们对空调系统提出了更高的要求，如今的空调系统在提供良好的室内环境同时还需要着重考虑环保与节能。现代空调系统日益复杂，自控系统也跟着不断完善，从优化控制策略上来满足这些要求已经成为了一个主流。
　　建筑空调系统优化控制策略的研究中，往往需要实验研究并分析验证优化控制策略的效果和可行性。鉴于建筑空调系统的复杂性和多样性，对于实际建筑空调系统的实验是很难实现的，即使可能也是非常不经济的。仿真系统由严格的数学模型组成，无需采用实际系统的任何部件，所以费用低廉。然而实际系统中有些子系统的特性由于太过复杂很难建立数学模型，即使经过简化建立了相应的数学模型，但与实际系统相比，就存在着一定的偏差。随着虚拟仪器技术的快速发展，可以通过利用半实物混合仿真技术将这一部分实体直接接入仿真系统，用以取代相应部分的数学模型，这样不仅减少建模可能产生的误差，而且更加符合实际情况。
　　本文在TRNSYS仿真平台的基础上，使用MATLAB、LABVIEW软件以及数模、模数转换器等混合仿真技术，将实物控制器无缝的接入 TRNSYS仿真系统中，设计并实现了实物控制器与TRNSYS数字仿真模块相结合的混合仿真。由于MATLAB、LABVIEW以及实物控制器的加入，混合仿真试验台具备了TNRSYS软件平台所没有的自定义图形化控制界面、快速建模以及实时在线控制功能。
　　本文的主要内容如下：
　　1）对基于TRNSYS的建筑空调系统模型进行了分析。针对TRNSYS存在的缺点，研究并提出了混合仿真实验台的方案，并对实验台的功能和系统进行了设计。
　　2）从系统、软件和硬件的角度详细的介绍了混合仿真试验台的开发过程，并着重介绍了COM、TCP/IP、Modbus、数模、模数转换等技术重点。
　　3）为了验证混合仿真实验台的整体性能，对混合仿真实验台进行了软、硬件测试以及系统整体调试。
　　4）针对混合仿真实验台的应用特点，通过新型控制器的设计和开发以及建筑空调系统故障诊断的分析实验，验证了混合仿真实验台的实用性。
　　测试结果和应用实验表明，混合仿真实验台的功能达到了设计的要求，运行可靠稳定，系统误差较小，能够很好的完成新型控制器的开发和设计验证、实物控制器的性能测试、以及故障诊断分析验证等研究工作。

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符号说明

第一章绪论

1.1研究的意义和背景

1.2楼宇空调控制系统的发展与演化

1.3 半实物混合仿真技术及其发展现状

1.4本文研究的主要内容

第二章混合仿真实验台的设计与开发

2.1基于TRNSYS的建筑空调仿真平台系统

2.2混合仿真实验台的功能设计

2.3混合仿真实验台的系统设计

2.4混合仿真实验台的软件平台

2.5混合仿真实验台的软件设计与开发

2.6混合仿真实验台的硬件设计与开发

2.7混合仿真实验台整体结构

2.8本章小结

第三章混合仿真实验台部件测试与整体调试

3.1混合仿真实验台的软件测试

3.2混合仿真实验台的硬件系统测试

3.3混合仿真实验台系统的整体调试

3.4本章小结

第四章基于混合仿真实验台的应用

4.1混合仿真实验台的应用领域

4.2基于混合仿真实验台的新型控制器的设计和开发

4.3建筑空调系统故障诊断应用实验

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间论文发表、专利申请和科研工作情况

声明

上海交通大学硕士学位论文答辩决议书