海上平台冷库建模、控制与仿真

摘要

海上平台冷库制冷系统是多输入多输出(MIMO)、强耦合、时变、非线性的复杂系统，并且其制冷性能受到运行工况、室内负荷等多种因素的影响。因此，要对海上平台冷库制冷系统进行综合优化控制，取得理想的控制品质和节能效果，就有必要建立海上平台冷库制冷系统的控制用数学模型，并对其多变量控制方法进行研究，分析影响冷库制冷系统性能的因素，从而找出控制方法。
　　 本文在系统分析冷库制冷系统特性的基础上，提出了基于非线性多变量的控制方法，其中包括模糊PID控制器和最大COP控制组合而成的控制方法，从而实现空调制冷系统压缩机频率和电子膨胀阀开度联合调节的协调控制方法，最终达到温差调节和系统COP值的最优化。
　　 本文所做的研究工作主要包括以下内容：
　　 首先在分析制冷循环热力学原理的基础上建立了基于状态空间描述的制冷系统动态非线性数学模型。然后针对冷库制冷系统这一类MIMO非线性复杂系统，建立了非线性动态控制模型，讨论了这个模型内部耦合关系，确定了系统的输入输出控制量，结合多变量模糊PID控制器的设计，对冷库系统制冷量调节构造了闭环控制方案。
　　 进而，考虑制冷系统在变工况情况下，制冷机组能耗最低的问题，以制冷系统COP值保持最大为优化目标，通过调节冷库房间内蒸发器前的电子膨胀阀开度值，使冷库房间温度达到预先设定值的要求，同时保持制冷系统COP值最大，使制冷系统节能效果最佳。
　　 最后的仿真实验结果表明，本文建立的冷库仿射非线性模型是正确的，所提出的多变量控制方法能够适应海上平台冷库制冷系统变负荷和变工况的控制要求，温度调节和保持COP最大都能满足设定要求，具有良好的技术经济指标。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 本课题研究背景及现实意义

1.2 制冷系统建模研究现状

1.3 仿真算法研究

1.4 制冷系统控制方法研究现状

第二章 制冷系统热力学基础知识

2.1 热力学基本定律及逆卡诺循环

2.2 蒸汽压缩式制冷的理论循环

第三章 冷库制冷系统控制仿真用的数学模型

3.1 制冷系统建模的假设条件

3.2 制冷系统各部件的数学模型

3.3 冷库库房动态数学模型

3.4 冷库制冷系统动态数学模型

3.5 冷库制冷系统仿射非线性模型

第四章 海上平台冷库制冷系统多变量智能控制方法

4.1 海上平台冷库制冷系统特性分析

4.2 海上平台制冷系统控制策略分析

4.3 海上平台冷库最大COP值控制方法

第五章 冷库最大COP值控制的设计

5.1 控制对象特征

5.2 模糊PID控制器

5.3 冷库库房温度和COP值控制系统

5.4 最大COP值控制器设计

第六章 系统仿真与分析

6.1 系统仿真流程

6.2 MATLAB仿真平台简介

6.3 冷库模型编程

6.4 系统仿真分析

6.5 结论

参考文献

致谢