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《河北科技大学》 2015年
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暖气热量智能控制系统设计及算法研究

李冰皓  
【摘要】:当前,集中供热是北方地区冬季供暖的主要方式,其中存在手动调节误差大和能源浪费严重的问题。课题提出的在供热末端加装温度控制器来控制热水流量,目的在于实现室内温度的自动调节,避免用户室内出现温度过高或过低的现象。供热系统是一个相对复杂的动力学系统,存在着大惯性、大滞后以及各种不确定性。依据用户端供热系统的结构,完成了暖气热量智能控制系统硬件设计,运用Proteus软件进行试验仿真,为进一步研究控制算法提供了平台。根据供热系统的物理定律,建立了数学模型,为论文深入研究打下了基础。课题的重点在于Smith预估控制算法、模糊控制算法、广义预测控制算法三种控制算法的研究。针对被控对象的大惯性、大滞后等各种不确定性,对选用的算法的优缺点进行了分析,研究了模糊自适应PID控制算法、广义预测模糊PID算法的可行性。通过Simulink方框图和编程相结合的方法,对研究的算法进行了实验仿真。仿真结果表明,本课题采用的广义预测模糊PID控制算法能够产生较好的控制效果。数据分析得知,该算法在稳定性和快速性等方面,比单纯使用某一种控制算法能取得更好的控制效果。
【关键词】:供热系统 数学模型 大滞后 史密斯预估控制算法 模糊自适应PID算法 广义预测模糊PID控制算法
【学位授予单位】:河北科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TU995;TP273
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 绪论9-17
  • 1.1 课题研究的背景与意义9-10
  • 1.2 国内外研究发展与现状10-11
  • 1.3 本文研究的主要内容11-14
  • 1.3.1 暖气热量智能控制系统设计12
  • 1.3.2 Smith预估控制算法12-13
  • 1.3.3 模糊控制算法13
  • 1.3.4 模型预测控制算法13-14
  • 1.4 本文的结构安排14-17
  • 第2章 室内温控系统构成17-29
  • 2.1 室内温控系统硬件总体设计17-18
  • 2.2 主控模块的选型及方案设计18-19
  • 2.3 温度采集模块芯片选型和方案设计19-21
  • 2.3.1 方案设计19-20
  • 2.3.2 芯片选型20-21
  • 2.4 显示模块芯片选型和方案设计21-24
  • 2.5 控制模块芯片选型和方案设计24-27
  • 2.6 本章小结27-29
  • 第3章 室内温度对象的数学模型29-35
  • 3.1 供热系统的运行调节29-30
  • 3.2 集中供暖系统三种安装形式30-32
  • 3.2.1 水平式供暖系统30-31
  • 3.2.2 垂直式供暖系统31
  • 3.2.3 新型供暖系统31-32
  • 3.3 室内温度的数学模型32-34
  • 3.4 本章小结34-35
  • 第4章 Smith预估控制算法35-41
  • 4.1 Smith预估控制算法基本原理35-36
  • 4.2 Smith预估控制算法参数选取和实验仿真36-40
  • 4.2.1 无调节器状态下的实验仿真38
  • 4.2.2 Ziegler-Nichols参数整定及实验仿真38-40
  • 4.3 本章小结40-41
  • 第5章 模糊自适应控制算法41-51
  • 5.1 模糊控制理论概述41
  • 5.2 模糊控制器的原理41
  • 5.3 模糊控制系统的基本结构41-44
  • 5.3.1 模糊化接43
  • 5.3.2 知识库43
  • 5.3.3 推理和解模糊接43-44
  • 5.4 室温模糊自适应PID控制器设计44
  • 5.5 室温模糊自适应PID算法44-46
  • 5.5.1 确定模糊语言变量44-45
  • 5.5.2 模糊规则表45-46
  • 5.5.3 确定语言隶属度函数46
  • 5.6 模糊自适应PID控制算法仿真46-49
  • 5.7 本章小结49-51
  • 第6章 广义预测模糊PID控制算法51-69
  • 6.1 模型预测控制算法51-52
  • 6.2 广义预测控制基本方法52-59
  • 6.2.1 预测模型53-54
  • 6.2.2 滚动优化54-55
  • 6.2.3 在线辨识与校正55-56
  • 6.2.4 Diophantine方程递推求解56-58
  • 6.2.5 GPC控制器参数选取58-59
  • 6.3 广义预测控制算法仿真59-62
  • 6.4 广义预测模糊PID控制算法62-63
  • 6.5 广义预测模糊PID控制规律63-65
  • 6.6 广义预测模糊PID控制算法仿真65-67
  • 6.7 本章小结67-69
  • 结论69-71
  • 附录71-79
  • 附录A71-77
  • 附录B77-79
  • 参考文献79-83
  • 攻读硕士学位期间所发表的论文83-85
  • 致谢85

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