分布式制冷控制系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制問題的研究

【摘要】： 目前,我國經濟增長迅速,能源問題越來越受到重視。在開發(fā)尋找新能源的同時,提高能源利用率已成為當前需要解決的熱點問題。制冷行業(yè)是能源消耗較大的行業(yè),在整個冷鏈中,超市食品冷藏制冷系統(tǒng)是其中重要的一環(huán),因為大型超市承擔了大部分食品冷鏈的終端零售任務。因此,如何對超市制冷系統(tǒng)進行優(yōu)化設計,以在保證食品質量的前提下降低能耗,成為了重要的研究課題。本文主要研究了運用先進控制手段提高大型超市制冷系統(tǒng)運行中的節(jié)能問題。 本文首先分析了某大型超市冷柜制冷系統(tǒng)的結構,從系統(tǒng)控制的角度,綜合考慮控制參數(shù)及干擾參數(shù),如蒸發(fā)壓力、冷凝壓力、過熱度及過冷度等對制冷系統(tǒng)運行工況點的影響。在用數(shù)學模型描述系統(tǒng)各部件,如壓縮機、冷凝器和蒸發(fā)器的基礎上,建立反映各部件的總體性能和相互間的傳遞關系的系統(tǒng)靜、動態(tài)模型和控制模型。 根據(jù)制冷系統(tǒng)的運行特點,提出了超市制冷系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制方案。在大型超市制冷系統(tǒng)中,回路中的被控參數(shù)的合理選取(如冷凝壓力與蒸發(fā)壓力)與能量的損耗有著直接的關系。因此,設計運用自適應模型預測優(yōu)化控制,根據(jù)系統(tǒng)運行工況的變化在線調整靜態(tài)工作點,優(yōu)化控制回路的設定值,構成了控制系統(tǒng)外環(huán)的靜態(tài)工作點優(yōu)化層;內環(huán)是面向子系統(tǒng)的動態(tài)優(yōu)化層,針對并聯(lián)超市制冷系統(tǒng)運行中吸氣壓力波動較大而影響系統(tǒng)能耗的問題,提出了運用MPC控制方法抑制并聯(lián)系統(tǒng)同步現(xiàn)象,通過解除子系統(tǒng)的同步控制,提高壓縮機效率,節(jié)約能源。 并聯(lián)超市制冷控制的難點是系統(tǒng)的輸入量都是離散值,如壓縮機啟停,溫度控制器閥門的開關。因此,超市制冷系統(tǒng)是一個混合系統(tǒng),為了達到更好的控制效果,本文嘗試用混合邏輯動態(tài)模型來表示這個混合系統(tǒng),探討了基于混合邏輯動態(tài)模型的并聯(lián)超市制冷系統(tǒng)的MPC控制。 最后,為了表明優(yōu)化控制方案的節(jié)能潛力,在MATLAB的SIMUlink環(huán)境中搭建了制冷系統(tǒng)數(shù)字仿真平臺。把傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)定常工作點控制分別與最優(yōu)冷凝壓力控制比較;把傳統(tǒng)吸氣壓力的死區(qū)PI控制與吸氣壓力模型預測控制比較。結果表明,工作點優(yōu)化控制能使冷凝壓力很好的跟隨環(huán)境溫度,使冷凝壓力接近實際的最優(yōu)冷凝壓力,與常冷凝壓力控制相比降低了能耗;而吸氣壓力模型預測控制與傳統(tǒng)控制比較表明,模型預測控制使并聯(lián)陳列柜中使吸氣壓力波動減小,壓縮機電機運行效率提高,節(jié)約了能源,達到了較好的優(yōu)化效果。 【關鍵詞】：制冷系統(tǒng) 優(yōu)化控制 模型預測控制 節(jié)能
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TB65
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 分布式制冷控制系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制問題的研究意義14-16
• 1.2 分布式制冷控制系統(tǒng)國內外研究和應用現(xiàn)狀16-20
• 1.2.1 分布式制冷控制系統(tǒng)仿真數(shù)學模型的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 分布式制冷控制系統(tǒng)控制方法的研究和應用現(xiàn)狀18-20
• 1.3 本課題研究的主要內容及章節(jié)安排20-23
• 第二章 蒸汽壓縮制冷循環(huán)原理和超市制冷系統(tǒng)結構23-38
• 2.1 蒸汽壓縮制冷循環(huán)過程23-27
• 2.2 超市制冷控制系統(tǒng)27-32
• 2.2.1 制冷系統(tǒng)基本控制結構27-29
• 2.2.2 大型超市制冷系統(tǒng)控制結構29-32
• 2.3 超市制冷系統(tǒng)數(shù)學模型32-36
• 2.3.1 制冷系統(tǒng)各部件數(shù)學模型32-34
• 2.3.2 超市并聯(lián)系統(tǒng)數(shù)學模型34-36
• 2.4 本章小結36-38
• 第三章 大型超市制冷系統(tǒng)控制模型的建立38-45
• 3.1 超市制冷系統(tǒng)模型的線性化38-39
• 3.2 超市制冷控制系統(tǒng)狀態(tài)變量和控制變量的選擇39-42
• 3.3 超市并聯(lián)制冷系統(tǒng)的控制模型42-44
• 3.4 本章小結44-45
• 第四章 超市制冷系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制方案設計45-59
• 4.1 制冷系統(tǒng)運行狀態(tài)分析45-47
• 4.2 超市制冷系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)總體結構設計47-50
• 4.3 超市制冷系統(tǒng)的工作點優(yōu)化控制50-53
• 4.4 超市制冷系統(tǒng)的動態(tài)優(yōu)化控制53-58
• 4.5 本章小結58-59
• 第五章 超市制冷系統(tǒng)的工作點優(yōu)化控制59-72
• 5.1 工作點優(yōu)化目標規(guī)劃及求解59-63
• 5.2 超市制冷系統(tǒng)工作點優(yōu)化控制目標描述63-67
• 5.2.1 制冷系統(tǒng)能量最小工作點優(yōu)化問題描述63-64
• 5.2.2 系統(tǒng)運行條件對優(yōu)化問題的影響64-67
• 5.3 超市制冷系統(tǒng)冷凝壓力優(yōu)化控制67-71
• 5.4 本章小結71-72
• 第六章 超市制冷系統(tǒng)的動態(tài)優(yōu)化控制72-84
• 6.1 超市制冷系統(tǒng)吸氣壓力的傳統(tǒng)控制方法72-73
• 6.2 超市制冷系統(tǒng)吸氣壓力優(yōu)化控制73-78
• 6.2.1 混合邏輯動態(tài)模型73-74
• 6.2.2 基于混合邏輯動態(tài)模型預測控制的超市制冷系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化控制74-78
• 6.3 優(yōu)化控制節(jié)能潛力分析78-83
• 6.4 本章小結83-84
• 第七章 超市制冷系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制仿真實驗84-100
• 7.1 超市制冷系統(tǒng)仿真平臺的建立84-91
• 7.1.1 超市制冷系統(tǒng)各部件仿真模型84-90
• 7.1.2 超市制冷系統(tǒng)仿真平臺90-91
• 7.2 超市制冷系統(tǒng)冷凝壓力優(yōu)化控制仿真91-94
• 7.3 超市制冷系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化控制仿真94-98
• 7.4 本章小結98-100
• 第八章 總結與展望100-102
• 參考文獻102-107
• 附錄 A107-110
• 附錄 B110-122
• 附錄 C122-123
• 附錄 D123-124
• 附錄 E124-125
• 致謝125-126
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文126

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