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《北京邮电大学》 2011年
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太阳能新风系统设计与控制方法研究

杨军  
【摘要】:论文研究一种太阳能与相变蓄热技术相结合的新型新风系统,属于绿色能源与节能领域的研究课题,研究内容具有很好的应用前景及社会效益。 论文首先建立了小型太阳能新风系统模拟装置,完成了系统建模、仿真与控制方法的研究,为太阳能新风系统实际实验平台的研制奠定了基础。然后,完成了太阳能相变蓄热新风系统实验平台的系统方案设计与研制工作,深入分析了这种新型新风系统的运行规律,对新风系统的控制方法进行了理论研究与实验验证。 论文的主要研究工作及成果如下: l、建立了小型太阳能新风系统模拟装置,进行了设计方案验证、多种运行模式控制实验等研究工作。根据模拟系统的热力学特性及实验数据,构建了仿真模型,结合模糊控制实验对仿真模型进行了验证。 2、针对太阳能相变蓄热新风系统实验平台测控量多、运行模式多,控制关系复杂等特点,提出了系统设计方案,建立了基于太阳能和相变蓄热技术的新风系统实验平台。该实验平台采用相变蓄热材料进行储能,在无日照时可继续提供热能,实现对太阳能的有效利用;实验平台具有9种运行模式,可进行多种环境条件下对新风控制的实验研究。 3、在新风系统实验平台上设计完成了大量控制实验,对不同运行模式、不同运行阶段的特性进行了探索和研究,获得了较为全面的新风系统运行特性与控制规律,包括新风温度与变频器控制电压之间的控制关系、变频器控制电压范围、新风温度可控范围、太阳能热水温度与新风设定温度关系、模式切换时的系统特性等,为后续系统控制器的设计提供了充分的实验数据与控制经验。 4、针对太阳能相变蓄热新风系统的参数时变、非线性、环境影响因素多等特点,提出了有效的模糊控制策略。该策略采取针对不同的运行模式设计不同的模糊控制规则,以及在同一运行模式下粗调模糊控制器与细调模糊控制器相结合的控制方案,在提高系统响应速度的同时确保了系统的控制精度与稳定性。实验结果证明,这一控制策略的运用保证了对新风系统温度的准确控制。 5、将自适应神经模糊控制技术应用于太阳能相变蓄热新风系统的模糊控制器设计,根据BP神经网络理论,依据实验数据样本,实现Takagi-Sugeno型模糊控制器的自动建立。此方法可成为新风系统模糊控制规则设计的有效辅助手段,提高模糊控制器的设计效率。实验结果表明,自动建立的模糊控制器在太阳能全部供新风和蓄热槽供新风两种运行模式下的控制结果达到了人工设计模糊控制器的控制精度。 6、提出了PID继电自整定与单神经元自适应PID控制相结合的方法,并应用该方法设计了太阳能相变蓄热新风系统的自适应PID控制器。该自适应PID控制器具有在继电自整定确定初始参数的基础上进行自适应参数调整的特点。通过不同新风温度设定控制实验以及不同运行模式变换时对新风温度的稳定控制实验,其实验结果满足新风系统的控制精度要求。
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