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基于LonWorks技术的变风量空调多变量解耦控制的研究

王军  
【摘要】: 变风量空调系统具有多变量、彼此耦合强烈、非线性等特点,其自动控制系统的多个控制回路同时工作时,各个控制回路之间具有强烈的耦合作用,相互影响,相互干扰。这种耦合作用直接影响到变风量空调系统的控制品质和稳定性,本文通过建立被控对象的数学模型和设计解耦控制系统的方法以减小多个控制回路之间的耦合,提高变风量空调系统的控制性能和稳定性。 本文首次建立了变风量空调系统的机理模型,并通过采用机理分析和实验数据分析相结合的方法,建立了所研究的五输入、五输出的变风量空调系统的传递函数矩阵,并对这五个控制回路的被控对象的非线性数学模型,采用两种方法加以处理:第一种方法是在系统的工作点附近进行泰勒级数展开,使输出的变化量与输入的变化量之间呈现近似的线性关系;第二种方法是将非线性的数学模型进行分段线性化,即用分段线性化来逼近非线性化的模型。本文研究表明,这两种线性化方法用来处理变风量空调系统的非线性问题都是有效的。 解耦控制是一个难度比较大的研究领域,很重要的原因是解耦补偿器的设计很困难,一般情况下,三输入、三输出系统解耦的难度就已经很大。本文采用前馈补偿法设计了变风量空调系统的解耦补偿器,并得出了五输入、五输出变风量空调系统前馈补偿解耦器的传递函数矩阵,该解耦补偿器可以使本文所研究的变风量空调控制系统的开环传递函数矩阵和闭环传递函数矩阵都变换为对角矩阵,从而解除五个控制回路之间的耦合,使变风量空调系统实现解耦。此前未见到国内外文献有这方面的报道。 本文采用逆推法与遗传算法相结合的PID控制器的设计方法可以有效地控制变风量空调系统。本文直接找出PID参数与闭环控制系统的特征方程的根之间的关系,只要使特征方程的根在z平面的单位圆内任意取值,然后再求出相应的PID参数,则闭环控制系统必然是稳定的。本文所采用的这种确定PID参数的方法,虽然可以使特征方程的根在z平面的单位圆内任意取值,但各种取值情况对变风量空调系统的控制品质的影响却不同,因此,要对各种特征方程的根的取值情况进行寻优,本文采用遗传算法对特征方程的根进行寻优,从而使控制器的参数得以优化。 西安建筑科技大学博士学位论文 一 本文在变风量空调系统解耦控制的研究过程中,将网络控制技术中的Lonworks技术与变 风量空调技术有机地结合起来,建立了基于Lonworks技术的变风量空调解耦控制实验系统, 目前国内尚未见到有关这方面的报道,该实验系统在国内具有先进水平。 本文提出了实现Lonworks和METASYS网络进行数据交换的新见解。在本文所研究的变风 量空调解耦控制系统的实验装置中,存在着Lonworks和METASYS两套系统,而这两套系统的 通信协议遵守不同的标准,使得这两套系统之间的数据交换出现困难。本文在处理这一问题时 采用了一个巧妙的方法。由于 LON网络、METASYS网络及Visual Basic都支持动态数据交换 (DDE)协议,因此,可以将 LON网络的数据通过该系统中的 LNS DDE Server送到 Visual Basic上;同时将METASYS网络的数据通过 Metalink DDE送到同一个Visual Basic上,经过 Visual Basic进行处理后,分别送给LON网络和WITASYS网络,从而实现这两个网络的数据 交换。该方法简单实用,不仅节省了硬件投资,还节省了开发网关所需的时间。


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