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蒸汽压缩制冷系统的控制器设计及控制系统仿真

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第 1 章 绪论

1.1 课题背景

1.2 蒸汽压缩制冷系统模型的发展现状

1.2.1 动态模型的发展现状

1.2.2 稳态模型的发展现状

1.3 蒸汽压缩制冷控制系统的发展现状

1.4 课题主要研究内容及意义

第 2 章 蒸汽压缩制冷系统动态模型

2.1 线性化原理介绍

2.2 子系统动态模型的数学描述

2.2.1 蒸发器和冷凝器

2.2.2 压缩机和膨胀阀

2.3 系统动态模型的数学描述

2.4 动态模型的参数估计

2.4.1 平均空隙率

2.4.2 两相区管内传热系数

2.4.3 单相区管内传热系数

2.4.4 管外传热系数

2.5 模型验证

2.6 本章小结

第 3 章 蒸汽压缩制冷系统稳态模型

3.1 稳态模型的数学描述

3.1.1 蒸发器和冷凝器

3.1.2 压缩机和膨胀阀

3.2 稳态模型的求解算法

3.3 模型验证

3.4 本章小结

第 4 章 模型预测控制器设计

4.1 控制目标

4.2 模型预测控制及规划算法

4.2.1 模型预测控制

4.2.2 二次规划算法中 Hildreth 法的应用

4.3 预测控制中拉盖尔网络法的应用

4.3.1 拉盖尔函数的数学描述

4.3.2 预测控制问题的拉盖尔网络描述

4.3.3 约束的拉盖尔网络描述

4.3.4 稳定性

4.4 模型预测控制器的基本参数设置

4.5 本章小结

第 5 章 控制系统仿真

5.1 仿真实验参数设置

5.2 受控系统特征分析

5.2.1 能控性

5.2.2 能观测性

5.2.3 稳定性

5.3 跟踪能力

5.3.1 无约束条件下的跟踪能力

5.3.2 有约束条件下的跟踪能力

5.4 抗干扰能力

5.5 抗参数摄动能力

5.6 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录 B 矩阵元素

附录 C 程序

致 谢

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摘要

蒸汽压缩制冷系统(VCRS)在人们的生产和生活中有着广泛的应用,同时也消耗了大量的电力资源,它的运行效率亟待提高。然而,VCRS的变量之间不仅存在着强耦合性和非线性而且受到若干约束,传统的控制器难以保证它高效运行。  模型预测控制(MPC)可以弥补传统的控制器的不足,它的设计过程包括动态模型的建立、动态模型参数的辨识和寻优算法的设计,本文在这三个方面开展了以下研究工作:首先,建立了VCRS动态模型,完成了VCRS中各个部件模型的降阶和线性化,与实际VCRS的响应对比发现,该模型不仅能够描述VCRS的主要特性,而且还具有较高的计算精度。然后,建立了VCRS稳态模型,并利用该模型求解不同工况下系统的大部分稳态运行参数,从而减少了所需辨识的参数个数,降低了参数辨识的难度。最后,为VCRS设计了一个模型预测控制器,运用Hildreth法和拉盖尔网络法优化了MPC中寻优算法的求解过程,从而大大减少了计算最优控制动作过程的时间消耗。在MATLAB平台上,计算机仿真结果表明:即使在有约束、干扰和参数摄动的情况下,MPC系统仍然能够保证VCRS的输出快速、准确地跟踪设定值。  从研究结果来看,本文所建立的VCRS动态模型和稳态模型为MPC提供了精度较高的预测模型,本文针对VCRS所设计的MPC算法为MPC在VCRS中的应用提供了参考,具有一定的工程应用价值。

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