天然氣發(fā)動機(jī)驅(qū)動熱泵系統(tǒng)模糊控制研究.pdf

1、天然氣發(fā)動機(jī)驅(qū)動的熱泵系統(tǒng)(GEHP)是一種高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的新型供熱、供冷空調(diào)裝置，有很好的應(yīng)用前景，對于緩解石油緊張狀態(tài)，調(diào)節(jié)電力峰谷差有重要的意義。本文在研制GEHP原理樣機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究與理論分析，主要內(nèi)容如下： 研制了天然氣發(fā)動機(jī)驅(qū)動熱泵系統(tǒng)的原理樣機(jī)，對其進(jìn)行了匹配和系統(tǒng)的性能測試研究。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析了GEHP的一次能源利用率。利用發(fā)動機(jī)萬有特性、壓縮機(jī)特性和換熱器穩(wěn)態(tài)模型計(jì)算分析了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，比

2、較顯示在上海的氣候條件下，全年GEHP大約可以比電動熱泵節(jié)約23﹪的一次能源。 研究了GEHP的起動性能。電磁離合器吸合，系統(tǒng)起動時，相當(dāng)于對發(fā)動機(jī)加上一個突變負(fù)荷，為了避免發(fā)動機(jī)熄火，應(yīng)該突然增加節(jié)氣門開度。研究表明吸合離合器時發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度變化應(yīng)依據(jù)環(huán)境溫度和載冷劑溫度選用，那樣才會保證離合器吸合過程平穩(wěn)，減小對于壓縮機(jī)和發(fā)動機(jī)的沖擊。 在對GEHP運(yùn)行特性研究的基礎(chǔ)上，對其控制器進(jìn)行了軟、硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)

3、作為監(jiān)控機(jī)，便于監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)標(biāo)定。在軟、硬件中都采取了抗干擾措施，系統(tǒng)可以可靠運(yùn)行。 采用系統(tǒng)辨識方法，在大量測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對GEHP系統(tǒng)進(jìn)行了辨識、分析，為控制策略研究提出了參考模型。 利用建立的仿真模型分析了在模糊串級控制中控制參數(shù)改變對系統(tǒng)控制效果的影響。在采用模糊控制時，誤差變化率的量化因子k2對系統(tǒng)響應(yīng)過程的影響不大，增大k2可以使穩(wěn)定時間略微縮短；誤差的量化因子k1增大可使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，容易產(chǎn)生小

4、幅振蕩，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用較小的值；轉(zhuǎn)速的比例因子k3變化對系統(tǒng)的影響最大。通過仿真發(fā)現(xiàn)在GEHP控制中采用插值查表方法，雖然可以避免查表時的量化誤差和死區(qū)，但是由于系統(tǒng)本身存在量化誤差和噪聲，這樣做只是增加了一些計(jì)算量(插值計(jì)算)，卻沒有起到更好的控制效果。而采用最近值查表方法不但計(jì)算量小，控制效果也很好。 通過對模糊串級控制和PID串級控制的控制效果進(jìn)行了對比。研究表明模糊串級控制時，控制參數(shù)改變、量化誤差和噪聲干擾對于系統(tǒng)

5、控制效果的影響很小，而PID串級控制時，控制參數(shù)改變、量化誤差和噪聲干擾對于系統(tǒng)控制效果的影響較大。所以在本文研制的GEHP系統(tǒng)中，用模糊串級控制策略對GEHP系統(tǒng)進(jìn)行控制，參數(shù)標(biāo)定容易且抗干擾能力強(qiáng)，綜合了模糊控制和串級控制的優(yōu)點(diǎn)，很好地克服了系統(tǒng)的干擾與非線性，實(shí)現(xiàn)了GEHP系統(tǒng)變工況運(yùn)行控制，使整個系統(tǒng)有很好的部分負(fù)荷特性。 本文試驗(yàn)與仿真相結(jié)合，以控制系統(tǒng)策略研究為主要內(nèi)容，以控制器設(shè)計(jì)為目的，所采用的方法和得出的結(jié)論既