谷电固体储热供暖系统控制策略研究

作     者：杨成祥 

作者单位：沈阳工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于洪霞

授予年度：2019年

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：谷电固体储热供暖系统 系统辨识 分工况变论域模糊PID 自适应前馈 PLC 

摘      要：电制热供暖正逐步代替燃煤供暖成为城市供暖的主要方向,特别是利用夜间廉价的谷电供暖既环保又能降低供暖成本,然而谷电有时间段限制,采用固体氧化镁为储热材料的谷电固体储热供暖系统将夜间谷电以热的形式储存起来,并实现24小时热能的输出,在谷电储热供暖领域具有广阔的应用前景。目前大部分的储热供暖系统都是通过手动调节阀门开度来实现供暖温度的调节,供暖效果无法保证,研究一种实用可靠的谷电固体储热供暖系统控制策略,实现供暖温度的自动调整并保证供暖的稳定性和可靠性对谷电固体储热供暖技术的推广具有重要意义。本文围绕谷电固体储热供暖系统的温度调节,在对谷电固体储热供暖系统运行特性进行分析的基础上,确定了其离散化数学模型的具体形式。根据供暖系统有出水和回水两种不同供暖模式,以及储热供暖装置有储放热供暖和单纯放热供暖两种不同的运行工况,利用云平台采集的系统运行数据,采用遗忘因子递推最小二乘算法对不同供暖模式和不同运行工况下的谷电固体储热供暖系统进行了辨识。针对谷电固体储热供暖系统不同供暖模式不同运行工况下系统参数变化较大的问题,设计了分工况变论域模糊PID控制系统,并对论域伸缩因子调整单元和分工况模糊PID单元进行了设计。又针对分工况变论域模糊PID控制存在稳态误差问题,分析存在稳态误差原因为调节过程中储热炉温度实时变化,引入以储热炉温度为可测变量的自适应前馈补偿控制,提出了分工况变论域模糊PID自适应前馈补偿控制策略,前馈控制自适应调节。仿真结果验证了分工况变论域模糊PID控制能适应系统参数变化,虽然存在稳态误差,但符合国家供暖要求,改进之后的分工况变论域模糊PID自适应前馈补偿控制,抗干扰能力强,解决了变论域模糊PID控制下系统存在稳态误差的问题,且加快了系统的响应速度,缩短了系统调节时间。最后,给出了利用PLC实现分工况变论域模糊PID自适应前馈补偿控制算法的具体思路,并完成了PLC硬件组态和程序设计。