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基于嵌入式的VRV空调末端控制器设计

基于嵌入式的VRV空调末端控制器设计

作者：刘芮辰沈阳工业大学

学位级别：硕士

vrv中央空调系统在中小型商业建筑和别墅中得到广泛应用,具有舒适性高、可控性好等优点;各房间装置可以独立调节,能够准确满足不同房间对于热量负荷的要求。由于室内环境不同,室内空调末端装置对制冷剂的需求也不同,合理分配制冷剂流量... 详细信息

vrv中央空调系统在中小型商业建筑和别墅中得到广泛应用,具有舒适性高、可控性好等优点;各房间装置可以独立调节,能够准确满足不同房间对于热量负荷的要求。由于室内环境不同,室内空调末端装置对制冷剂的需求也不同,合理分配制冷剂流量对空调末端装置以及整个空调系统的能耗有很大影响。目前环境形势恶劣,空调的节能设计有重大的意义。针对室内温度调节的不确定性,为了达到室内温度控制的快速性和准确性,本设计做了以下工作。首先介绍了VRV空调的工作方式,分析了VRV空调末端蒸发器的热交换原理。发现室内温度控制中存在非线性、滞后性和耦合性。室内末端控制器通过控制电子膨胀阀和风机实现冷媒流量控制和热量交换控制。模糊控制方法动态控制效果好,但稳态控制精确度较差,使用模糊控制方法应用在末端空调装置启动控制中。在室内温度接近设定温度时,切换到PID控制。由于PID初始参数值无法根据室内实际情况进行变化,为此引入遗传优化方法,对PID参数值进行优化估计,使室内温度控制更加精确,避免发生动荡。使用Simulink进行仿真,验证设计的控制方法的控制效果。接下来在此基础上使用嵌入式技术进行vrv末端控制器开发。选择STM32处理器作为末端控制器主控芯片,使用uCOSII操作系统作为控制器运行平台,使用LCD触摸屏设定温度和显示温度。在嵌入式末端控制器上使用上一节设计的控制算法,通过控制器串口与计算机软件仿真模型进行通信,验证控制器温度控制效果,证明了控制器可以按照用户需要控制室内温度,并提高了温度调节能力。

关键词： VRV空调嵌入式 STM32 模糊控制遗传PID

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VRV空调系统过热度及房间温度控制

VRV空调系统过热度及房间温度控制

作者：于博沈阳工业大学

学位级别：硕士

近年来,VRV空调系统因设备数量少、安装布置灵活、运行节能高效、维护简单方便、冷量分配灵活等优点,被广泛应用于办公楼、宾馆、商场和别墅等中小型建筑中。VRV空调系统是由一台变频压缩机、一个冷凝器、多个室内蒸发器和多个电子膨胀... 详细信息

近年来,VRV空调系统因设备数量少、安装布置灵活、运行节能高效、维护简单方便、冷量分配灵活等优点,被广泛应用于办公楼、宾馆、商场和别墅等中小型建筑中。VRV空调系统是由一台变频压缩机、一个冷凝器、多个室内蒸发器和多个电子膨胀阀构成的一个多变量、强耦合、非线性的系统,对变频压缩机转速和电子膨胀阀开度的协调控制是保证系统安全高效运行的关键。针对VRV空调系统中房间温度和过热度的调节问题,本文进行了相应的研究工作。在阅读了大量中外文献的基础上,总结了VRV空调系统现阶段的研究进展,分析了变频压缩机、冷凝器、蒸发器、电子膨胀阀的工作机理和模型。通过分析可知,在VRV空调系统中,由于蒸发器和冷凝器中的制冷剂状态与其中的压力、温度有着紧密的联系,通过机理建模得到的模型必然是高阶的、非线性的。在实际控制器的设计过程中,需要将模型进行简化处理,这会带来一定的建模误差。前人通过辨识实际VRV空调系统的运行参数,得到了低阶、线性增量式的状态模型,本文以该模型为基础,建立了适用于控制器设计的离散化的状态空间模型。该离散化模型是原有模型的推导与变换,既保留了原有模型的精度,也使控制器的选择更为广泛。在VRV空调系统离散化状态空间方程的基础上,将房间的温度偏差、蒸发器最佳过热度及控制器的输出增量作为系统的综合优化目标,基于最优控制策略,研究了房间温度和蒸发器过热度的最佳控制方法,实现VRV空调系统的整体节能优化运行。MATLAB的仿真结果表明,针对VRV空调系统的多种运行工况,该控制方法能够满足控制精度和过热度的安全性的要求。针对最优控制器无法克服由建模误差带来的系统参数不确定性的问题,本文设计了鲁棒控制器,以克服模型参数的不确定性,达到理想的控制精度,并使用MATLAB软件进行仿真实验。仿真结果表明,在VRV空调系统多种运行工况下,所设计的鲁棒控制器能够克服模型参数不确定性对运行性能的影响,仿真曲线变化平稳,没有波动,空调运行安全可靠。

关键词： VRV空调房间温度过热度离散最优控制离散鲁棒控制

基于模糊PID前馈控制的VRV空调控制方法研究

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计算机测量与控制 2020年第12期28卷 65-69页

作者：郭兆明李树江张俊沈阳工业大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110870

变制冷剂流量(vrv)空调系统由于其舒适性、环保性和节能性得到了广泛的应用,但其系统具有多变量、非线性、强耦合等特点;对于这个问题,在VRV空调系统房间模型基础上,应用仿真实验以及数学建模的方式建立蒸发器过热度、制冷剂质量流量以... 详细信息

变制冷剂流量(vrv)空调系统由于其舒适性、环保性和节能性得到了广泛的应用,但其系统具有多变量、非线性、强耦合等特点;对于这个问题,在VRV空调系统房间模型基础上,应用仿真实验以及数学建模的方式建立蒸发器过热度、制冷剂质量流量以及电子膨胀阀的数学关系,设计了带有前馈补偿的模糊PID控制器,以过热度的偏差及其变化率作为输入,通过模糊推理在线整定的PID控制器参数,解决蒸发器过热度控制的不确定性、非线性和时变性问题,实现了对本房间过热度的精准控制;其次,针对不同房间负荷变化产生相互影响的耦合现象,将本房间以外的制冷剂总流量的变化及其变化率作为输入,设计了基于模糊控制的前馈补偿器,修正电子膨胀阀开度;然后,对所设计的控制方法进行仿真验证,模拟了多种vrv中央空调系统在不同房间的工况和负荷改变时的仿真实验,结果表明过热度控制方法可行、有效,可以针对存在耦合的房间进行精准的过热度调节。

关键词： VRV空调模糊PID 前馈补偿过热度

VRV空调室外机周围环境气流模拟及实验研究

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VRV空调室外机周围环境气流模拟及实验研究

作者：韩伟青岛理工大学

学位级别：硕士

变制冷剂流量空调系统(vrv, Variable Refrigerant Volume)以其控制方便，布置灵活，节能等优点越来越广泛的应用在各类建筑中。而对于风冷式变制冷剂流量空调系统，室外机进排风温度直接影响到空调系统运行能耗，因此确保室外机的进排... 详细信息

变制冷剂流量空调系统(vrv, Variable Refrigerant Volume)以其控制方便，布置灵活，节能等优点越来越广泛的应用在各类建筑中。而对于风冷式变制冷剂流量空调系统，室外机进排风温度直接影响到空调系统运行能耗，因此确保室外机的进排风温度和速度，室外机使达到高效换热效果，才能保证空调机组高能效比运行。所以，研究室外机运行与其周围环境的换热情况并优化空调室外机布置，对指导工程设计以及建筑节能有重要意义。本文以潍坊阳光大厦为例，采用k-ε双方程模型，针对大厦夏季室外机进排风温度升高、冬季进排风温度减低的问题，利用Fluent公司推出的专业软件Airpak3.0进行模拟研究。首先，对CFD计算原理和方法从数学理论的角度进行全面阐述，并通过对模拟结果和实测结果的比较，验证用这种模拟方法对实际工程模拟的可行性;其次，通过理论估算得机房百叶倾角和百叶开率范围，模拟不同百叶倾角下室外机周围环境并验证理论计算结果，确定了最佳改造方案;最后，从百叶倾角、百叶开口率、室外风环境等情况下，确定影响室外机进排风温度升高的主要因素，并根据实际工程总结出多联机机房的设计要点。

关键词： VRV空调室外机 CFD 气流模拟排风温度

VRV空调控制系统的半实物仿真平台研究与开发

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VRV空调控制系统的半实物仿真平台研究与开发

作者：江斌中国海洋大学

学位级别：硕士

变制冷剂流量多联空调系统（简称vrv）,由于其舒适、节能、美观等优点,正越来越得到广泛应用。通常,vrv系统由一台室外机和多台室内机组成。室外机负责能量的供给,室内机负责能量分配,以满足不同的负荷需求。由于室内机之间存在互相影响... 详细信息

变制冷剂流量多联空调系统（简称vrv）,由于其舒适、节能、美观等优点,正越来越得到广泛应用。通常,vrv系统由一台室外机和多台室内机组成。室外机负责能量的供给,室内机负责能量分配,以满足不同的负荷需求。由于室内机之间存在互相影响,负荷也在不断变化,所以从控制角度来说,vrv控制系统是一个具有不确定性、多变量耦合的复杂系统。如何实现其节能、高效、舒适的控制,是VRV空调控制系统的一个关键问题。本课题针对国内在“VRV空调控制系统研究”方面成果较少、核心技术受制于人;从事控制研究的科研人员不具备制冷／制热的工程知识,很难独立从控制系统的角度对VRV空调从事研究的现状,利用Visual studio C++为开发工具和硬件在环仿真（Hardware-in-the-loop,简称HIL）技术,结合已有的VRV空调系统的蒸发——压缩周期间和温室房间的数学模型,设计并开发出一套VRV空调控制系统半实物仿真平台。本平台主要包含实物和仿真两个部分。实物部分的开发以dsPIC33FJ128MC506为中央处理器的嵌入式平台,根据半实物仿真的特点,采用模块化的方法,对主电路、通讯网络电路、人机交互电路等进行了优化设计;并结合C语言函数指针的技术设计控制算法程序,实现了功能强大、通用性良好的嵌入式控制器系统和检测装置系统软硬件设计。仿真部分主要是开发一套监控软件,在具体设计中采用一种通用仿真软件结构——“仿真编辑软件+仿真控制软件”的组合结构,将描述于软件代码中的被仿真对象信息从仿真软件中提取出来,以XML文档形式存储,并且将仿真对象的算式做成独立的DLL文件,实现信息编辑过程和仿真控制过程的分离,提高了监控软件系统得灵活性和通用性。通过在自己独立搭建的半实物仿真平台上,采用PID控制算法进行了各种不同的工况下运行的仿真试验,结果表明,本文建立的VRV空调控制系统半实物仿真平台是符合规律的,准确仿真VRV空调控制系统的工作特性,具有可行性。同时,其他学科的研究人员在此平台可以进行仿真模型的建立、推导、验证或者进行控制算法的测试,以寻求最优的控制参数等试验。因此本平台具有的综合性好、重复性高、安全经济、结果可控、不受气候条件和场地空间的限制等优点,可以有效提高控制算法研究的效率。

关键词： VRV空调半实物仿真嵌入式控制器 PID控制器