制冷系统的改进Smith预估补偿和解耦控制

摘要：

【摘要】首先,本文在实验的基础上对制冷系统进行了模型辨识,得到并验证了双输入双输出的二阶传递函数矩阵.其次,提出了制冷系统的改进Smith预估补偿和解耦控制方法,并进行了仿真验证.最后,提出恒定蒸发温度控制和变最小过热度控制相结合的双闭环控制方案.此外,本文给出了最小过热度曲线的实验获取方法.结果表明,与常规PID控制相比,该方法在辨识模型存在强耦合和纯滞后以及模型参数存在一定偏差时仍能保证较好的稳态和动态性能,满足制冷系统变负荷变最小过热度的控制要求.
【关键词】制冷装置；压缩机；变频器；纯滞后； Smith预估；变负荷；过热度；
【基金】国家科技支撑计划子课题专项资金资助项目(2008BAJ08B20.3)

引言：

【引言】建筑能耗约占社会商品总能耗的30%, 其中制冷系统所占比例最大. 节能一直是制冷系统控制的研究热点. 目前制冷系统运行通常保持额定压缩机频率不变, 通过调节热力膨胀阀保持蒸发器过热度恒定, 通过调节冷冻水泵转速以匹配变化的热负荷. 由于设计及运行特点, 制冷系统常常工作在非额定工况, 运行效率低. 近年来, 变压缩机频率和变蒸发器过热度控制成为制冷系统节能控制的研究热点. 一方面, 根据系统热负荷调节压缩机频率可以大幅度减少电耗; 另一方面, 通过电子膨胀阀调节过热度可以提高蒸发器的换热效率. 制冷系统是一个高度非线性、强耦合系统, 其机理模型存在偏导数和高阶的特点, 分析十分复杂, 本文采用模型辨识的方法获得制冷系统的二阶传递函数矩阵. 国内外对于蒸发器过热度控制基本采用单回路PID控制, 过热度易产生震荡. 观察辨识模型, 过热度震荡的原因在于模型含有纯滞后环节.

作者：

李兆博；吴爱国；何熠；翟文鹏

作者单位：

天津大学电气与自动化工程学院；