基于模糊PID的通信机房温度调节节能系统的研究

【摘要】： 由于现代通信设备功率负荷大,单位体积发热高,即使在寒冷的冬季,机房仍然需要通过空调压缩机不断制冷,达到通信设备对环境温度的要求。在实际运行中,需要机房空调全功率、长时间运行,只要机房设备在运行,机房空调就必须开机。实际空调热负载在绝大部分时间远比额定负载低。空调用电量占机房总用电量的50%左右,因而存在较大的节能潜力。特别在我国北方地区,冬季时间较长,有着丰富的可以利用的自然冷源。因此,利用自然冷源调节机房温度,是解决机房节能的一个突破口。 本文通过对水泵、室外风机运转的智能控制,将室内热量由乙二醇溶液循环系统传送到室外冷凝器,在冷环境下散发出去,达到降温的目的,这样就把原有机房降温需大功率空调压缩机的运转转化为小功率泵的运行,减小了功率消耗,同时还可依据冷源储量调节泵与风机的运行时间,做到节能、环保、原材料综合利用和延长设备使用寿命等多项优点的结合,在理论计算与试验运行多方面检测中达到预期设想。 由于系统存在很大程度的非线性、大滞后和不确定性,本文在设计过程中结合了模糊控制和PID控制算法的优点,采用模糊自适应PID控制技术,既可保证系统温度调节的快速性,又可满足系统的稳定性,并且系统稳态误差小。同时利用MATLAB的Simulink工具箱,针对通信机房温度调节系统建立了控制模型。在变负荷、变参数的情况下进行了仿真。仿真结果表明,模糊PID控制算法能适应通信机房温度控制的要求,在响应速度、稳态精度及抗干扰能力等方面均优于传统PID控制,具有较好的鲁棒性。 以飞思卡尔S12单片机为控制核心辅以键盘输入、显示、通信等模块设计硬件电路实现了人机结合,在CodeWarrior特殊版本C交叉编译软件环境上编写、调试程序,保证系统快速智能的控制,并达到良好的节能效果,必将在未来发挥卓越的作用。 【关键词】：节能 温度控制 模糊PID控制 MATLAB仿真
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP273.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题背景9-12
• 1.1.1 通信机房节能背景9-11
• 1.1.2 恒温系统的发展与研究现状11-12
• 1.2 本文研究的目的意义12-14
• 1.2.1 本文研究的目的12-13
• 1.2.2 系统工作基本原理13-14
• 1.2.3 本文研究的意义与目标14
• 1.3 本文研究主要内容及解决的问题14-16
• 2 控制系统理论研究16-32
• 2.1 控制系统16-18
• 2.1.1 控制系统品质要求16
• 2.1.2 自动控制系统性能指标16-18
• 2.2 PID控制技术18-26
• 2.2.1 PID控制概述18-20
• 2.2.2 PID控制系统分析20-21
• 2.2.3 数字PID算法及改进21-22
• 2.2.4 PID控制各个环节分析22-24
• 2.2.5 常用PID参数整定方法24-26
• 2.2.6 PID控制未来发展26
• 2.3 模糊控制原理26-29
• 2.3.1 模糊控制器的结构组成26-27
• 2.3.2 模糊控制器的设计方法27-29
• 2.3.3 模糊控制器的局限性及改善方法29
• 2.4 模糊自适应PID概述29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 控制对象数学分析与控制方案选择32-36
• 3.1 控制对象数学分析32-34
• 3.2 控制方案的确定34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 4 通信机房温度模糊PID控制器的设计及仿真36-54
• 4.1 本系统模糊PID控制器的设计要求36
• 4.2 本系统模糊PID控制器的设计36-48
• 4.2.1 确定模糊控制器的结构及隶属度函数36-38
• 4.2.2 确定模糊控制规则38-45
• 4.2.3 解模糊及确定模糊控制查询表45-48
• 4.3 MATLAB仿真48-53
• 4.3.1 Simulink工具箱简介48
• 4.3.2 常规PID控制算法的Simulink仿真48-50
• 4.3.3 模糊PID控制算法的Simulink仿真50-51
• 4.3.4 变模型及加入干扰后PID与模糊PID仿真比较51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 通信机房温度调节节能系统设计54-70
• 5.1 硬件设计54-65
• 5.1.1 控制核心简介54-59
• 5.1.2 系统硬件电源电路设计59-60
• 5.1.3 温度采集电路及隔离设计60-61
• 5.1.4 键盘模块61-62
• 5.1.5 显示模块62-63
• 5.1.6 时钟电路63
• 5.1.7 S12单片机的RS232串行通信电路设计63-64
• 5.1.8 继电器驱动电路64
• 5.1.9 保护电路64-65
• 5.2 系统软件设计65-66
• 5.3 抗干扰分析66-67
• 5.4 实验及数据分析67-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-74
• 附录A74-76
• 附录B76-80
• 攻读学位期间发表的学术论文80-81
• 致谢81-82

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