低温辐射地暖温控器的开发研究

【摘要】： 随着国民经济的快速发展和现代生活水平的迅速提高,低温地板辐射采暖技术得到广泛的应用,成为人们首选的采暖方式。温度控制作为影响低温地板辐射采暖效果的主要因素,已成为暖通行业及控制领域的研究重点。 本文采用具有理论和实际意义的Fuzzy-PID和预测模糊控制方法,研究了低温地板辐射采暖温度控制算法,设计出低温地板辐射采暖温控器,并通过实验验证。 首先,利用传热学的基本原理,依据直通式地板散热器的结构,建立了简化动态数学模型,研究了系统的不同参数对低温地板辐射采暖系统的影响,针对不同特性参数做了MATLAB模拟仿真,得出各种情况下房间内温度的分布,总结出低温地板辐射采暖系统的一些规律。 其次,针对数字PID控制难以适应非线性系统的动态变化,不能实现最优调节等问题,本文研究了参数自整定Fuzzy-PID控制,通过模糊规则调节PID的三个参数,仿真结果表明该方法能较好的解决数字PID控制对被控对象的依赖性强、抗干扰能力弱的问题;利用T-S模型对输入受限的非线性和时滞系统进行建模,研究应用了预测模糊控制,将输入约束变成线性矩阵不等式形式。仿真结果表明方法的有效性。 最后,研制了低温地板辐射采暖模拟实验装置,并采用freescale单片机设计制作了低温地板辐射采暖温控器,将所提出的Fuzzy-PID控制方法应用于温控器的软件编程中,并进行实验验证。实验结果充分证明了本文设计的温控器提高了系统控制精度,优化了系统性能,保证低温地板辐射采暖系统运行稳定。 【关键词】：低温地板辐射采暖 温度控制 单片机 Fuzzy-PID 参数自调整 预测模糊
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP273.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题的来源及意义11
• 1.2 国内外发展与研究动态11-13
• 1.2.1 国外发展与研究动态11-12
• 1.2.2 国内发展与研究动态12-13
• 1.3 地板辐射采暖的节能原理13-14
• 1.4 控制理论在采暖领域的进展14-18
• 1.4.1 温度控制技术的发展14
• 1.4.2 PID 控制14-15
• 1.4.3 模糊控制15
• 1.4.4 模糊PID 控制15-16
• 1.4.5 预测控制16
• 1.4.6 预测模糊控制16-18
• 1.5 课题研究的主要内容18
• 1.6 本文所做的工作18-20
• 第2章 直通式地板辐射采暖系统数学模型的建立20-30
• 2.1 数学模型的建立20-25
• 2.1.1 直通式地面散热器的结构20-21
• 2.1.2 模型假设21
• 2.1.3 传热模型的建立21-23
• 2.1.4 室外温度对室内温度的影响23
• 2.1.5 供水流量对房间温度的影响23-24
• 2.1.6 建筑辅助结构的热损耗.24-25
• 2.2 模型仿真25-28
• 2.2.1 室温升温特性26
• 2.2.2 供水流量的影响26-27
• 2.2.3 供水温度的影响27-28
• 2.2.4 外界环境的影响28
• 2.3 本章小结28-30
• 第3章 模糊PID 与预测模糊控制30-43
• 3.1 模糊PID 控制30-35
• 3.1.1 模糊PID 原理30-32
• 3.1.2 模糊PID 在温度控制中的应用32-35
• 3.2 预测模糊控制35-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第4章 温控器的软硬件设计43-58
• 4.1 温控器的硬件结构43-44
• 4.2 温控器的主要功能模块44-51
• 4.2.1 LCD 显示界面与功能设置44-46
• 4.2.2 信号检测电路46-47
• 4.2.3 A/D 位数的选择47-49
• 4.2.4 实时时钟电路49-50
• 4.2.5 无线传输模块50
• 4.2.6 控制执行模块50-51
• 4.2.7 电源转换及保护模块51
• 4.3 温控器的软件设计51-57
• 4.3.1 主程序说明52
• 4.3.2 控制算法子程序52
• 4.3.3 D51302 子程序和无线收发子程序52
• 4.3.4 A/D 转换子程序52-53
• 4.3.5 按键子程序53-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 温控系统的模拟及控制实验58-69
• 5.1 实验目的58
• 5.2 低温地板辐射采暖系统模拟装置的设计58-62
• 5.2.1 模拟装置的结构设计58-60
• 5.2.2 模拟装置监控电路的设计60-62
• 5.3 实验测试内容62-63
• 5.3.1 室温随时间变化的关系.62
• 5.3.2 流量与室温之间的关系.62
• 5.3.3 环境温度与室温之间的关系62-63
• 5.4 实验结果与分析63-67
• 5.4.1 实验数据的采集63
• 5.4.2 室温随时间的变化关系.63
• 5.4.3 室温随供水的变化关系.63-64
• 5.4.4 室温与环境温度之间的关系64-65
• 5.4.5 温控器分时段控制的效果65-66
• 5.4.6 温控器性能测66-67
• 5.4.7 控制方法对比67
• 5.5 本章小结67-69
• 结论69-70
• 参考文献70-75
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果75-76
• 致谢76-77
• 作者简介77

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