中央空调系统建模及其嵌入式控制器的设计

来源 :东华大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanji0708
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
中央暖通空调系统用于满足生产或生活的需要。由于生产或者生活中时时刻刻都有不同的发热源及冷却系统使温度维持在一定的范围之内,暖通空调系统的电子智能自动控制系统的设计是建立在维护系统正常运行的基础上的,本质上是一种非稳态的动态设计,这就使得暖通空调系统设计和暖通空调控制系统设计的一定程度的不匹配。因此需要一种相对先进的控制算法来进行实时的控制。   免疫遗传算法又称免疫算法,是受生物免疫系统原理的启发,在遗传算法的基本框架上,结合免疫系统的特殊信息处理机制发展起来的一种新型的优化算法;其可有效的改善未成熟收敛缺陷,显著提高了全局和局部搜索能力。将免疫算法应用于PID参数整定技术,明显的加强了PID参数整定能力,提高了PID控制的效率,对于工业控制具有一定的现实意义。   本文首先建立中央暖通空调系统的模型,通过模糊免疫的方法对HVAC系统进行P、I、D参数整定,并在Matlab进行软件仿真,以体现这种算法的优越性;然后在基于ARM(Cortex-M3)的硬件平台上,借助MDK集成开发环境及RTX实时操作系统,实现这种控制算法,设计出一种基于模糊免疫PID算法的HVAC嵌入式控制器,以达到对于具有非线牲、滞后大、惯性大、多干扰特性中央空调系统实现良好的控制。论文的主要研究内容和创新点如下:   (1)模糊免疫PID控制算法在中央空调系统中的应用研究   暖通空调的控制普遍采用PI或PID控制方法,而其中P、I、D的参数的整定问题是关键的课题。根据生物免疫机理,免疫算法应运而生,而将免疫算法和模糊算法相结合,应用到传统的PID控制方法中,便是模糊免疫PID算法。这种算法具有更好的控制效果。本章首先建立非线性、滞后大、惯性大、多干扰特性的中央暖通空调系统的控制模型,然后将模糊免疫进行P、I、D参数的整定的方法应用到中央空调系统的控制中,通过Matlab仿真,发现其控制效果具有很好的改良。   (2)HVAC嵌入式控制器的硬件设计   ARM公司是全球领先的半导体知识产权(IP)提供商,并因此在数字电子产品的开发中处于核心地位。ARM CortexTM-M3处理器具有出色的计算性能和对事件的卓越系统响应,低动态和静态功率,高性能低成本的特点。STM32F103系列产品则是基于CortexTM-M3核,由著名半导体厂商ST推出的SOC芯片。该芯片主频72MHz,集成ADC、DAC、UART、I2C等外设,非常适合作为HVAC系统的主控芯片。我们基于STM32F103RBT6设计了一个HVAC嵌入式控制器,包括MCU的最小系统;信号的采集电路;通信电路;LCD的人机界面电路;控制输出电路;数据存储电路等主要部分,并在此硬件电路上进行模糊免疫PID算法的软件实现。   (3)HVAC嵌入式控制器的软件设计   在STM32F103RBT6的硬件电路上,利用ARM公司推出的MDK开发环境,使用了工业控制领域得到广泛应用的RTX实时操作系统,将模糊免疫算法在中央空调系统中的应用研究成果软件实现,设计出基于模糊免疫PID算法的中央暖通空调的嵌入式控制器。该嵌入式控制器由TFT1.6寸真彩的液晶显示屏配合按键组成的人机交互界面;支持USB、CAN、串口等多种通信方式;具有实时时钟、历史记录、信号采集、控制输出、蜂鸣报警等软件功能。
其他文献
本文主要研究在有界区域上随机粘性Cahn-Hilliard方程d((1-α)u-α△u)+(△2u-△f(u))dt=dW,(x,t)∈G×(t0,∞),u(x,t)=0,(x,t)∈аG×[t0,∞),的吸引子问题,这里α,μ∈[o,1l是
本文设计了一种具有网络通信功能的PID控制器,该控制器不仅可以对温度、压力、液位等控制对象进行PID控制,而且能够将被控对象参数和控制信息通过网络传送给互联网上的计算机
睡眠作为人类基本的生理活动,对人体的生命健康起着至关重要的作用。脉搏信号作为人体重要的生理参数之一,因其包含有丰富的生理特征信息而与身体的健康状况密切相关。因此,如何
广义预测控制结合了预测控制和自适应控制的优点,在工业过程控制中应用前景广阔。本文主要讨论了广义预测控制的几点改进方法,并通过仿真及实验研究两方面验证了改进算法的有
随着科技的快速发展,介入植入动脉支架已成为当代攻克主动脉瘤等多种疾病的新兴治疗方法。荷兰Leiden大学医学研究中心的研究者提出了透视 X线成像立体摄影测量分析技术(FRSA)
乙酸正丙酯是一种用途非常广泛并且具有特殊水果香味的有机溶剂。目前的生产方法是用乙酸甲酯跟正丙醇酯交换反应生成乙酸正丙酯跟甲醇。但是这种生产方法存在一些不足之处,比
物位的实时检测在实际生活中和科学实验研究中占据着极其重要的地位。特别在现代工业中,物位的实时检测技术和自动控制技术至关重要。例如:洗煤厂料位的实时监测;化工企业原料
随着计算机和网络通信技术的快速发展以及生产实践对系统与设备安全性和可靠性要求的日益提高,针对复杂的网络传输过程的故障检测问题研究已经受到广泛关注。但是由于网络的
本课题是在中-俄(NSFC-RFBR)国际(地区)合作与交流项目:“基于空气、冰与水的物理特性测量冰厚度与力学强度的理论与试验研究(课题编号:60811120556)”、高等学校博士学科点博
随着电网互联程度的增加和电力市场的出现,电力系统的运行环境变得更加复杂,其安全稳定运行受到越来越大的挑战。如何利用先进控制手段提高电力系统在紧急状态下的安全稳定性