我国供暖规模大,发展快,能耗高。随着我国经济的不断发展,我国能源需求越来越紧张,而人民生活水平的不断提高,使得人们对生活舒适性的要求也越来越高,因此,研究供热系统的控制方法,提高供热效率,对满足人民热舒适性要求、节能以及减少环境污染等方面都具有重要的现实意义。
本文对区域锅炉房集中供热系统进行了深入研究,采用综合建模方法建立了供热系统的时域模型。首先将系统分为链条炉排燃煤锅炉、供热管网、热用户三个主要子系统,分别进行建模。然后对各个子系统模型进行了适当简化,根据现代控制理论中的串并联理论,将3个子系统模型统一成一个多输入多输出的现代空间方程模型。利用线性系统理论相关定理对系统模型进行能控性,能观性分析,最终证明所建立的模型是完全能控能观的。
在此基础上,本文引入线性二次型最优控制理论对整个直连网供热系统进行整体控制。通过对系统的控制目标(即误差最小和能耗最小)的分析,确定了二次型性能指标,进而设计了一种最优跟踪控制器。此最优跟踪控制器将用户舒适性要求和节能控制有机结合起来,在保证用户舒适性的前提下,使系统最优化运行,从而达到节能的目的。通过Matlab7.1仿真研究表明,本文设计的最优跟踪控制与普通的控制相比,能耗低,系统性能稳定。
供热系统本身是一个存在大滞后的系统,为了更好的解决系统滞后问题,本文采用BP神经网络理论,建立了室温预测模型。以建大·教授花园为依据,完成了样本数据的采样,对模型进行了训练及预测仿真,预测效果能较好地满足控制要求。
本文最后以建大·教授花园供热系统为参考,针对用户可自主调节的直连网供热系统,将最优控制器、室温预测控制器应用到实际系统中,参与完成了供热控制系统的软硬件总体设计。以工控机作为主要控制设备,采用组态王6.02软件编写了相关DCS控制系统的组态控制程序,并利用PLC实现了多泵控制。结合实际运行结果显示,系统控制稳定,节能效果理想。本课题的研究成果,同时也可为间联网区域供热系统提供理论基础。
