主动式太阳房采暖控制系统设计(上)
主动式太阳能热水供热采暖系统设计
的提 高 ，建 筑用 能迅 速增 加 ，建 筑作 为能 耗 大户 ，其
节 能设 计 显得 尤为重 要 。在建 筑 中大 力开 发 利用 太 阳
炸 管 ，并 可承 压 、产水 温度 高且 无 安全 隐 患 ，系统 稳
能 保证 率 ，按 ５ ％计 ； 为 当地 集热 器 采 光 面上 的采 ０ 暖 期平 均 日太 阳辐 照量 ，Ｊｍ之 ｄ ・ ・ ；卵 为基 于 总 面 积
离式 系统 和 闷晒式 系统 。
・
按 供 热 水 范 围划 分 为集 中供 热水 系统 和分 散 供
按 太 阳能集 热 系 统运 行 方 式 划分 为 自然 循 环 系
热水 系统 。
・
统 、直流式 系统 和强 制循环 系统 。
４ 系统 设 计
本 文 以 “ 国大 型 并 网光 伏 电站 实 证 研究 —— 中
３０ Ｗｐ ０ ｋ 并网光伏 电站”项 目太阳能采暖机房为例进
行 系统 设计 计算 。该 机 房建 筑 面积 为 １２８ｍ ，供 暖 ９． ９ 面 积 为 １６１ｍ ，跨 度 ５１ ３． ２ ． ｍ，层 高 ３ ｍ。要 求 机 房 ． ６ 供热 环境满 足室 内设备 在其 正常工 作温 度范 围内 。
的集热 器平 均 集热 效率 ，按 ５ ％计 ； 为 管路 和 储 热 ０ 装 置热损 失率 ，按 ２％计 。 ０ 经计算 ，该 系统集 热器 面积 为 １．ｍ 。 ５２ ４２３ 蓄热水 箱的设 计 ．． 蓄热 水箱 容积 应满 足 日用水 量 的需要 ，符合 太 阳能热 水 系统安 全 、节 能及 稳 定运 行 的要求 。太 阳能热水 系统 贮 水箱 的容 积 既 与太 阳 能 集 热器 总面积 有关 ，也 与热 水 系统 所 服务 的建 筑 物 的 要求 有关 ，贮 水箱 的设 计对 太 阳 能集热 系 统 的效率 和 整个 热水 系统 的性 能都 有 重要 影 响 。太 阳能热 水供 热 采 暖系统 的 蓄热水 箱 容积应 根 据 日用热 水 小 时变化 曲 线及 太 阳能集 热 系统 的供热 能 力 和运行 规 律 ，以及常 规 能源辅 助 加热装 置 的工作 制 度 、加 热特 性 和 自动温
太阳能集中供热自动控制系统设计
摘要随着社会经济的迅速发展和世界能源的紧张，工业和城市居民对供热质量和供热可靠性的要求不断提高，利用先进的自动化技术、控制技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的供热系统成为必然趋势。
本论文首先通过分析太阳能集中供热自动控制系统的基本特性和PID恒温水箱控制原理，阐述了水泵变频运行的节能原理，设计了一种恒温、变频调速恒压供水控制系统。
该系统基于西门子公司PLC及扩展模块构建硬件平台的设计方案，采用温度、水位、压力等测量变送器，对供水箱的温度参数进行检测与控制，根据采集到的温度信号控制进水阀开度的大小和加热器的通断。
供水过程中对管网末端压力及水箱水位参数进行检测和控制，并根据采集到的压力和水位信号，控制水泵的工频运行、变频运行以及启停顺序。
论文主要阐述了I/O分配表、外部端子接线图、主电路控制原理图等硬件设计及梯形图软件设计内容。
目前，本文的太阳能集中供热自动控制系统已在辽工留学生公寓住宅供热控制系统中得到应用，经实践证明该系统具有高度可靠性和实时性，极大地提高了太阳能供热的质量，并且节省了人力，具有明显的经济效益和社会效益。
关键词：可编程控制器；恒温供水；变频器；恒压供水SummaryWith therapid socio-economicdevelopment and theworld's energytension, industrial and urbanresidents'quality of heatingand heatingincreasingreliability requirements, the use ofadvanced automationtechnology, controltechnology, designhigh-performance,high energy,able to adapt todifferentfield ofheating systemshas become an inevitabletrend.This paper first analyzes the solar central heating system, the basic characteristics of the automatic control and PID control theory thermostatic water tank and pump frequency operation described energy conservation principle, the design of a constant temperature, frequency control water supply control system.Thesystem is based onSiemensPLCand expansionmodulesto buildthe hardware platformdesign, the use oftemperature, water leveland pressuremeasurement transducer,the temperature ofthe water supplytankparametersto detect and control, according to thecollectedtemperature signalcontrolledinlet valveopenthe size anddegree ofthe heateroff.Wateron theofficial website of theend ofthe processpressureand waterleveldetection and controlparameters, and according tothe collectedpressureand water levelsignals to control thepumpfrequency operation, frequencyoperation, andstart and stopsequences.Thesisdescribes theI / Oallocation table, the external terminalwiring diagram,main circuitcontrol schematicsand other hardwaredesign andsoftware designladdercontent.Currently,thissolarcentral heatingsystems haveautomatic controlengineeringstudentsinLiaoningapartmentresidential heatingcontrol system has beenapplied,the system hasprovenhigh reliability andreal time,which greatly improved thequality ofsolar heatingandsave manpower,with obvious economicand social benefits.Keywords: PLC;temperature transmitter;inverter;pressure transmitter;LevelTransmitter目录第1章绪论 (1)1.1课题设计的背景 (1)1.2简述太阳能新能源的发展趋势 (1)1.3简述太阳能热利用的意义 (3)1.4任务及要求 (3)第2章系统设计方案 (5)2.1 系统总体设计方案 (5)2.2 液位控制系统设计 (6)2.3 温度控制系统设计 (8)2.3.1 太阳能热水系统辅助热源选择 (8)2.3.2 冷热水混合方案 (9)2.4 压力控制系统设计 (9)2.4.1 变频构成恒压供水系统的构成及工作原理 (10)2.4.2 变频调速原理 (12)2.5 日用水量的确定 (13)2.6 太阳能集热面积的确定 (14)第3章硬件电路设计与器件选型 (15)3.1 I/O分析 (15)3.2 PLC及扩展模块选型 (16)3.3 I/O分配 (17)3.4 调节阀 (18)3.5 压力传感器液位传感器的选择 (19)3.6 温度传感器 (21)3.7 电机水泵 (21)3.8 变频器 (22)3.8.1 变频器的型式选择 (22)3.8.2 变频器容量选择 (23)3.8.3 变频器箱体结构的选用 (23)3.9 电磁阀 (24)3.10 电加热器选择 (25)3.11 恒压供水配电电路图 (26)3.12 水泵控制主电路设计 (27)第4章数字PID及系统编程 (28)4.1 PID调节原理 (28)4.2 PID参数设置 (29)4.3 PID设定值的调整 (30)4.4 STEP7-Micro/Win32简介 (31)4.5 程序流程设计 (32)4.5.1 液位控制系统流程图 (32)4.5.2 温度控制系统流程图 (33)4.5.3 压力控制系统流程图 (34)4.5.4 主程序 (35)4.5.5 初始化程序 (35)4.5.6 控制程序 (37)4.5.7 自动程序 (38)4.5.8 手动程序 (40)第5章设计总结 (42)致谢 (43)参考文献 (44)附录Ⅰ (45)附录Ⅱ (46)附录Ⅲ (47)第1章绪论1.1课题设计的背景太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。
主动式太阳房温度蚁群-PID控制系统研究
主动式太阳房温度蚁群-PID控制系统研究摘要：文中在研究主动式太阳房采暖系统基础上，针对其中的温度控制，提出了一种蚁群—PID的复合控制算法。
该算法利用蚁群算法在线优化PID控制器的三个参数，达到改善整个控制系统性能、取得最佳控制效果的目的。
经过仿真验证，该复合控制算法的控制性能优于常规的控制器，对主动式太阳房中的温度调节取得了良好的控制精度，以及调节的平滑性、可靠性，提高了太阳能这种可再生能源的使用效率，发挥了其在建筑节能中的作用，突出了信息技术在节能降耗中的功效。
关键词：主动式太阳房集热设备PID 蚁群算法随着我国能源需求的与日俱增，对太阳能这种可再生能源的使用愈加受到人们关注。
尤其在建筑节能中，关于太阳能的应用成为热点。
在以往主动式太阳房的控制系统中，控制系统采用常规的PID温度控制算法。
该算法使得系统的可靠性及鲁棒性都得不到最大的满足，而本文针对“主动式太阳房”这种新型的太阳能应用模式，提出了其中的温度控制算法。
如图1所示，主动式太阳房主要是由太阳能集热器、蓄热水箱、循环水泵、散热器、辅助热源、温度传感器、控制系统等组成，太阳房中的控制系统是恒温控制系统，而太阳房的采暖及供热系统主要是针对温度的控制。
在控制系统策略的选择方面，一般采用PID控制算法，若其三参数、、（­——比例系数；——微分系数；——积分系数）选择恰当，控制算法就有良好的鲁棒性及可靠性。
因此，针对不同被控对象的PID三参数的整定问题，一直是该算法应用的“瓶颈”。
本文正是根据太阳房温度控制的特点，提出蚁群—PID控制算法。
1 主动式太阳房采暖系统[1][2][5]主动式太阳房采暖系统（如图1所示），可分为三个回路，主要包括集热器、蓄热水池、循环水泵、散热器、辅助热源、温度传感器，控制器等设备。
第一个回路为集热回路。
安装在集热器底部的温度传感器采集到的温度高于设定的温度值时，控制器对循环水泵操作，水泵开启，此时水从补水箱经循环泵进入集热器，然后经由补水泵到达蓄热水箱，完成热量的交换和储存。
主动式太阳能采暖
太阳能圆形茅屋,莱索托的Thaba-Tseka
Freiburg的太阳房
RETScreen® 被动太阳能供热项目模型
能源产生(或节约),周期成本和温室气体减排的世界范围的分析 低住矮的住宅和小型商业建筑 在供热为主的气候 窗户获得和损失 平均的遮阳效果 RETScreen® 仅12个数据点与小时模拟 模型的8,760个数据点比较 目前不包括: 非垂直窗户 遮阳的瞬间效果 用户指定建筑的热质
实例: 加拿大和美国 低能耗建筑物
被动太阳能技术结合到传统外貌的建筑物中 经济考虑通常不是极为重要的：舒适，消除噪音，崇尚质量和环境
滑铁卢的温室,安达略省,加拿大
良好的遮阳装置和先进的窗户,美国
实例: 德国和莱索托 自足的太阳能房
更多的玻璃,更多的热质和对空气配送的控制 所有的采暖需求可由太阳能满足 先进的窗户技术可更灵活地安装窗户，从漫射的辐射获得热能
0
2
4
6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
每天的尖峰日照小时数
成本和节约的实例
0
100
200
300
窗户+安装成本($/m2)
双层玻璃 +低发散率 +氩气 +绝热间隔 +第三层玻璃
附加的窗户成本 5至35% 每一住宅$ 400至$ 2,000
节约20至50%的采暖成本 燃气 $ 0.25/m3 每年$ 150至$ 380 油 $ 0.35/l 每年$ 210至$ 520 电 $ 0.06/kWh 每年$ 270至$ 680
空气
0.8
2
木质
铝质
空气
主动式太阳能热水供热采暖系统设计
主动式太阳能热水供热采暖系统设计一、引言太阳能热水供热采暖系统是指通过太阳能采集器将太阳能转化为热能，用于供应热水和供热采暖。
本文将介绍一个基于主动式太阳能热水供热采暖系统的设计。
二、系统工作原理1.太阳能采集器：通过该部件将太阳能转化为热能，一般采用平板式太阳能集热器或真空管式太阳能集热器。
太阳能采集器通常安装在屋顶或阳台等能够接受充足阳光的位置。
2.储热水箱：该水箱用于存储太阳能采集器采集到的热能，保证系统在夜间或无太阳能供应时仍能提供热水和采暖。
储热水箱具有一定的绝热性能，以减少热损失。
3.循环泵：通过循环泵，将储热水箱中的热水循环送至用户使用处，如热水龙头和采暖设备，确保用户得到热水和供暖。
4.控制系统：控制系统是系统的智能大脑，通过监测太阳能采集器的热能输出和储热水箱的温度，自动控制循环泵的运行和关闭，以保证系统性能和操作的便利性。
三、系统设计要点在设计太阳能热水供热采暖系统时，需要考虑以下几个要点：1.太阳能采集器的选择：选择合适的太阳能采集器非常关键。
平板式太阳能采集器适合于采集温度在60℃以下的热水，而真空管式太阳能采集器适合于采集高温水。
根据不同地区的太阳能资源和用户需求，选择合适的太阳能采集器。
2.储热水箱的设计：储热水箱应具有足够的容积，以满足用户的热水使用需求和采暖需要。
同时，储热水箱应具备较好的绝热性能，以减少热损失。
3.循环泵的选择：循环泵应具备较高的扬程和循环流量，以确保热水能够顺畅地从储热水箱送至用户使用处。
4.控制系统的设计：控制系统应具备可靠的控制功能，能够智能地监测太阳能采集器的热能输出和储热水箱的温度，并根据实际情况自动调节循环泵的运行和关闭。
五、系统优势1.环保节能：太阳能作为可再生能源，不会产生二氧化碳等有害气体，对环境友好。
同时，太阳能的利用可以减少传统能源的消耗，达到节能的目的。
2.经济实用：太阳能是一种免费的能源，通过太阳能热水供热采暖，可以减少传统能源的使用，降低能源成本。
主动式太阳房
夏至日
冬至日
L
h
H
正南方向时檐长
L H.cot h
偏离正南方向时
阳光入射的两个特殊日期：夏至日（太阳高度角最大）和冬至日（太阳高 度角最小）
2)其他方法
集热、储热和释热过程
五、被动式太阳房的设计
设计太阳房要考虑：建造地区纬度、位置、朝向、形状和保温等，目前已发展 到利用计算机模拟计算阶段，以便形成各个参数的优化，达到最佳效果。
一、建筑设计的一般原则 位置 形状和方位 内部空间组合
1、位置
（1）场地应选择在冬至日（太阳高度角出于全年最 低点）上午9时至下午3 时能接收到大部分阳光 的地方。 （2）太阳房与南面房屋之间应保持一定的距离，
（1）在南墙外设一个阳光空间，南墙上开有通气孔或开设门窗，使阳光空间 和采暖居室形 成气 流 循 环，同时，南墙本身也是集热蓄热墙体，这样太阳 能可同时对附加阳光间和居室供热。 （2）优点：外型美观、保温、集热性能好。 （3）缺点：附加阳光间与蓄热墙式空气夹层相比，增大了散热面积，室温的 波动较大，热空气循环相对减弱，对居室采暖有一定影响。
南方：可以在建筑物的南面种植落叶树、藤蔓植物，夏天 可以遮挡阳光，冬季叶落不影响窗的采光，可起到 自然调节阳光的作用；
北方高寒地区：由于只有严寒而无酷暑，设计太阳房时檐 口不需遮阳。
3、维护结构设计要点 ① 墙体 为了保温可直接做成保温复合墙体
内保温墙体 夹心墙体 外保温墙体（优点多，被广泛采 用）
以确保冬季不挡光为原则。
2、形状和方位（5个方面）
主动式太阳房的设计应用
主动式太阳房的设计应用张宁;张殿光【摘要】以一栋小规模别墅为对象，提出了以太阳能—热泵为热源供热的方法，确定了太阳能集热器的面积和贮热水箱的容量，解决了太阳能的不可控制性等问题，对节约能源以及环境保护有重要的作用。
%Taking a small-scale villa as the target,the paper puts forward heating methods with solar energy-heat pump as heating source,deter-mines the solar heating cluster case area and hot water storage tank volume,and solves uncontrollability problemsof solar energy,which has sig-nificant role for saving energy resources and protecting environment.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2016(042)014【总页数】2页(P180-181)【关键词】主动式太阳房;集热器;贮热水箱;热泵【作者】张宁;张殿光【作者单位】大连海洋大学机械与动力工程学院，辽宁大连 116000;大连海洋大学机械与动力工程学院，辽宁大连 116000【正文语种】中文【中图分类】TU201.5能源是人类生存和社会发展的物质基础,相比煤，石油，天然气等不可再生能源燃料，太阳能燃烧时不会释放大量气体，使环境受到污染，而且我国是太阳能资源十分丰富的国家之一，尤其是大西北，太阳能的开发利用具有巨大的潜力。
太阳能作为新能源，目前已经成为国内外研究的热点。
比利时的LV.Polle 通过实验方法分别测定和比较了玻璃和塑膜内壁凝结对太阳能透射率的影响。
北京林业大学研制的太阳能用于木材干燥系统验证了太阳能应用于木材干燥工艺的流程及效果；繆恩等介绍了太阳能干燥室干燥硬杂木的工艺。
主动式太阳房采暖控制系统设计(下)
N
T==设定值
Y
结束
开始
主程序流程图
自动运行子程序流程图
开始
开始
读取水位L
水位L≥设定值1
N
读取T1
Y 补水电磁阀关闭
T1≤设定温度 Y
N
N
水位L≤设定值2
防冻电磁阀打开
Y 补水电磁阀打开
报警提示
结束
结束
自动补水子流程图
防冻子流程图
上位机变量名表
监控界面组态
通信组态
上位机变量地址表
开始界面
辅助加热启动 补水启动 防冻排空 取水启动 房间取暖 辅助加热切换 备用 备用
通信口
X2 Y0
集热泵状态 返回 换热泵状态 返回 散热泵状态 返回 集热泵启动 换热热泵启动 散热热泵启动 24VDC
OUT
下载口 OUT Y1 Y2 扩展口 连接总线 COM+
24VDC
控制器接线设计
开关量扩展模块接线设计
24VDC
照度开关 辅助加热返回 排空返回 备用 备用 备用 备用
V0+ CH1 V1+ COM CH0
DVP 16SP11R CPU
V0+ V1+ COM
D/A
V0+ CH1 V1+ COM S/S X0 IN X1
X6 X7 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 X6 Y7 COM+
24VDC
KA1 KA2 KA3 KA1 KA2 KA3
2500
3000
时间（S）
时间（S）
•
副回路时间常数变化响应比较
主回路时间常数变化响应比较
• 结论：无干扰情况下，对单回路PID、串级控制系 统和改进串级控制系统效果基本相同；干扰情况下， 串级控制系统和改进串级控制系统抗干扰性好于单 回路PID控制，主回路受到干扰情况下改进串级控 制系统抗干扰性更好，振荡幅值小；模型适应性分 析出改进串级控制系统，鲁棒性好于串级控制系统。
楼房户式太阳能采暖系统设计方案(要点)
楼房户式太阳能采暖系统设计方案（要点）南宝铉国内学界研究表明，分户式采暖节能经济性优于集中供热采暖（参看年月日新京报刊登的“发改为成立南方采暖课题组专家称供暖威胁能耗”一文）。
笔者在“建设科技”第一期发表的“延吉生态家园电暖楼与楼房户式太阳能采暖简称生态家园”一文中，分析了延吉生态家园电暖楼成功运行十年的成因与楼房户式太阳能采暖的节能经济性。
分析表明，楼房户式太阳能采暖，是城市居住建筑实施太阳能采暖的有效途径。
笔者在“中国太阳能产业资讯网”年月发表的“楼房户式太阳能采暖技术”一文中，提出了楼房户式太阳能采暖系统设计技术要点。
本文将根据近几年的实践和研究，充实和完善这一系统设计技术方案。
二、图一，延吉市“天宇生态家园”号电暖楼，（摄于）一，延吉生态家园楼房户式电采暖成功运行年的启示延吉生态家园有三栋电暖楼，户（见图一）。
电暖楼为层带阁楼的节能建筑，地面散热，户式采暖，除户用油（气）采暖，其余全都用电采暖。
年投入运行，至今已有年。
生态家园内有几十栋集中供热楼，电暖楼之所以能够运行至今，唯一条件，是电暖费用不高于和低于当地集中供热收缴费用。
集中供热费用，是电暖楼居民能够承担的采暖费用上限，而电暖费用不高于集中供热费用，是坚持用电采暖的心理底线。
按集中供热费用测算的电暖楼户式采暖耗热量为㎡，大幅低于集中供热耗热量。
（详见“生态家园”一文）。
电暖楼低费节能机理在于，以节能建筑和地暖为条件，实施户式采暖，行为节能成为需要和可能，用户可按自身需要的室温，居家时段，需暖房间调控采暖，杜绝集中供热无时不热,无处不热,开窗降温现象。
测算表明，节能多层地暖楼户式采暖的采暖期平均热负荷（耗热量）仅占集中供热采暖的采暖期国标设计平均热负荷（耗热量）的。
楼房户式太阳能采暖，以节能建筑地暖户式采暖这一电暖楼采暖基础结构为条件，引入太阳能供热，辅之以电能或其他常规能源采暖，也将产生节能经济功效。
在多层建筑（层），实施以电暖楼采暖基础结构为条件的太阳能与电能或其他常规能源互补采暖是可行的。
能源科学技术：太阳能光伏发电技术必看题库知识点(题库版)
能源科学技术：太阳能光伏发电技术必看题库知识点（题库版）1、单选安全生产事故发生的原因，在事故总数中占有很大比重的原因是（）A、人的不安全行为B、管理上的缺陷C、不可抗力D、以上都是正确答案：A2、填空题生（江南博哥）产多晶硅带的方法主要有定边喂膜法、蹼状枝晶法、绳带法和模板生长法，其中产出率最高的方法为（）正确答案：模板生长法3、填空题（）是太阳能采暖的关键部件。
正确答案：集热器4、单选产品的主要技术指标检测包括外观检查、（）测定、绝缘强度和耐压等指标检测等。
A.自身误差B.基本误差C.化误差D.误差正确答案：B5、填空题楼房建材一体型太阳光发电系统的模板形式有（）；（）、强化玻璃合成型等。
正确答案：普通型、屋顶材料一体型6、填空题透明盖板是平板型集热器中（），并由透明（）材料组成的板状部件。
正确答案：覆盖吸热板；或半透明7、填空题单晶硅太阳能电池组件的生产流程：（）硅棒（）（）太阳电池组件；多晶硅太阳能电池组件的生产流程：（）硅碇（）硅片太阳电池太阳电池组件。
正确答案：高纯硅材料；硅片；太阳电池；高纯硅材料；硅块8、填空题太阳能到达地球的总辐射能量应该是太阳常数与（）的乘积。
正确答案：地球面投影面积9、问答题太阳能发电的优点？正确答案：（1）没有运转部件，可以安静地生产清洁能源（2）维护简单，容易实现自动化和无人化（3）与规模大小无关，可按一定的效率发电（4）由于是模板结构，易于产生规模化效益（5）用扩散光也可以发电（6）光发电是对废弃能源的有效利用（7）太阳储量无限并且免费10、填空题利用风力机可将风能转换成（）、机械能和热能等。
正确答案：电能11、填空题聚光太阳灶是利用（）聚光的特性，大大提高了太阳灶的功率和聚光度。
正确答案：抛物面12、问答题HZT035-18型号代表什么意思？正确答案：H-皇明；Z-公共场所照明；T-庭院灯；035-灯光源高度3.5米；18-18款式。
13、填空题构成太阳的主要成分是（）和氦正确答案：氢14、填空题阴雨天（）占总辐射的大部分。
基于IMC-PID的主动式太阳房温度控制系统
基于IMC-PID的主动式太阳房温度控制系统
王海峰;于军琪;肖庆玲;刘艳峰
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2010(000)006
【摘要】针对主动式太阳房采暖房间系统的温度控制问题,具有非线性、大滞后、参数整定复杂等特点,在研究主动式太阳房的工艺基础上,利用内膜控制(IMC)调节参数简单、鲁棒性强与传统PID易于实现相结合的特点,设计了控制系统,实验仿真表明,该算法控制参数整定简单,具有良好的抗干扰性和鲁棒性,能有效提高系统的控制品质,实现主动式太阳房的最佳控制,不仅能优化生产采暖过程,而且可提高太阳能能源利用率、达到节能的目的,具有重要的实用价值与推广价值
【总页数】3页(P64-66)
【作者】王海峰;于军琪;肖庆玲;刘艳峰
【作者单位】西安建筑科技大学,陕西,西安,710055;西安建筑科技大学,陕西,西安,710055;西安建筑科技大学,陕西,西安,710055;西安建筑科技大学,陕西,西安,710055
【正文语种】中文
【中图分类】TU832
【相关文献】
1.主动式太阳房的设计与试验 [J], 梁盼;刘圣勇;孙兵兵;邹会发;华磊;刘亮
2.主动式太阳房的设计应用 [J], 张宁;张殿光
3.基于IMC-PID的灼热丝温度控制系统设计与实现 [J], 赵明;任晓红;李超
4.主动式太阳房采暖系统节能控制策略研究 [J], 董鋆刚
5.基于IMC-PID的灼热丝温度控制系统设计与实现 [J], 赵明;任晓红;李超
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W s
k e s Ts 1
W s
k e s T1 s 1T2 s 1
• 机理建模。即太阳房热工建模对假定的模型进行验 证；验证结果与假定模型基本符合。 • 被控对象特性。分析大量同类资料及机理建模得到 的模型结构，可知被控对象存在以下特性：大惯性、 纯滞后和时变的特性。
PID 串级控制 改进串级控制
1
幅 0.8 值
0.6
0.4
0.2
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
时间（S）
三种控制策略稳态时间响应
回路加干扰分析比较
串级控制策略副回路加入持续随机干扰
• 副回路加入持续随机干扰改进串级控制仿真策略框图
1.5
1.4
串级控制
给定温度 PID调节器 实测温度
模糊自整定PID串级控制系统框图
• 模糊自整定PID串级控制系统主控制器设计
PID控制器
KP KI KD
u
e(k ) e( k )
模糊化 输入隶 属度
模糊控制 模糊规 则库
解模糊化 输出隶 属度
4 仿真分析比较
• 对PID、串级控制系统和改进串级系统，分别从时
1 主动式太阳房工艺流程及控制要求
2 被控对象特性分析及建模
• 采暖被控对象可以分为开关量和过程量， 开关量主要包括集热泵、换热泵、散热泵 和辅助加热器 ；防冻阀、自动补水阀、 取水阀、供暖选择阀和辅助加热切换阀实 现开启和停止，控制相对容易实现。
• 采暖房间温度（过程量），房间温度调节方式一般 采用定温变流量和定流量变温度进行调节，采用定 温变流量控制。 • 采暖温度控制模型建立：由于受到太阳周期性变化 、 集热器效率，限制了采暖供水温不超过70摄氏度， 受房间被动接受太阳辐射和散热影响，可得到房间 温度是逐渐上升到某个值附近波动，可以近似的认 为被控对象采暖房间温度是具有自衡能力，因此近 似为太阳房数学模型是一阶或者二阶加滞后处理。
PID
改进串级控制
1.2
PID
PID
1
1
串级控制
串级控制
0.8
改进串级控制
幅 值
0.5
0.6
改进串级控制
0.4
0.2
0
0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600 1800
2000
时间（S）
主回路加干扰
副器 P调节器 调节阀
扰动
回水流量
地板盘管散器
采暖房间
采暖房间温度
实测温度
副检测变送器 主检测变送器
太阳房采暖温度串级控制系统框图
de/dt
模糊 调节器 Δ P ΔKIΔK D K 扰动 P调节器 调节阀 副检测变送器 主检测变送器 回水流量
地板盘管散热器
扰动 采暖房间 采暖房间温度
G( s) 15 e260.19 s 1 6.3s 1 9.7s
• 被控对象干扰来源分析：回路水垢、回路补水及辅助加热 器；房间热负荷的变化。
• 末端散热回路
3 采暖温度模糊自整定串级控制策略
• 串级控制设计原则 ：
• 副回路应包括尽可能多的扰动； • 主、副被控对象的时间常数应匹配，3到10之间 ； • 控制器正反作用选择，即构成负反馈系统；
2500
3000
时间（S）
时间（S）
•
副回路时间常数变化响应比较
主回路时间常数变化响应比较
域特性（包括动态性能指标和稳态性能指标分析比较）； 抗干扰特性（对副回路及主回路加干扰进行分析比较）； 对模型的适应性（改变模型的时间常数进行分析比较）。 • 仿真系统搭建及时间响应
太阳房采暖温度模糊自整定PID串级控制系统仿真框图
fuzzyPIDOUT
PIDcontrol
时域特性分析比较
1.4 1.2
控制策略适应模型适应性仿真分析
1.4
1.4
1.2
T=10 T=6.3 T=10
K=25
1.2
K=25
1
1
T=6.3 幅 0.8 值 T=10
0.6
幅 值 0.8
T=6.3
0.6
K=25
0.4
0.4
0.2
0.2
0
0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0
500
1000
1500
2000
主动式太阳房采暖控制系统设计及研究
专 学 导 业： 生： 师： zhanghaitao
答辩目录
• • • • • • • 1对工艺进行分析，归纳控制要求 2对被控对象进行特性分析，建模 3根据分析结果，提出控制策略 4仿真分析验证 5根据仿真结果，进行控制系统方案设计 6控制系统硬件选型，及硬件接线设计 7软件设计，控制箱面板设计，内部布置设计，