Локальные системы технологического кондиционирования воздуха производственных помещений текстильных предприятий на основе вытесняющей вентиляции
Диссертация
Автор: Ерёмкин, Александр Иванович
Название: Локальные системы технологического кондиционирования воздуха производственных помещений текстильных предприятий на основе вытесняющей вентиляции
Справка: Ерёмкин, Александр Иванович. Локальные системы технологического кондиционирования воздуха производственных помещений текстильных предприятий на основе вытесняющей вентиляции : диссертация доктора технических наук : 05.23.03 Пенза, 2006 537 c. : 71 06-5/557
Объем: 537 стр.
Информация: Пенза, 2006
Содержание:
Глава СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
11 , Математическая модель помещения как объекта регулирования
12 Взаимосвязь регулируемых параметров в системах кондиционирования воздуха
13 Особенности математического моделирования помещения подземного сооружения
14 Системы автоматического регулирования систем кондиционирования воздуха в классе систем с переменной структурой
15 Оптимизация управления систем кондиционирования воздуха
16 Состояние вопроса автоматизации систем кондиционирования воздуха помещений подземных сооружений
17 Цели и задачи исследования
Глава ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОМЕЩЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО СООРУЖЕНИЯ
21 Математическая модель динамики помещения подземного сооружения
211 Постановка задачи
212 Определение нестационарного коэффициента теплопередачи
213 Разработка уравнения динамики помещения ПС
22 Экспериментальные исследования по определению переходного процесса моделируемого помещения
221 Описание экспериментальной установки
23 Параметрическая идентификация математической модели
24
Выводы по главе
Глава ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
31 Формулировка задачи оптимального управления
32 Математическая формулировка критерия оптимизации
33 Формализация технических условий и ограничений
34 Математическая модель элементов СКВ ПС
35 Решение задачи оптимизации управления СКВ ПС
36 Алгоритмы управления процессами кондиционирования воздуха ПС
37
Выводы по главе
Глава РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
41 Разработка нижнего уровня управления системы автоматического регулирования СКВ подземных сооружений
42 Разработка верхнего уровня управления системы автоматического регулирования подземных сооружений
43
Выводы по главе
ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
Введение:
А к т у а л ь н о с т ь . Системы кондиционирования воздуха (СКВ) являются одними из самых энергоемких систем инженерного оборудования зданий и сооружений. Энергетические затраты на кондиционирование составляет 30 - 50 % от стоимости эксплуатации зданий [1]. Поэтому проблема энергосбережения является одной из самых важных задач эффективности использования энергии в процессах кондиционирования воздуха.Эффективность работы СКВ возможно значительно увеличить, если используя математическое моделирование теплового поведения сооружения, осуществить оптимальное управление системами кондиционирования воздуха, основанное на использовании регулирования параметров воздушной среды по методу оптимальных режимов [2] и применением управляющей ЭВМ или микропроцессорной техники с комплексом соответствующих технических и программных средств. Применение средств вычислительной техники открывает возможность более полного учёта постоянно изменяющихся параметров наружного воздуха и состояния микроклимата в обслуживаемых помещениях. Предоставляется возможность строгими математическими зависимостями описывать процессы обработки воздуха в каждом аппарате центрального кондиционера, исходя из теоретически необходимых минимально - неизбежных затрат на такую обработку.Системы автоматического регулирования (САР) СКВ подземных сооружений (ПС) создавались в 70 - е годы на базе средств локальной автоматики, без учета принципов связного, каскадного регулирования и систем автоматического управления с переменной структурой. В настоящее время возрастают и требования к качеству обеспечения параметров микроклимата в ПС. Существующие системы локальной автоматики не обеспечивают необходимого качества регулирования для поддержания комфортных и технологически необходимых температурно - влажностных параметров воздуха в помещениях ПС. Основным недостатком такого регулирования является то, что оно не учитывает непрерывно изменяющиеся условия наружной среды и фактический тепловой баланс обслуживаемых помещений. В результате реализуются заведомо не оптимальные режимы обработки воздуха со значительными перерасходами энергии, а также не всегда обеспечиваются необходимые параметры воздуха.Несмотря на большое разнообразие САР СКВ не в полной мере найдены эффективные алгоритмы управления процессами кондиционирования воздуха, тем более приемлемые для ПС, что объясняется следующими характерными особенностями процессов: 1. Большое разнообразие СКВ и решаемых ими задач.2. Последовательно - параллельными режимами обработкивоздуха в сложных тепло - массообменных аппаратах (кондиционерах).3. Пространственной и временной распределенностью процессов.4. Зависимостью от параметров наружной среды.5. Взаимосвязанностью регулируемых параметров .6. Особенностями теплообмена помещений ПС.
7. Недостаточной изученностью динамики процессов тепюмассобмена и регулирования СКВ. Ц е л ь р а б о т ы . Обоснование оптимальных законов регулирования, разработка алгоритмов и оптимальных систем управления СКВ ПС с переменной структурой, обеспечивающих минимизацию энергетических затрат на кондиционирование воздуха.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Разработать структурную схему объекта регулирования с учетом взаимосвязи регулируемых параметров, обеспечивающую рассмотрение всех возможных вариантов процесса кондиционирования воздуха в ПС.
2. Разработать математическую модель помещения ПС, пригодную для исследования динамики изменения регулируемых параметров и синтеза систем регулирования.3. Обосновать законы оптимального регулирования при управлении СКВ ПС по методу оптимальных режимов.4. Разработать и обосновать алгоритмы оптимального управления.5. Определить структуру САР СКВ ПС и произвести выбор технических средств, позволяющих реализовывать оптимальные режимы управления процессами кондиционирования воздуха.М е т о д ы и с с л е д о в а н и й . Исследования проводились с помощью математических и экспериментальных методов. В работе использованы: теория автоматического управления (ТАУ), численные методы анализа процессов управления с применением прикладных математических программ. Среди них методы: Рунге Кутта, Гаусса - Зейделя, линейных преобразований. Достоверность результатов математического моделирования подтверждается экспериментальными данными.Н а у ч н а я н о в и з н а . Разработана математическая модель помещения ПС с учетом нестационарности коэффициента теплопередачи.Предложена структурная схема объекта регулирования, позволяющая рассматривать все возможные варианты процесса кондиционирования воздуха в ПС. Обоснованы алгоритмы и законы оптимального управления для всех режимов функционирования СКВ ПС. Предложена двухуровневая САР СКВ ПС в классе систем с переменной структурой, позволяющая реализовать оптимальные законы и алгоритмы управления.П р а к т и ч е с к а я ц е н н о с т ь р а б о т ы .Синтезированы алгоритмы и схема САР СКВ ПС. Разработан пакет программ O P T I M для автоматизированного синтеза САР СКВ ПС, позволяющий: - определять оптимальные законы регулирования во всех режимах функционирования СКВ ПС, с учетом взаимосвязи регулируемых параметров при управлении по методу оптимальных режимов; - находить оптимальные настроечные параметры регуляторов; - определять критические коэффициенты усиления регуляторов.Результаты диссертационной работы внедрены в учебном процессе Воронежского Военного Авиационного Инженерного Института.По результатам разработки нижнего уровня САР СКВ ПС получено положительное решение о выдаче Патента РФ - МПК 7 F24 F 11/00 «Устройство для регулирования параметров среды» [3].А п р о б а ц и я р а б о т ы . Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных конференциях Воронежского Военного Авиационного Инженерного Института (Воронеж, 1998 2001г.) , Всероссийской научной - конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 1999г.), на III Всероссийской научной конференции «Информационные технологии и системы» (Воронеж, 1999г.), на 13 Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ - 2000» (Санкт - Петербург, 2000г.) .По результатам работы опубликовано 13 печатных работ.Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых литературных источников и приложений.Во введении показана актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, показана структура диссертации, отмечены научная новизна и практическая ценность результатов проведенных исследований.В первой главе рассмотрены вопросы математического моделирования объекта регулирования, особенности теплообмена ПС. Проведен анализ существующих систем управления СКВ, дана характеристика методов решения задач оптимизации управления процессами кондиционирования воздуха.Во ВТОРОЙ главе приводится, ^математическая модель динамики моделируемого помещения ПС по каналу «изменение температуры приточного воздуха - изменение температуры воздуха в помещении» с учетом нестационарности коэффициента теплопередачи, результаты экспериментальных исследований, проверка адекватности и параметрической идентификации реального помещения ПС. В третьей главе представлены формализация технических условий и ограничений процессов кондиционирования ПС по оптимальным режимам функционирования СКВ ПС. Обоснован критерий, разработаны алгоритмы, сформулирована и решена задача оптимального управления во всех рассмотренных режимах функционирования СКВ ПС с учетом взаимосвязи регулируемых параметров.Четвертая глава посвящена разработке двухуровневой САР СКВ ПС. Для реализации найденных алгоритмов оптимального управления выбран класс систем с переменной структурой (СПС).Задачами нижнего уровня управления является стабилизация управляемых параметров приточного воздуха. Задачей верхнего уровня является переключение структур управления в соответствии с математической моделью объекта управления и алгоритмом управления.В разработанной двухуровневой САР предполагается два варианта верхнего уровня управления: на базе транзистор - транзисторной логики (ТТЛ) или на основе PC совместимого компьютера.
|
