集中空调系统状态空间建模及优化控制

前言

主要符号说明

第1章概述

1.1集中空调系统仿真建模研究现状

1.1.1集中空调系统的部件模型研究现状

1.1.2集中空调系统的系统模型研究现状

1.2空调负荷预测模型研究现状

1.3集中空调系统优化节能控制研究现状

1.4本书内容及学术思想

第2章空气—水表面式换热器状态空间模型

2.1模型假设及基本方程

2.1.1物理模型

2.1.2模型假设

2.1.3基本方程

2.1.4方程中相关参数的确定

2.2表面式换热器模型的状态空间表述形式

2.3模型实验验证

2.3.1实验条件和内容

2.3.2模拟结果和实验数据对比

2.4表面式换热器动态响应特性仿真

2.4.1不同扰量下的动态响应

2.4.2不同初始条件下的动态响应

2.5本章小结

第3章制冷机组状态空间模型

3.1模型假设及基本方程

3.1.1物理模型

3.1.2模型假设

3.1.3基本方程

3.1.4方程中相关参数确定

3.2制冷机组模型的状态空间表述形式

3.3模型实验验证

3.3.1实验条件和内容

3.3.2模拟结果和实验数据对比

3.4制冷机组动态响应特性仿真

3.4.1不同扰量下的动态响应

3.4.2不同初始条件下的动态响应

3.5本章小结

第4章冷却塔状态空间模型

4.1模型假设与基本方程

4.1.1模型假设

4.1.2基本方程

4.2冷却塔模型的状态空间表述形式

4.3模型实验验证

4.3.1实验条件和内容

4.3.2模拟结果和实验数据对比

4.4冷却塔动态响应特性仿真

4.4.1不同扰量下的动态响应

4.4.2不同初始条件下的动态响应

4.5本章小结

第5章输配管道及动力设备状态空间模型

5.1直通风管状态空间模型

5.1.1模型假设和基本方程

5.1.2直通风管模型的状态空间表述形式

5.2合（分）流三通风管模型

5.3直通水管状态空间模型

5.3.1模型假设和基本方程

5.3.2直通水管模型的状态空间表述形式

5.4合（分）流三通水管模型

5.5风机/水泵状态空间模型

5.5.1风机状态空间模型

5.5.2水泵状态空间模型

5.6风阀/水阀状态空间模型

5.6.1阀门结构特性数学模型

5.6.2水阀状态空间模型描述

5.6.3风阀状态空间模型描述

5.7直通风管/水管模型实验验证

5.7.1直通风管模型验证

5.7.2直通水管模型验证

5.8直通风管/水管动态响应特性模拟

5.8.1直通风管动态响应模拟分析

5.8.2直通水管动态响应模拟分析

5.9本章小结

第6章空调房间状态空间模型

6.1模型假设和基本方程

6.1.1模型假设

6.1.2基本方程

6.2空调房间模型的状态空间表述形式

6.3模型实验验证

6.3.1实验条件和内容

6.3.2模拟结果和实验数据对比

6.4空调房间动态响应特性分析

6.5本章小结

第7章部件动态模型的图论描述及结构分析

7.1模型的图论方法描述

7.2模型的结构分析

7.2.1模型结构矩阵

7.2.2模型输入输出可达性分析

7.2.3模型结构可控性/可观性分析

7.3本章小结

第8章基于部件的集中空调系统动态模型

8.1空调系统整体模型的图论描述

8.2部件的连接数学模型

8.2.1并联连接

8.2.2串联连接

8.2.3基于部件的系统集成

8.3系统模型实例及实验验证

8.3.1系统模型构建

8.3.2系统模型实验验证

8.4本章小结

第9章基于状态空间模型的控制系统设计

9.1状态空间反馈控制系统设计原理

9.2空气—水表面式换热器控制系统设计

9.2.1状态空间反馈矩阵计算

9.2.2控制系统Matlab仿真

9.3制冷机组控制系统设计

9.3.1状态空间反馈矩阵计算

9.3.2控制系统Matlab仿真

9.4基于状态空间模型的预测控制系统设计

9.4.1输出多步预测模型

9.4.2最优预测控制律推导

9.4.3卡尔曼状态估计模型

第10章空调系统部件动态响应仿真软件实例

10.1软件开发基本流程

10.2基于面向对象仿真

10.2.1面性对象仿真的特点

10.2.2面向对象仿真的建模框架

10.2.3面向对象仿真的控制结构

10.3空气—水表面式换热器动态响应仿真软件

10.3.1软件功能及软件基本框架

10.3.2软件界面演示

10.4制冷系统动态仿真软件

10.4.1软件功能及软件基本框架

10.4.2软件界面演示

第11章空调负荷预测模型研究

11.1典型空调负荷预测模型介绍

11.1.1MLR预测模型

11.1.2ARIMA预测模型

11.1.3GM预测模型

11.1.4ANN预测模型

11.2基于残差组合预测修正的RBF神经网络空调负荷预测模型

11.2.1RBF神经网络预测

11.2.2RBF神经网络残差的组合预测模型

11.2.3预测模型的工作流程及理论预测误差

11.3预测模型的应用实例分析

11.4本章小结

第12章基于人体热舒适的室内空调温度设定模型

12.1人体热舒适指标PMV方程

12.2空调室内优化设定温度的影响因素分析

12.3空调室内优化设定温度模型

12.5本章小结

第13章集中空调系统优化节能运行工况优化

13.1关键部件能量模型

13.1.1制冷机组能耗模型

13.1.2水泵/风机能耗模型

13.1.3冷却塔换热模型

13.1.4表面式换热器换热模型

13.2集中空调系统运行工况递阶优化模型

13.2.1系统分解

13.2.2子系统局部优化运行工况模型

13.2.3系统全局优化运行工况模型

13.2.4全局优化运行工况模型求解方法

13.3实例分析

13.3.1实例概况及实测情况

13.3.2相关经验模型的确定

13.3.3全局优化运行工况模拟及节能分析

13.4本章小结

参考文献

附录A状态空间模型的求解

附录B控制系统的状态空间设计

附录C大系统“分解—协调”寻优理论与算法

《集中空调系统状态空间建模及优化控制》适合建筑环境与设备工程、制冷与低温工程及相关专业的本科生和研究生阅读参考。《集中空调系统状态空间建模及优化控制》系统论述了集中空调系统状态空间建模原理、过程及图论描述方法，阐述了基于部件的系统集成理论，介绍了集中空调系统优化节能控制关键技术，并结合具体对象对集中空调系统动态响应特性及优化节能控制策略进行了深入的分析和讨论。 《集中空调系统状态空间建模及优化控制》注重计算机仿真与实验相结合以及理论分析与应用实例相结合，是一部建筑环境与设备工程和自动控制学科深度交叉、系统反映最新成果的学术著作，对我国建筑环境与设备工程的学科发展和人才培养具有重要意义。《集中空调系统状态空间建模及优化控制》适合建筑环境与设备工程、制冷与低温工程及相关专业的本科生和研究生阅读参考。

本项目利用现代控制理论中的状态空间建模方法对集中空调系统各关键部件（包括空气-水表面式换热器、制冷机组、冷却塔、输配管网及动力设备和空调房间）进行了系统动态建模，利用图论和结构矩阵理论对集中空调系统部件状态空间模型进行描述和结构特性分析研究，并深入研究了基于部件状态空间模型的集中空调系统集成模型，研究了基于状态空间模型的控制系统设计，同时还利用面向对象仿真技术开发了基于状态空间模型的集中空调系统部件动态响应仿真软件。 2100433B

空调系统动态仿真是实现空调系统优化设计和节能控制的重要手段。目前的空调系统动态模型大部分是基于经验的，不具有普适性，很难实现复杂系统的动态仿真。本申请课题提出基于现代控制理论的空调系统机理建模方法，以守恒定律为基本原则，根据状态空间法建立集中空调系统各关键部件动态模型，研究利用图论及结构矩阵理论进行部件模型系统集成的计算机识别算法，构建以部件状态空间模型为基本单元的集中空调系统动态仿真平台；利用支持向量机高效智能学习功能对状态空间模型中的时变参数进行在线辨识，以提高动态模型自适应性能，满足实际空调控制系统的实时性要求。状态空间模型不仅为诸多先进控制方法在集中空调控制系统中的应用奠定良好的模型基础，其反映的部件模型内部状态信息还可为空调系统故障诊断提供重要的数据支持，将有助于空调系统智能控制及故障诊断技术的发展和完善，具有很好的理论和实际应用价值。

可重构装配线建模及优化调度控制内容简介

《可重构装配线建模及优化调度控制》取材新颖，系统性强，研究和写作思路清晰，主要面向工业工程研究生及工业工程高年级本科生，同时也能够为从事和有志于开展机械制造、工业工程、企业管理等专业的研究人员与工程技术人员提供有益的参考。

可重构装配线建模及优化调度控制作者简介

苑明海，博士。河海大学机电工程学院，国际期刊Industrial Robot及Assembly Automation Reviewer。主要从先进制造系统建模及优化设计等研究工作。近几年来作为主要成员主持和参与了“十一五”国防重大基础研究项目、中央高校基本科研基金项目、国防重点实验室基金及广西科技公关等项目的研究工作。发表论文20篇，其中SCI收录2篇，EI收录9篇，ISTP收录2篇，其博士论文获得“南京理工大学优秀博士论文”。

许焕敏，博士，河海大学机电工程学院，国际期刊《Inte rnational Jou rnal ofAdvanced Manufacturing Technology》审稿人，主要从事制造系统建模及优化等研究，参加了3项与先进制造技术有关的部级科学研究与开发项目，在国内外各类期刊上共发表学术研究论文数篇，其中SCI收录5篇。