船舶空调系统优化控制研究

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船舶作为人类探索与开发海洋的主要运输工具,其能耗一直备受关注。空调系统作为船舶电力系统中能耗大户,一般都是按照最大负荷进行设计,但实际运行时大部分时间都处于部分负荷状态,造成大量的能源浪费。本文以某海洋平台中央空调系统为研究对象,采用基于模拟退火的粒子群算法对空调系统能耗进行优化,然后提出基于模糊自抗扰控制的群控策略,实现空调系统能量供需的匹配,达到节能的效果。本文的主要内容如下:(1)建立中央空调系统各设备的数学模型,并通过TRNSYS软件搭建中央空调系统仿真平台,然后根据仿真平台模拟各设备运行参数与实际系统运行的参数值进行比较,验证了所搭建的中央空调仿真平台具有较高的精度。(2)通过研究粒子群算法与模拟退火算法各自的优点,提出一种基于模拟退火的粒子群优化算法,该方法弥补了粒子群算法易陷入局部最优的缺点,并利用Griewank函数验证了该算法具有较好的收敛速度与精度。然后基于全局优化的思想,以中央空调系统总能耗的最低为目标函数,以各设备运行参数的变化范围以及设备之间的热交换作为约束条件,建立中央空调系统的全局优化模型。运用模拟退火的粒子群算法对空调系统运行参数进行动态优化,确定最佳工况点,仿真结果表明,优化之后的系统节能效果明显。(3)针对中央空调系统大时滞、强惯性、非线性的特点,以室内温度控制为例设计了模糊自抗扰控制器,通过与常规PID控制比较分析,验证了模糊自抗扰控制具有超调量小,调节迅速,抗干扰性能强等优点,并且该控制器在空调系统处于不同工况时仍能取得良好的控制效果。最后以模糊自抗扰控制为基础提出中央空调系统的优化控制策略,仿真模拟系统各设备在优化控制模式下的节能效果,结果表明,在供冷季节系统总能耗的节能率在9.4%左右。
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