基于扰动观测器的制冷系统非奇异Terminal滑模控制

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1、基于扰动观测器的制冷系统非奇异Terminal滑模控制Non-singularTerminalSlidingModeControlofRefrigerationSystemBasedonDisturbanceObserver学科专业：控制科学与工程作者姓名：刘君健指导教师：吴爱国教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月独含J性声明工作和取得的本人声明所呈交的学位稔文是本人在早りT指早下遊行的研究研究成果,除了文中特男J加以林注和致朔す之処外,沿文中不包含其他人己径友表或撰写述的研究成果,也不包含力荻得夭津大学或其他教育机杓

2、的学位或II事而使用道的材料。与我一同工作的同志対本研究所倣的任何貢献均己在稔文中作了明碗的悦明井表示了昴意。学位沿文作者釜名:´レ%と釜字日期:ノЛ7年/2月γ日学位沿文版杖使用授杖事。本学位沿文作者完全了解夭津大学有夫保留、使用学位稔文的規定特授杖夭津大学可以1宅学位沿文的全部或部分内容編入有美数据庫遊行栓索,井来用影印、縮印或担描等夏制手段保存、7E編以供査同和借同。同意学校向国家有夫部1可或机杓送交稔文的夏印件和磁盤。(保密的学位稔文在解密后適用本授杖悦明)学位稔文作者釜名:′早りT釜多レfZ″考惨み費生ィタ1釜字日期:″′7

3、年ノ2月ヶ日釜字日期:″ノ7年ノ2月ヶ日摘要世界范围内，占社会生产生活总能耗30%的建筑能耗中约有60-70%是空调能耗，因此解决空调系统的节能和稳定运行问题至关重要。现今商用空调多采用压缩式制冷系统，在制冷机组的选型上常常依据最大冷热负荷量，而空调多数时间工作于部分负荷下，运行效率不高，因此为实现空调机组的节能，精准的温度控制与良好的抗扰性是必需的。针对此背景，本文主要进行了压缩制冷系统的建模研究，并根据模型提出了适用的控制方法，以实现稳准快的控制效果和良好的抗干扰能力。首先，分析了压缩制冷机组的运行机理和结构组成，针对压缩机和电子

4、膨胀阀惯性小、调节快的特点采用稳态集中参数法建立模型；而对惯性较大、调节缓慢的蒸发器和冷凝器采用动态方程建模。对上述部件根据质量与能量守恒定律联立建立起制冷系统模型。针对高阶模型计算繁琐，含有较多热动力学参量及制冷剂物性参数的问题，提出合理假设，简化制冷剂参数及换热系数，提出了换热器系统五阶动态模型，并通过实验利用最小二乘法辨识出模型中的待定系数，通过仿真与实验结果对比验证了简化模型的准确性。其次，针对制冷系统运行范围较大、易受环境干扰的特点，提出了利用扰动观测器估计复合扰动的方法，针对蒸发器系统设计了扩展扰动观测器，估计扰动及其导数

5、的信息，并将其与滑模控制方法结合，降低了控制器切换增益值。针对传统terminal控制方法中易出现的奇异问题，提出了一种新型非奇异terminal滑模控制方法，通过设计适当的滑模变量，引入观测器中的扰动及其导数，在二阶滑模系统的基础上设计控制率，将控制量设计为实际控制量的导数，这样通过积分的作用消除了传统滑模控制中的抖振问题。最后，通过仿真实验对比，验证了扰动观测器与非奇异terminal滑模法的优越性，体现了控制方法优良的动态性能与抗扰性，同时消除了抖振现象。关键词：压缩制冷系统，扰动观测器，非奇异terminal滑模控制，有限时间

6、收敛IABSTRACTIntheworld,aboutthirtypercentofsocialtotalenergyconsumptionisbuildingenergyconsumptioninwhichsixtytoseventypercentisairconditionenergyconsumption.Thus,solvingissuesofenergysavingandstableoperationinairconditionsystemisessential.Nowadays,mostcommercialaircondi

7、tionsarerunningonthebasisofcompressionrefrigerationsystem,andtheselectionofrefrigerationunitismainlybasedonmaximumcoolingandheatingload.However,thesystemworksinthepartialloadinmostoftime,sotheefficiencyisnotideal.Inordertorealizetheenergysavingeffect,accuratetemperature

8、controlandgooddisturbancerejectionabilityarebothimportant.Inviewofthis,themodelingofcompressionrefrigerationsy