电蓄热循环风量-水温控制系统及其预测控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种电蓄热循环风量‑水温控制系统及其预测控制方法，该系统包括固体蓄热炉、变频风机、换热器、用户供暖设备和补水箱等。预测控制方法为：对电蓄热循环风量‑水温控制系统进行期望供暖出水温度或供暖回水温度目标设定；对换热器的供暖出水温度或供暖回水温度进行实时监测；根据实时监测的供暖出水温度或供暖回水温度数值，调节变频风机吹出的冷风风速的循环风量；根据供暖出水温度或供暖回水温度和循环风量；采用动态矩阵控制算法对电蓄热循环风量‑水温控制系统的供暖出水温度或供暖回水温度进行控制。本发明专利技术避免了传统的PID控制效果不佳的问题，并通过动态矩阵控制算法，避免了供暖出水温度或供暖回水温度波动太大的问题。

【技术实现步骤摘要】
电蓄热循环风量-水温控制系统及其预测控制方法
本专利技术涉及电蓄热转换技术，即将电能转换成热能存储起来和供热系统控制领域，尤其涉及一种基于动态矩阵系统辨识的电蓄热循环风量-水温控制系统及其预测控制方法。
技术介绍
电蓄热循环风量-水温控制系统即循环风量-水温控制是一个复杂的系统，用单纯的机理建模无法用公式准确的描述蓄热和换热的内在耦合过程，这就直接造成建模误差，从而导致整个的电蓄热循环风量-水温控制系统的温度控制失稳。其次由于传统的PID供暖控制系统在检测温度控制信号和温度反馈信号之间会存在很大的滞后时间，且一般只有上下限控制功能，而没有运算调节功能，导致控制的超调量大及长时间的振荡，造成供暖出水温度或供暖回水温度波动太大，无法满足供暖用户的供暖需求。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供了一种基于动态矩阵系统辨识的电蓄热循环风量-水温控制系统，其目的在于解决现有的电蓄热循环风量-水温控制系统难以建立精确的数学模型和传统的PID控制效果不佳的问题。技术方案：一种电蓄热循环风量-水温控制系统，固体蓄热炉的进风口与变频风机出风口相连通，固体蓄热炉的出风口与换热器上端口相连通，变频风机的入风口与换热器相连通，换热器的热水输出端与用户供暖设备进水管相连通，用户供暖设备出水管与换热器的冷水输入端相连通，用户供暖设备出水管与换热器的冷水输入端相连通的管路上设置有补水箱；补水箱通过两个并联的补水泵与两个并联的循环泵串联后连通到用户供暖设备出水管与换热器的冷水输入端相连通的管路上，两个并联的补水泵、两个并联的循环泵、固体蓄热炉以及变频风机均与电控柜连接，固体蓄热炉的进风口和出风口处都安装有温度传感器，换热器的热水输出端和冷水输入端都安装有温度传感器，循环泵与换热器之间设置有流量传感器，电控柜、温度传感器以及流量传感器均与电脑控制端连接。一种电蓄热循环风量-水温控制系统的预测控制方法，步骤一、根据天气气温及实际的供暖环境，对电蓄热循环风量-水温控制系统进行期望供暖出水温度R1(t)或供暖回水温度R2(t)目标设定；步骤二、通过供暖循环泵把热水输送到用户供暖设备，对换热器的供暖出水温度T1(t)或供暖回水温度T2(t)进行实时监测；步骤三、根据步骤二中实时监测的供暖出水温度T1(t)或供暖回水温度T2(t)数值，调节变频风机吹出的冷风风速的循环风量u(t)；步骤四、根据步骤二中得出的供暖出水温度T1(t)或供暖回水温度T2(t)和步骤三中得出的循环风量u(t)；采用动态矩阵控制算法对电蓄热循环风量-水温控制系统的供暖出水温度T1(t)或供暖回水温度T2(t)进行控制。步骤四中动态矩阵控制算法为：(1)预测模型：在k时刻进行实时仿真；加入控制增量Δu(k)，建立输出值的预测模型；(2)滚动优化：通过对控制增量Δu(k)的约束，得到开环最优控制增量序列，使预测模型得出的输出值接近设定值；(3)反馈校正：引入闭环控制算法对输出预测值进行修正，得到误差加权后修正的输出值预测矢量，使得控制系统成为一个闭环负反馈系统，滚动进行k+1时刻的实时仿真。步骤(1)中的预测模型为：其中式中：A为动态系数矩阵；P为预测时域长度，M为控制时域长度，在进行参数选择时，一般情况下遵循M≤P≤N的原则。步骤(2)中的开环最优控制增量序列为：式中：在不考虑输入输出约束的情况下，在t＝kT时刻，ωP(k)为已知向量，为预测的系统未来P个时刻的输出；Q，R分别称为误差权矩阵和控制权矩阵。步骤(3)中的误差加权后修正的输出值预测矢量为：式中为t＝(k+1)T时刻经误差校正后所预测的t＝(k+i)T(i＝1,2,…,N)时刻的系统输出，为误差校正矢量，h1＝1，e(k+1)为预测误差。优点效果：本专利技术电蓄热循环风量-水温控制系统及其预测控制方法避免了传统的PID供暖控制系统在检测温度控制信号和温度反馈信号之间会存在很大的滞后时间，本专利技术通过动态矩阵控制算法，避免了供暖出水温度或供暖回水温度波动太大的问题，能够保证安全稳定的供暖。附图说明图1电蓄热循环风量-水温控制系统；图2电蓄热循环风量-水温控制系统的预测控制方法；图3电蓄热循环风量-水温控制系统动态矩阵算法；图4电蓄热循环风量-水温控制系统不同供暖模式下的流程图；图5动态矩阵控制与PID控制下的阶跃响应曲线仿真结果对比图；图中标注：1、固体蓄热炉，2、变频风机，3、换热器，4、用户供暖设备，5、补水箱，6、循环泵，7、补水泵。具体实施方式下面利用附图和实施例对本专利技术进一步说明。如图1所示，固体蓄热炉1下端的进风口与变频风机2出风口相连通，固体蓄热炉1上端的出风口与换热器3上端口相连通，变频风机2的入风口与换热器3相连通，换热器3的热水输出端与用户供暖设备4进水管相连通，用户供暖设备4出水管与换热器3的冷水输入端相连通，用户供暖设备4出水管与换热器3的冷水输入端相连通的管路上设置有补水箱5。当供暖循环水流量或压力过小时，即循环水产生损耗时，由补水箱经补水泵7对其进行补水，以保证安全稳定供暖。补水箱5通过两个并联的补水泵7与两个并联的循环泵6串联后连通到用户供暖设备4出水管与换热器3的冷水输入端相连通的管路上，当供暖循环水流量或压力过小时，由补水泵对其进行补水，以保证安全稳定供暖。循环泵配合补水泵使用。两个并联的补水泵7、两个并联的循环泵6、固体蓄热炉1以及变频风机2均与电控柜连接。固体蓄热炉1中的电加热丝组使用10kV电源，由10kV电控柜提供。固体蓄热炉1的进风口和出风口处都安装有温度传感器。换热器3的热水输出端和冷水输入端处安装有温度传感器，热水输出端的温度传感器用于实时监测换热器3的热水输出端的供暖出水温度T1(t)，热水输入端的温度传感器用于实时监测换热器3的热水输入端的供暖回水温度T2(t)，循环泵6与换热器3之间设置有流量传感器，流量传感器用于实时监测供暖循环水流量的大小，供暖循环水流量或压力过小时，由补水泵对其进行补水，以保证安全稳定供暖。用户供暖设备4的回水经过滤器传入回水的冷水管道。电控柜、温度传感器以及流量传感器均与电脑控制端连接，即由电蓄热循环风量-水温控制系统控制。固体蓄热炉1装置采用的是电阻加热方式，把电能转换为热能，通过辐射换热、对流换热方式把热量传递并存储到储热材料中，当需要利用这部分热量时，通过对流换热方式将空气加热，空气流经汽水换热器将热量供给到供暖系统。电蓄热循环风量-水温控制系统主要由电蓄热锅炉装置、外部供暖循环系统、用户供暖状况监测系统、供暖用户等组成，除此之外，还包括一些供暖附属设备，如软化水设备、定压补水设备、流量计量装置、温度测量装置、热量计量装置等。系统辨识建模是利用MATLAB系统辨识工具箱，根据电蓄热循环风量-水温控制系统采集到实测数据的输入输出，采用经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电蓄热循环风量-水温控制系统，其特征在于：/n固体蓄热炉(1)的进风口与变频风机(2)出风口相连通，固体蓄热炉(1)的出风口与换热器(3)上端口相连通，变频风机(2)的入风口与换热器(3)相连通，换热器(3)的热水输出端与用户供暖设备(4)进水管相连通，用户供暖设备(4)出水管与换热器(3)的冷水输入端相连通，用户供暖设备(4)出水管与换热器(3)的冷水输入端相连通的管路上设置有补水箱(5)；/n补水箱(5)通过两个并联的补水泵(7)与两个并联的循环泵(6)串联后连通到用户供暖设备(4)出水管与换热器(3)的冷水输入端相连通的管路上，两个并联的补水泵(7)、两个并联的循环泵(6)、固体蓄热炉(1)以及变频风机(2)均与电控柜连接，固体蓄热炉(1)的进风口和出风口处都安装有温度传感器，换热器(3)的热水输出端和冷水输入端都安装有温度传感器，循环泵(6)与换热器(3)之间设置有流量传感器，电控柜、温度传感器以及流量传感器均与电脑控制端连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种电蓄热循环风量-水温控制系统，其特征在于：
固体蓄热炉(1)的进风口与变频风机(2)出风口相连通，固体蓄热炉(1)的出风口与换热器(3)上端口相连通，变频风机(2)的入风口与换热器(3)相连通，换热器(3)的热水输出端与用户供暖设备(4)进水管相连通，用户供暖设备(4)出水管与换热器(3)的冷水输入端相连通，用户供暖设备(4)出水管与换热器(3)的冷水输入端相连通的管路上设置有补水箱(5)；
补水箱(5)通过两个并联的补水泵(7)与两个并联的循环泵(6)串联后连通到用户供暖设备(4)出水管与换热器(3)的冷水输入端相连通的管路上，两个并联的补水泵(7)、两个并联的循环泵(6)、固体蓄热炉(1)以及变频风机(2)均与电控柜连接，固体蓄热炉(1)的进风口和出风口处都安装有温度传感器，换热器(3)的热水输出端和冷水输入端都安装有温度传感器，循环泵(6)与换热器(3)之间设置有流量传感器，电控柜、温度传感器以及流量传感器均与电脑控制端连接。


2.一种如权利要求1所述的电蓄热循环风量-水温控制系统的预测控制方法，其特征在于：
步骤一、根据天气气温及实际的供暖环境，对电蓄热循环风量-水温控制系统进行期望供暖出水温度R1(t)或供暖回水温度R2(t)目标设定；
步骤二、通过供暖循环泵(6)把热水输送到用户供暖设备(4)，对换热器(3)的供暖出水温度T1(t)或供暖回水温度T2(t)进行实时监测；
步骤三、根据步骤二中实时监测的供暖出水温度T1(t)或供暖回水温度T2(t)数值，调节变频风机(2)吹出的冷风风速的循环风量u(t)；
步骤四、根据步骤二中得出的供暖出水温度T1(t)或供暖回水温度T2(t)和步骤三中得出的循环风量u(t)；采用动态矩阵控制算法对...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢作霞，苏健，陈雷，刘洋，李媛，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21