基于神经网络预测控制的水源热泵控制系统研究

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1、北方工业大学硕士学位论文摘要本文以北方工业大学开发的水源热泵空调控制系统为工程背景，着眼于解决系统运行中的时间滞后问题，研究了基于神经网络预测控制的集中空调的最优控制问题。北方工业大学研制的水源热泵空调控制系统现已投入实际应用，在地面盘管安装方式下运行中，夏天制冷过程中经常出现地面结露现象，影响了水源空调系统在制冷状态下的使用。针对这一实际问题，首先寻求环境温度、湿度条件下的制冷临界结露曲线。在临界结露曲线的约束条件下，设计了基于水源热泵空调系统的预测控制模型。集中空调系统是个大惯性、大滞后、非线性系统，系统本身容易受至0来自外界多方面的干扰，这种干扰有

2、时是非常严重的，如果处理不好有可能造成系统不稳定。在实际试验中考虑到整个水源热泵空调系统的复杂性，以及存在的非线性和大滞后因素，搭建了一个温度控制箱实验平台来模拟水源热泵空调控制系统。在这个温控箱实验平台上先试验了传统PID控制策略，验证了系统的设计结构和各个控制单元的功能，并且取得了预期的效果。针对系统非线性、大惯性、大滞后的问题，采用了基于神经网络的预测控制策略。神经网络具有较强的自学习、自适应和容错能力，预测控制来自工业实践，对复杂系统具有较强的适应性。将神经网络对非线性对象的逼近能力和预测控制的优化策略相结合，提出了基于BP神经网络的预测控制方案

3、。采用两个神经网络分别构建神经网络预测模型和非线性优化控制器。本文提出的基于BP神经网络的预测控制算法设计思想是：首先采用BP神经网络模型预测器建立被控对象的预测模型；然后利用该预测模型，根据系统当前的输入输出信息，预测对象的未来输出值，并采用反馈校正，以克服系统中由于其他不确定性扰动造成的模型预测误差，得到较为精确的对象预测值；在此基础上，基于校正后的未来一段时间内对象的预测值，结合给定的系统输出值，根据定义的二次性能指标对控制变量进行滚动优化，得到系统未来的控制序列。北方工业大学硕士学位论文在温控箱平台上的实验结果表明，基于BP神经网络的预测控制取得

4、了很好的控制效果，证明了这种控制方案可行性和优越性，为在水源热泵空调控制系统中的实际应用奠定了基础。关键词：水源热泵空调控制系统，预测控制，神经网络北方工业大学硕士学位论文ResearchofNeuralNetworkPredictiveContro

5、-nWaterSourceHeatPumpAir-conditionControlSystemAbstractThemainresearchworkofthisdissertationistoresolvethetimedelayproblemwhichoccurswhentheWaterSourceHea

6、tPumpAir-condition。ControlSystem0NSHPACS)developedbyNorthChinaUniversityofTechnology(NCUDisworkingandtostudytheoptimalcontrolofcentralair-conditionbasedonneuralnetwork．TheWSACSdevelopedbyNCUTworkspracticallyinoneflatbuildingofShandongprovincenow．TherunningofWSACSshowsthatthedewwi

7、ltoccurongroundinrefrigeratingstate，whichisabsolutelyforbiddenandinfluencestheworkingofWSHPACSinsummer．Wilhregardstothispracticalproblem，apredictivecontrolmodelisdesignedbaseontheWSACSundertheconstrainedconditionofcriticaldewcurvewhichisfoundundertheconditionoftemperatureandhumid

8、ityoftheenvironment．TheWSHPACSisalargeinertia，largetime-delayandnonlinearsystemwhichiseasilyjammedbyallkindsofoutsidefactor．Sometimesthesejammingareverysedousandwillinfluencethestabilityofthesystemifthesejammingarenotdealwithproperly．Becauseofthecomplex、nonlinearandlargetime-dela

9、ycharacteristicsoftheWSHPACS．anexperimen