跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)電子膨脹閥的控制特性研究.pdf

1、跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)采用CO2作為制冷劑，不會破壞臭氧層，溫室效應(yīng)也比常規(guī)制冷劑低得多，由于制冷劑CO2在跨臨界區(qū)循環(huán)流動，所以其節(jié)流機(jī)構(gòu)——電子膨脹閥的進(jìn)出口壓力和壓差比常規(guī)熱泵系統(tǒng)的節(jié)流裝置的要高的多，所以若不能對其進(jìn)行很好的控制，將會導(dǎo)致大量的能量損失。為此，需設(shè)計(jì)出一套最適合于CO2跨臨界熱泵系統(tǒng)電子膨脹閥的控制算法，以達(dá)到節(jié)能和保證熱泵系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的目的，使電子膨脹閥在運(yùn)行過程中的進(jìn)出口溫度，過熱度等狀態(tài)參數(shù)保持在設(shè)定的范圍內(nèi)

2、，從而使整個(gè)熱泵系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。
　　 本文分別采用PID控制和模糊控制以及模糊PID控制三種方法對電子膨脹閥進(jìn)行控制，控制過程均通過將蒸發(fā)器過熱度作為被控量來控制閥門開度的方法對跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)用R系列的電子膨脹閥進(jìn)行控制。通過fuzzy工具箱建立模糊控制器并使用Simulink建立PID控制、模糊控制和模糊PID控制的模型并分別進(jìn)行模擬，其間通過對PID的控制參數(shù)Kp、Ki、Kd進(jìn)行調(diào)試并揭示其控制規(guī)律；建立并調(diào)試模糊

3、控制和模糊PID控制器，通過進(jìn)行大量的仿真試驗(yàn)，最終可以得到了這三種控制算法的最優(yōu)響應(yīng)曲線，然后將這三條曲線進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)模糊控制的響應(yīng)時(shí)間為125s，PID控制在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)區(qū)需160s，而模糊PID控制的調(diào)節(jié)時(shí)間為105s。模糊PID控制比PID控制節(jié)約了55s的調(diào)節(jié)時(shí)間，比模糊控制快20s。雖然過渡區(qū)內(nèi)模糊控制和PID控制的上升速度都比模糊PID控制快，但模糊PID控制響應(yīng)曲線最為平穩(wěn)。模糊PID控制在保證調(diào)節(jié)時(shí)間的同時(shí)，還消除了

4、震蕩與超調(diào)，它將模糊控制和PID控制的優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合起來，從而獲得了更為完美的響應(yīng)曲線，因此得出模糊控制方法在這三種控制算法中最適用于對跨臨界CO2熱泵這種具有強(qiáng)烈非線性特性的系統(tǒng)進(jìn)行控制的結(jié)論。模糊PID控制還可在線模糊自整定，對比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，從而保證了電子膨脹閥的運(yùn)行始終處于最佳狀態(tài)。
　　 為了便于電子膨脹閥的模糊PID控制更好的被應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)過程中，本論文還給它設(shè)計(jì)了軟硬件系統(tǒng)，對電子膨脹閥的