0

Mô hình hóa và điều khiển tối ưu cho hệ thống điều hòa không khí

60 2 0
  • Mô hình hóa và điều khiển tối ưu cho hệ thống điều hòa không khí

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 12/05/2022, 10:00

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐẶNG ĐỨC TUẤN MƠ HÌNH HĨA VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ ( Modeling and optimal control of the air conditioning system) LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS VŨ THỊ THÚY NGA HÀ NỘI - 2016 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tên là: Đặng Đức Tuấn Sinh ngày 03/11/1982 Học viên lớp Cao học Khoá 2014B Chuyên ngành Điều khiển tự động hóa –Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Xin cam đoan: Đề tài: “Mơ hình hóa điều khiển tối ưu cho hệ thống điều hịa khơng khí” TS Vũ Thị Thúy Nga hướng dẫn công trình nghiên cứu riêng tơi Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Nếu sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2016 Tác giả Đặng Đức Tuấn Page i Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ iv DANH MỤC v LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG 1.1 TẦM QUAN TRỌNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA SỬ DỤNG HAI NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÍCH HỢP 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨA HIỆN NAY 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU 2.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA BÀI TOÁN TỐI ƯU 2.1.1 XÂY DỰNG BÀI TOÁN TỐI ƯU 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU 12 2.2.1 PHƯƠNG PHÁP BIẾN PHÂN CỔ ĐIỂN EULER_LAGRANGE 12 2.2.2 PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH ĐỘNG BELMAN 16 2.2.3 NGUYÊN LÝ CỰC TIỂU PONTRYAGIN_HAMILTON 20 2.2.4 NHẬN XÉT 26 2.3 ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÁC HỆ TUYẾN TÍNH VỚI PHIẾM HÀM DẠNG TOÀN PHƯƠNG 27 2.3.1 ỔN ĐỊNH LYAPUNOV ĐỐI VỚI HỆ THỐNG TUYẾN TÍNH 27 2.3.2 ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ TUYẾN TÍNH VỚI CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG DẠNG TỒN PHƯƠNG _ PHƯƠNG TRÌNH RICCATI ĐỐI VỚI HỆ LIÊN TỤC 29 2.3.3 PHƯƠNG TRÌNH RICCATI ĐỐI VỚI HỆ RỜI RẠC 31 2.3.4 CÁC BƯỚC GIẢI BÀI TỐN TỒN PHƯƠNG TUYẾN TÍNH 32 2.3.5 NHẬN XÉT 32 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHƠNG KHÍ 34 3.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 34 3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 35 Page ii Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.2.1 GIÀN NÓNG 38 3.2.2 MÁY NÉN 40 3.2.3 BỂ CHỨA NƯỚC 41 3.2.4 ỐNG MAO DẪN 42 3.2 MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG 42 3.3 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 45 3.4 MÔ PHỎNG 47 3.5 THẢO LUẬN 50 PHẦN KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 Page iii Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.4: Các thuật toán áp dụng cho hệ thống điều hịa khơng khí ( hình 1) với thông số sau : 47 Bảng 3.4: giá trị biến : 48 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1, Sơ đồ khối máy điều hòa sử dụng lượng mặt trời điều khiển tối ưu Hình 2.1 Hàm chuyển đổi mẫu điều khiển tối ưu 23 Hình Sơ đồ khối máy điều hòa sử dụng lượng mặt trời điều khiển tối ưu 34 Hình 3.1 Nhiệt độ lạnh rời khỏi máy nén 49 Hình 3.2 Nhiệt độ lạnh rời khỏi bể chứa 49 Hình 3.3 Nhiệt độ làm lạnh để lại giàn nóng 50 Page iv Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT TT KÝ HIỆU a DIỂN GIẢI NỘI DUNG ĐẦY ĐỦ ĐƠN VỊ Air c Condenser cap Capillary.tube com Compressor col Collector ds Desuperheat f water inside storage tank 10 sh Superheat 11 o Outlet 12 i Inlet 13 g saturated vapor 14 int Interface 15 l Saturatedliquid 16 hx Heatexchanger 17 t Tank 18 two-phase 19 r refrigerant sc subcool 20 p Density kg/m3 21 ϑsuc specific volume at the compressor inlet m3/kg 22   mean value of void fraction 23 VD displacement volume 24 cross-sectional area A of the compressor m3/s m2 Page v Luận văn thạc sĩ kỹ thuật heat capacity inside diameter of tube kJ/(kg ◦C m 27 pe evaporator pressure kPa 28 T Temperature C 29 t Time 30 U overall heat loss coefficient kW/(m2 ◦C) 31 Deo Evaporator outer diameter of tubes mm 32 Ae Evaporator fin-to-fin area m2 33 Le Evaporator total length M 34 Ac Condenser fin-to-fin area m2 35 Lc Condenser total length M 36  i,c,ds Condenser de-superheated heat transfer coefficient kW/m2 ◦C 37  o,c Condenser external heat transfer coefficient kW/m2 ◦C 38  s collector absorptance value 39 At Water storage tank area m2 40 Acol Vacuum solar collector area m2 41 Ut Tank heat loss coefficient kW/m2 ◦C 42 Uhx Immersed coil heat loss coefficient kW/m2 ◦C 43 s Collector transmittance value 44 s Collector absorptance value 45 Cp,r Specific heat of refrigerant kJ/kg ◦C 46 CP,f Specific heat of water kJ/kg ◦C 47 Mf Water mass in storage tank kg 48 VD m3/s 49 v Displacement volume of compressor Volumetric efficiency 50 K Polytropic index of 51 comp Total efficiency of the compressor 52 h Enthalpy 25 26 CP D kJ/kg Page vi Luận văn thạc sĩ kỹ thuật kW/m2 53 It total solar radiation 54 k polytropic index 55 L Length m 56 m˙ refrigerant mass flow rate kg/s 57 M Mass kg 58 pc condenser pressure kPa 59 LQR linear quadratic regulator 60 PLC Program Logic Control of the re frigerant vapor Page vii Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI NÓI ĐẦU Trong sống đại ngày nay, việc sử dụng thiết bị điện-điện tử để phục vụ sống người nhu cầu tất yếu thiết bị liên quan đến khơng khí máy sưởi, quạt thơng gió, điều hòa thứ tối cần thiết điều kiện khí hậu ngày khắc nghiệt, mơi trường nhiễm Tuy nhiên, số thiết bị sinh hoạt sử dụng điện hệ thống sưởi, thơng gió, điều hịa khơng khí tiêu thụ lượng điện đáng kể, theo ước tính hệ thống tiêu thụ khoảng 50% tổng lượng điện dùng cho sinh hoạt Điều việc làm cho nguồn lượng hóa thạch nhanh cạn kiệt cịn dẫn đến hiệu ứng nhà kinh gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tầng khí Trước thực tế việc kết hợp nguồn lượng tái tạo với nguồn lượng truyền thống để giảm việc tiêu thụ điện từ lưới điện thu hút quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học hãng sản xuất thiết bị điều hòa.Trong số nguồn lượng tái tạo có lượng mặt trời phổ biến dễ dàng khai thác Tuy nhiên, lượng mặt trời nguồn lượng phụ thuộc nhiều vào thời tiêt thời điểm ngày, điều không phù hợp với nhu cầu điện sinh hoạt Do vậy, việc điều tiết nguồn lượng lưu điện cần thiết Đồng thời với đó, cơng trình sử dụng hệ thống điều hịa tích hợp hai nguồn lượng việc sử dụng tối ưu nguồn lượng vấn đề quan trọng Do đó, việc mơ hình hóa thiết kế điều khiển cho hệ thống điều hòa dạng hứa hẹn nhiều triển vọng Với ý nghĩa định hướng giáo viên hướng dẫn TS.Vũ thị Thúy Nga em lựa chọn đề tài: “Mơ hình hóa điều khiển tối ưu cho hệ thống điều hịa khơng khí ” Được giúp đỡ hướng dẫn tận tình TS.Vũ thị Thúy Nga số đồng nghiệp, đến em hoàn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi số thiếu sót định Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn đồng nghiệp luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Page Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG I TỔNG QUAN CHUNG 1.1 Tầm quan trọng hệ thống điều hòa sử dụng hai nguồn lượng tích hợp Với phát triển khoa học công nghệ, thiết bị thông minh ngày sử dụng nhiều để phục vụ đời sống người Đi đôi với việc nâng cao chất lượng sống thiết bị tiêu thụ lượng không nhỏ điện đặt thách thức công nghiệp lượng Để chia sẻ gánh nặng với ngành điện lục, thời gian gần đây, công nghệ biến tần phổ biến rộng rãi thiết bị sinh hoạt (trước chủ yếu sử dụng công nghiệp) điều hòa, tủ lạnh, máy giặt,…Tuy nhiên, việc làm giúp giảm phần nhỏ điện tiêu thụ Trong số thiết bị sinh hoạt sử dụng điện hệ thống sưởi, thơng gió, điều hịa khơng khí tiêu thụ lượng điện đáng kể, theo ước tính hệ thống tiêu thụ khoảng 50% tổng lượng điện dùng cho sinh hoạt Điều ngồi việc làm cho nguồn lượng hóa thạch nhanh cạn kiệt cịn dẫn đến hiệu ứng nhà kinh gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tầng khí Thêm vào đó, khảo sát lượng gần đưa dự báo lượng sử dụng sinh hoạt tăng 34% năm tới với tốc độ tăng trưởng trung 1.5% Như vậy, việc giảm lượng tiêu thụ đồng thời phải đáp ứng nhu cầu nâng cao đời sống người phụ thuộc nhiều vào đặc tính tính chất thiết bị điều hịa Trước thách thức việc kết hợp nguồn lượng tái tạo với nguồn lượng truyền thống để giảm việc tiêu thụ điện từ lưới điện thu hút quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học hãng sản xuất thiết bị điều hòa.Trong số nguồn lượng tái tạo có lượng mặt trời phổ biến dễ dàng khai thác Việc tích hợp nguồn lượng mặt trời vào hệ thống điều hịa khơng khí theo ước tính làm giảm lượng tiêu thụ điện toàn hệ thống lên đến 35-45% vào năm 2030 Tuy nhiên, lượng mặt trời nguồn lượng phụ thuộc nhiều vào thời tiêt thời điểm ngày, điều không phù hợp với nhu cầu điện sinh hoạt Do vậy, việc tiều tiết nguồn lượng lưu điện cần thiết Đồng thời với đó, cơng trình sử dụng hệ thống điều hịa tích hợp hai nguồn lượng việc sử dụng tối ưu nguồn lượng vấn đề quan trọng Do đó, việc mơ hình hóa thiết kế điều khiển cho hệ thống điều hòa dạng hứa hẹn nhiều triển vọng Page Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trong vùng pha, nhiệt độ lạnh dung mơi giữ giá trị bão hịa Do phương trình cân lượng cho vugnf pha giàn nóng :  d  pc ,l hc ,l  d  pc , g hc , g  dL dp  Ac Lc ,tp  1      c   Ac  pc.g hc , g  pc ,l hc ,l  c,ds   dt dt dt  dt    Ac  pc g hc , g  pc ,l hc ,l  dLc ,ds dt   = mc ,i hc ,i  mc,int hg   i ,c ,tp Dc,i Lc,tp Tc,tp,w  Tc,tp, r , (3.11) Phương trình cân khối lượng vùng pha thu : Ac Lc ,tp d c ,tp dpc dL  Ac  c ,g  c ,l  c ,ds dpc dt dt  Ac  c ,ds  c ,l  dLc,tp dt  mc,int,ds  mc,int,tp , (3.12) e,tp mật độ trung bình mơi chất lạnh xác định như: c,tp  c,l 1     c, g (3.13) Phương trình cân lượng vách ống vùng pha là:   i ,c,tp Dc,i Tc,tp ,r  Tc,tp ,w    o,c Dc,o Tc,a  Tc,tp ,w  (3.14) dt Trong vùng 3, nhiệt độ chất làm lạnh giảm từ q trình lỏng phía giàn nóng C p ,w w Aw dTc ,tp ,w Phương trình cân lượng vùng 3: Page 39 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình Sơ đồ mơ hình ngưng    dh  dp p dh Ae Lc , sc   c ,l c ,l  c  c ,l c ,o dt   dpc  dt  hc ,l  hc ,o   Ac c ,l  dL   dL   c,ds  c,tp   i ,c,sc Dc,i Lc,sp Tc,sp,w  Tc,sp,r   mc,o  hc,l  hc,o  dt   dt (3.15) Tỷ lệ lưu lượng vùng giả định tương đương với vùng pha, tức là, mc,int,tp  mc ,o (3.16) Cuối cùng, cân lượng thành ống vùng là:  dT Tc ,tp ,w  Tc, sc,w  dLc ,ds dLc ,tp   C p ,w  w Aw  c ,sc,w      dt L dt dt    c , sc   i ,c,sc Dc,i Tc,sc,r  Tc,sc,w    o,c Dc,o Tc ,a  Tc ,sc,w  (3.17) 3.2.3 Máy nén Vì trình điện để đạt đến tốc độ hoạt động máy nén nhanh trình nhiệt liên qua nên q trình q độ bỏ qua Do máy nén khí mơ hình hóa sử Page 40 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật dụng thủ tục hồi quy mô tả tốc độ chảy dung môi máy nén, coogn suất đầu vào cấp cho máy nén enthapy đầu máy nén mr ,comp  VDv  suc (3.18) Nguồn điện vào máy nén cho bởi: Win  mr ,comp comp  k 1/ k    k    pc   pe suc        k     pe   (3.19) Sau đó, entanpy lạnh rời khỏi máy nén tính sau: hr ,o,comp  mr ,comp hr ,i ,comp  w in mr ,comp (3.20) Cuối cùng, nhiệt độ lạnh rời khỏi máy nén xác định cách sử dụng áp lực xả nén entanpi môi chất lạnh rời khỏi máy nén quan tâm đến tính chất nhiệt động lực học chất làm lạnh vùng nhiệt 3.2.4 bể chứa nước Các thu lượng mặt trời chân không sử dụng xạ mặt trời để làm nóng nước lưu trữ Các thu lượng mặt trời cho mơ hình ống kính hai lớp không gian ống cách ly, tạo môi trường chân không Do đó, tạo vật liệu cách nhiệt hồn hảo, ngăn nhiệt đối lưu dẫn nhiệt Sau nhiệt truyền từ nước bình vào thiết bị trao đổi nhiệt ngâm bể chứa trạng môi chất đầu vào cuộn dây trao đổi nhiệt bể nước xác định từ mô hình máy nén Với bình Page 41 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật trữ nước dạng này, giả định dòng chảy tự nước phụ thuộc vào nhiệt độ tạo thông qua khác biệt mật độ, lưu lượng nước tính theo lớp nước làm nóng lượng mặt trời Như vậy, cân lượng cho bình chứa nước là: M f C p, f dT f dt  Acol I t s s  mr  ht ,r ,i  ht ,r ,o   AU t t Ta  T f  (3.21) Nguyên tắc cân lượng cho cuộn dây đặt bể lưu trữ cho ta kết sau: Tt ,r ,o  T f  Tt ,r ,i  AhxU hx  T f  exp    mC r p ,r     (3.22) 3.2.5 Ống mao dẫn Các ống mao mạch thiết bị mở rộng diện tích trao đổi mà khoogn làm thay đổi không gian, thường sử dụng hệ thống điều hịa khơng khí nhỏ Đối với trình ống mao dẫn, phương trình sau đưa ra: hr ,i ,cap  hr ,o,cap , (3.23) Trong hr ,i ,cap hr ,o,cap , tương ứng enthalpies định mức trình làm lạnh rời khỏi ống mao dẫn Do đó, nhiệt độ mơi chất lạnh rời khỏi ống mao dẫn xác định sau tính tốn entanpy lạnh đo áp suất lạnh lối ống mao dẫn 3.3 MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG mơ tả mơ hình tốn học thành phần hệ thống cách áp dụng nguyên tắc cân lượng khối lượng Cấu hình đề nghị cho hệ thống đặc trưng động nhiệt độ lạnh rời khỏi máy nén, để lại bình ngưng rời khỏi bể chứa với biến kiểm sốt tốc độ dịng chảy khơng khí lạnh tốc độ dịng chảy khối lượng bình ngưng Page 42 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Đặt Tamb , Trlc , Tcomp Twst , tương ứng nhiệt độ môi trường xung quanh , nhiệt độ chất làm lạnh để lại giàn nóng, nhiệt độ máy nén khí nhiệt độ bể chứa nước; Tw, TCON , Tin Tsup tương ứng nhiệt độ nước bể chứa, nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ phòng nhiệt độ bay nhiệt ổ cắm; Nguyên tắc cân lượng cho giàn nóng cung cấp cho dàn lạnh :        dT dTrlc dTamb  A K m m Acon K  comp con    rel res dTwst      exp    exp    ma ,       dt dt  dt dt  m m m m r C p ,r r C p ,r r r         (3.24) Trong Acon Kcon tương ứng hệ số ngưng tụ hệ số truyền nhiệt, hệ số m r C p ,r tương ứng khối lượng môi chất lạnh nhiệt , m rel m res tương ứng tốc độ dòng chảy lạnh vào by-pass bể chứa dầu, m a tốc độ dịng chảy khơng khí ngưng tụ, tham số β có giá trị : (3.25) Qcon Qeva tương ứng công suất ngưng tụ công suất bay Win đầu vào công việc nén Chúng xác định sau: Win  mr comp  y       y    pdis  y 1   psuc vsuc   1    y     psuc     (3.26) Qcon    Acon K       exp  m C T T ,   a p ,a  amb         mr C p ,r    (3.27) Qeva    Aeva K eva       exp  m C T T ,   a p ,a  in sup         mr C p ,r    (3.28) Page 43 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trong comp hiệu suất máy nén,  suc khối lượng riêng chất làm lạnh, psuc pdis tương ứng lực hút máy nén lực van xả áp, Aeva Keva tương ứng diện tích cuộn dây bị bay hệ số truyền nhiệt, γ số đa hướng lạnh Nguyên tắc cân lượng cho cuộn dây nằm bồn chứa nước nóng máy nén mơ tả phương trình trạng thái sau đây:   a1  a2 Tcomp  Twst  a4 dTwst  dt   Acon K    exp     mr C p ,r  dTcomp dt    m res  m  r   Aeva K eva     exp  a3  b m r       mr C p ,r      Acon K    exp     mr C p ,r     a1  a2 Tcomp  Twst  exp   Acon K     mr C p ,r    1  exp   Acon K         mr C p ,r         (3.29) a3  b m r   1  exp   Acon K     mr C p ,r       (3.30) Trong :    Acol I s s  At Kt A K a1    Tamp  Tw   exp   hx hx    M wC p , w M wC p , w    mr C p ,r    mr C p ,r  A K a2   exp   hx hx  M wC p ,w   mr C p ,r    ,      ,       dTin  Aeva K eva    a3   exp  ,    dt   mr C p ,r        Acon K  mres A K A K  a4   exp   exp   eva eva  con      mr C p ,r   mr C p ,r  mr  mr C p ,r      A K A K Acon K  mrel  mres eva eva con     b  1- exp    exp        mr  m C m C m m r r r r C p ,r p , r p , r      Page 44 , Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Ahx K hx tương ứng hệ số truyền nhiệt bồn nước nóng ngâm cuộndây, M w C p ,w tương (3.29) (3.30) vào (3.24) phương trình trạng thái thứ dTrlc  a5  dt    m rel  m  r  a  a T comp  Twst   m rel   a6  a3  b m r   mr    1  exp   Acon K     mr C p ,r    exp   Aeva K eva  Acon K   m C m r r C p ,r  p ,r     1  exp   Acon K        m r C p ,r                m (3.31) a Trong    dTamb  Acon K    a5   exp     dt  m r C p,r       A K mrel  mrel con   a6   exp       mr  mr m r C p ,r   3.4 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN Các công thức (3.29-3.31) thu cách giả định đẳng entropy hoạt động máy nén gán biến trạng thái hệ thống : Trlc nhiệt độ mơi chất lạnh rời khỏi giàn nóng Twst nhiệt độ bể chứa nước Tcomp nhiệt độ môi chất rời khỏi máy nén Các tín hiệu điều khiển bao gồm : -(u1) dòng áp dụng cho van điện từ đường dây -(u2), dòng áp dụng cho quạt giàn nóng sản lượng hệ thống nhiệt độ chất làm lạnh để lại giàn nóng máy nén khí Mơ hình phi tuyến gốc lấy từ cơng thức (3.31), (3.29) (3.30) chuyển thành Page 45 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phương trình tuyến tính quanh điểm hoạt động hệ thống khoảng thời gian lặp lại thể biến : ̇ (3.32) vectơ trạng thái x = [Trlc Twst Tcomp]T, u = [u1 u2]T vector kiểm soát đầu vào y = [Trlc Tcomp]T vector đầu Các ma trận hệ thống xác định bởi: 0 a12 a12  A  0 a22 a22  , 0 a32 a32   b11 b12  B  b21  , b31  1 00  C , 001  (3.33) Trong đó: ( )     Acon K  ) exp   mr  mr C p ,r  ,   Acon K    exp     mr C p ,r  ( ) a2 ( a32   m res ,  a  a T b11     A K k1b exp   eva eva    m r C p ,r   b21   ,   A K  exp   con     m r C p ,r  b31   comp   Twst  a6 mrel mres  mrel   Acon K    exp     mr C p ,r  k1b   Acon K    exp     mr C p ,r  bk1 , K1 K2 hệ số mối quan hệ tốc độ dòng chảy chất làm lạnh tốc độ dòng chảy khơng khí dịng điện áp dụng cho van điều khiển quạt giàn nóng Một chiến lược tối ưu phát triển để kiểm soát nhiệt độ mơi chất lạnh rời khỏi giàn nóng , rời khỏi máy nén rời khỏi bồn chứa nước nóng cách điều chỉnh tỷ lệ lưu lượng chất làm lạnh tốc độ dịng chảy khơng khí van đầu máy nén tỷ lệ thuận với dòng xả tốc độ quạt giàn nóng , tương ứng Đối với thiết kế điều khiển, số hiệu suất sau sử dụng: J=∫ (3.34) Page 46 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật e (t) = x (t) - xref (t) theo dõi kiểm sốt lỗi, tài liệu tham khảo xref (t) tập hợp điểm tạo cách sử dụng phương trình bậc hai (SQP) tối ưu hóa cách tiếp cận [24], Q = QT>0 R = RT> tương ứng ma trận dương cho trạng thái điều khiển cưỡng lựa chọn Mục đích để xây dựng điều khiển phản hồi trạng thái tuyến tính có dạng u (t) = -Ke (t) giảm thiểu số hiệu suất J Cho rằng, luật điều khiển LQR thường sử dụng sau: (3.35) Trong K = R-1BTP điều khiển thu ma trận P>0 thu cách giải phương trình Riccati sau đây: (3.36) Bằng việc giải phương trình (3.36)cho ma trận P bước lặp, có tăng kiểm soát K cho đầu vào điều khiển tối ưu Mô thực cho 20 phút 20 lần lặp lại thực tổng số Các hệ điểm thiết lập cho biến nói xác định cách sử dụng chương trình bậc hai mơ tả [24] Sau đó, tham chiếu ngồi tham khảo tối ưu (t) với tín hiệu điều khiển LQR thực PLC để điều khiển van đường dây ống dẫn biến điều khiển tốc độ cho quạt giàn nóng để điều chỉnh lưu lượng chất làm lạnh tốc độ dịng chảy khơng khí 3.5 MƠ PHỎNG Bảng 3.4: Các thuật tốn áp dụng cho hệ thống điều hịa khơng khí ( hình 1) với thông số sau : Deo Dei Ae Le Dco Dci Ac Lc  i,e,tp 12.7 11.8 0.17 0.9 9.5 8.6 0.52 0.8 (mm) (mm) (m2 ) (m) (mm) (mm) (m2) (m) ( kW/m2 ◦C )  i,e,sh 0.31 ( kW/m2 ◦C ) Page 47 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 0.48 0.25 ( kW/m2 ◦C ) ( kW/m2 ◦C ) 0.24 ( kW/m2 ◦C ) ( kW/m2 ◦C ) At 0.3 1.6 ( kW/m2 ◦C ) (m2) Acol 1.9 (m2) Ahx Ut Uhx 0.11 0.3 0.12 (m2) ( kW/m2 ◦C ) (kW/m2 ◦C) s 0.91 s 0.92 Cp,r CP,f Mf VD 1.13 4.2 35 0.0012 v 0.91 K 1.17 0.8  oe  i,c,ds  i,c,tp  i,c,sh  o,c comp (kJ/kg ◦C) (kJ/kg ◦C) (kg) (m3/s) Bảng 3.4: giá trị biến : Parameter y data,m sx RE (%) RMSE CV ( % ) Tr,o,e 16.68 3.22 9.57 1.73 10.37 Tr,o,comp 53.11 9.21 11.4 6.25 11.77 Tr,o,t 61.2 9.59 12.18 7.38 12.97 Tr,o,c 30.03 2.57 12.38 3.95 13.15 Tr,o,cap 11.39 3.58 9.49 1.13 9.97 Tf 80.75 4.45 10.98 9.31 11.53 Page 48 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.3 Nhiệt độ mơi chất lạnh để lại giàn nóng 3.6 Thảo luận Nhìn vào sơ đồ ta nhận thấy nhiệt độ đầu máy nén có điều khiển thấp khơng có điều khiển Hình 3.1 Nhiệt độ mơi chất lạnh rời khỏi bể nước nóng có điều khiển thấp khơng có điều khiển khoảng Oo C Hình 3.2 Nhiệt độ mơi chất lạnh rời khỏi máy nén nước nóng có điều khiển thấp khơng có điều khiển khoảng 2,2 Oo C Hình 3.3 Nhiệt độ mơi chất lạnh rời khỏi giàn nóng có điều khiển thấp khơng có điều khiển khoảng Oo C Như làm cho môi chất lạnh ln qua van by-pass đến đầu vào giàn nóng mà khơng cần phải gia nhiệt cho mơi chất lạnh Khi q nhiệt lạnh rời khỏi máy nén nhiệt độ ngưng tụ cao , van điện từ đóng lại , điều khiển cho phép môi chất lạnh từ máy nén vào cuộn dây đồng bên bể chứa nước nóng , môi chất bổ xung nhiệt lượng nước nóng tốc độ quạt giàn Page 50 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nóng đồng với q trình đóng mở van để tăng tốc độ truyền nhiệt giàn lạnh khơng khí đồng thời tăng làm mát cho giàn nóng Quá trình điều khiển van quạt giàn nóng ln biến đổi liên tục để tối ưu hóa làm hạ nhiệt độ cho giàn nóng điều kiện Kết việc giảm nhiệt độ cho giàn nóng dẫn đến nhiệt độ giàn lạnh giảm, nâng cao hiệu hệ thống lạnh nâng cao hệ số hiệu suất Page 51 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật PHẦN KẾT LUẬN Việc điều khiển tối ưu kết hợp sử dụng lượng mặt trời giải vấn đề tiết kiệm lượng cho hệ thống điều hòa Để cải thiện hiệu suất cho phép điều khiển vịng kín nó, nên sử dụng chế độ by-pass Thông qua van chiều Sử dụng sensor để kiểm sốt tốc độ dịng chảy mơi chất làm lạnh sau nén Mơ hình tối ưu cho hệ thống xây dựng cách sử dụng luật cân khối lượng lượng sau kỹ thuật điều chỉnh tồn phương tuyến tính áp dụng đồng thời điều khiển quạt , van bình ngưng để điều chỉnh tốc độ, lưu lượng mơi chất lạnh qua bể chứa nước nóng điều chỉnh tốc độ quạt giàn nóng với mục tiêu tăng cường hiệu hệ thống với vòng kín điều khiển tối ưu Đề tài “Mơ hình hóa điều khiển tối ưu cho hệ thống điều hịa khơng khí”.hứa hẹn cho việc cải thiện hiệu hệ thống thực nhu cầu làm mát đạt hiệu lượng cao Luận văn có sử dụng tài liệu nước ngồi, với vốn từ tiếng anh chuyên ngành hạn chế bậc đại học đào tạo chuyên ngành khác nên luận văn cịn nhiều điểm thiếu sót mong thầy thơng cảm góp ý để luận văn em với đề tài “Mơ hình hóa điều khiển tối ưu cho hệ thống điều hịa khơng khí ” có tính thực thi cao Em xin chân thành cảm ơn bảo ân cần giáo viên hướng dẫn , TS.Vũ Thị Thúy Nga giúp em hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật Page 52 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A.A Al-Abide, S.F Mat, K Sopian, M.Y Sulaiman, C.H Lim, A Th, Review of thermal energy storage for air conditioning systems, Renew Sust Energ Rev 16 (2012) 5802–5819 [2] B Choudhury, P.K Chatterjee, J.P Sarkar, Review paper on solar-powered airconditioning through adsorption route, Renew Sust Energ Rev 14 (2010) 2189–2195 [3] Department of Energy, U.S International Energy Outlook, Energy Information Administration, 2006 [4] U Desideri, S Proietti, P Sdringola, Solar-powered cooling system: technical and economic analysis on industrial refrigeration and air-conditioning applications, Appl Energy 86 (2009) 1376–1386 [5] International Energy Agency (IEA), Renewable for heating and cooling: untapped potential, Renewable Energy Technology Deployment, 2007 [6] N Li, G Calis, B Becerik-Gerber, Measuring and monitoring occupancy with an RFID based system for demand-driven HVAC operations, Autom Constr 24 (2012) 89–99 [7] M Qin, R Belarbi, A Aït-Mokhtar, F Allard, Simulation of coupled heat and moisture transfer in air-conditioned buildings, Autom Constr 18 (2009) 624–631 [8] I Hazyuk, C Ghiaus, D Penhouet, Model predictive control of thermal comfort as a benchmark for controller performance, Autom Constr 43 (2014) 98–109 [9] H.D Fu, G Pei, J Ji, H Long, T Zhang, T.T Chow, Experimental study of a photovoltaic solar-assisted heat pump/heat pipe system, Appl Therm Eng 40 (2012) 343– 350 [10] C.H Liang, X.S Zhang, X.W Li, X Zhu, Study on the performance of a solar Fig Energy consumption comparison assisted air source heat pump system for building heating, Energy Build 43 (2011) 2188– 2196 [11] B.A Jubran, H.A Al-Hinai, Y.H Zurigat, S Al-Salti, Feasibility of using various photovoltaic systems for window-type air conditioning units under hot-arid climates, Renew Energy 28 (2003) 1545–1553 Page 53 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật [12] M Bilgili, Hourly simulation and performance of solar electric vapor compression refrigeration system, Sol Energy 85 (2011) 2720–2731 [13] S.M Xu, X.D Huang, R Du, An investigation of the solar powered absorption refrigeration system with advanced energy storage technology, Sol Energy 85 (2011) 1794– 1804 [14] Y Sukamongkol, S Chungpaibulpatana, B Limmeechokchai, P Sirpadungtham, Condenser heat recovery with a PV/T air heating collector to regenerate desiccant for reducing energy use of an air conditioning room, Energy Build 42 (2010) 315–325 [15] J Guo, H.G Shen, Modeling solar-driven ejector refrigeration system offering air conditioning for office buildings, Energy Build 41 (2009) 175–181 [16] D La, Y Dai, Y Li, T Ge, R Wang, Case study and theoretical analysis of a solar driven two-stage rotary desiccant cooling system assisted by vapor compression airconditioning, Sol Energy 85 (2011) 2997–3009 [17] R Daghigh, M.H Ruslan, M.Y Sulaiman, K Sopian, Review of solar assisted heat pump drying systems for agricultural and marine products, Renew Sust Energ Rev 14 (2010) 2564–2579 [18] Q Ha, Data acquisition, monitoring and control for hybrid solar air-conditioners, Gerontechnology 11 (2012) 314 [19] V Vakiloroaya, Q.P Ha, M Skibniewski, Modeling and experimental validation of a solar-assisted direct expansion air conditioning system, Energy Build 66 (2013) 524–536 [20] V Vakiloroaya, R Ismail, Q.P Ha, Development of a new energy-efficient hybrid solar-assisted air conditioning system, Proc 2013 Int Symp Automation and Robotics in Construction, Montreal, Canada, 2013 [21] Q.P Ha, V Vakiloroaya, A novel solar-assisted air conditioner system for energy savings with performance enhancement, Procedia Eng 49 (2012) 116–123 [22] TRNSYS software, A transient system simulation program, version 16, http://sel.me wisc.edu/trnsys/.> 2006 [23] V Vakiloroaya, R Dibbs, Q.P Ha, B Samali, Hybrid solar air-conditioner modeling and optimal usage for energy saving and comfort enhancement, Proc 2nd International Conference on Building Energy and Environment, Colorado, USA, 2012 Page 54 ... thuật CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU 2.1 Đặc điểm toán tối ưu  Khái niệm Điều khiển tối ưu chuyên ngành điều khiển tự động, có vai trị xác định tạo lập luật điều khiển cho hệ thống để hệ thống đạt tiêu... HOẠT ĐỘNG Sơ đồ đề cập đến vấn đề tối ưu hóa cho hệ thống điều hịa khơng khí cách sử dụng hệ thống kết hợp lượng mặt trời điều khiển tối ưu cho hệ thống Hệ thống bao gồm sáu thành phần chính,... mặt trời điều khiển tối ưu Hình 2.1 Hàm chuyển đổi mẫu điều khiển tối ưu 23 Hình Sơ đồ khối máy điều hòa sử dụng lượng mặt trời điều khiển tối ưu 34 Hình 3.1
- Xem thêm -

Xem thêm: Mô hình hóa và điều khiển tối ưu cho hệ thống điều hòa không khí ,