matlab 换热器仿真,基于MATLAB的换热器温度控制仿真研究.doc
本文针对列管式换热器温度控制问题展开研究，分析了传统PID控制在换热系统中的局限性，并提出了一种基于Smith预估补偿的模糊串级控制方案。通过数学建模和理论分析，验证了该控制策略的有效性。利用MATLAB/SIMULINK工具对所设计的控制系统进行仿真，并对仿真结果进行了详细分析。研究表明，所提出的模糊串级控制方案能够有效改善换热器的温度控制性能，提高换热效率并降低能源消耗。该研究为解决我国能源紧张问题提供了理论支持和技术参考。
关键词：换热器温度控制；PID控制；模糊控制；仿真
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基于MATLAB的换热器温度控制仿真研究.doc63页
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基于MATLAB的换热器温度控制仿真研究
摘 要
在动力工程领域和其他过程工业部门得到了广泛应用，并被用作标准工艺设备。例如常见的列管式换热器，在其运行过程中通过冷流体和/or 热流体间的对流传热实现传质传能的过程从而满足生产需求。然而由于这类受控对象呈现出纯滞后特性、大惯性且参数具有时变性的非线性特性传统的基于比例积分微分（PID）反馈调节的方法难以满足系统的静态和动态特性要求。现有的单一化的控制系统架构以及制造技术限制使得这一类设备存在诸多性能不足的问题如控制效果欠佳和运行效率低下等现象严重制约了能源资源的有效利用。因此探索更加高效的控制系统设计方法提升设备性能水平对于推动我国能源结构优化与可持续发展具有重要的现实意义
本研究课题针对换热器实验设备温度控制性能的改进展开深入探讨。在设计过程中首先通过对当前换热器出口温度控制效果特点进行深入分析,成功揭示了制约其进一步优化提升的关键因素,从而为后续优化方案的设计提供了可靠的技术支撑依据。接着,基于换热系统组态结构与运行流程特征,系统性地构建了相应的温度控制系统数学模型。在此模型的基础上,结合换热器温度控制的实际运行特性,科学地提出了一个创新性的控制策略——即采用带Smith预估补偿的模糊串级控制方案,并对其进行了理论验证以确保方案的有效性与可靠性。主回路控制系统采用了基于Smith预估补偿的模糊控制算法算法，而副回路则采用了模糊PID控制算法,并在理论上对其可行性进行了严格论证。最后,通过MATLAB7.0/SIMULINK仿真平台进行换热器出口温度精确控制仿真运行,并对实验结果进行了全面的数据分析与评估,最终验证了所设计的新型控制算法及应用方案在实际运行中的显著优势与工程价值
关键词：换热器温度控制；PID控制；模糊控制；仿真
The heat exchanger based on MATLAB simulation of temperature control
Abstract
The heat exchanger, classified as a standard process equipment, has been extensively utilized across various sectors including power engineering and other process industries. Taking industrial-type heat tube exchangers as a common reference point, these devices facilitate thermal exchange between hot and cold fluids through convective heat transfer mechanisms. This is done with the objective of ensuring that the outlet temperature materials align with industrial production requirements. Nevertheless, considering that such a thermal exchange system constitutes a pure time delay object with significant inertia and exhibits strong nonlinear time-varying characteristics inherent to conventional PID control parameters, these traditional PID controllers often fail to satisfy both static and dynamic control specifications. By imposing constraints on uniformity and manufacturing processes within set limits, it is hoped that this approach will mitigate issues associated with poor operational conditions or low heat transfer efficiency in heat exchangers. Consequently, this leads to energy wastage. The challenge lies in enhancing control strategies for such systems to simultaneously improve their efficiency and alleviate current pressures within our country's energy sector. This holds significant long-term importance for sustainable development efforts.
The problem at hand involves a heat exchanger designed for temperature control in laboratory equipment, with the aim to enhance an existing solution. First and foremost, during the design phase, an analysis was conducted focusing on the thermal characteristics of the heat exchanger's outlet temperature control. This investigation revealed that constraining the control mechanism had adverse effects on performance.
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