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基于前馈式模糊控制的公路隧道通风系统研究
| 论文题名： | 基于前馈式模糊控制的公路隧道通风系统研究 |
| 关键词： | 模糊控制;前馈式控制;公路隧道;隧道通风系统;数学模型 |
| 摘要： | 随着我国高速公路建设事业的大力发展，公路隧道大量涌现。为了保证隧道的长期安全、稳定、经济运营，隧道必须采用合理的通风系统设计，包括通风方式、控制方法的选择以及通风系统的计算等。 公路隧道通风系统用于降低隧道内污染物浓度，其采用的控制方法是通风系统设计的核心。由于公路隧道通风系统是一个离散、多变量的大时滞系统，难以获得其精确的数学模型，使得通风控制常具有较大的滞后性，无法及时有效的降低污染物浓度，不利于隧道内司乘人员的身心健康。模糊控制对系统的精确模型要求不高，通过模糊控制可以避开建立隧道精确数学模型这一难题，并且能更好的适应公路隧道通风系统的特性。 本文通过对所选隧道的实际工况以及各种通风方式优缺点的分析，了解了该隧道采用双竖(斜)井送排风加射流通风的纵向通风方式的优越性。通过对隧道需风量、通风阻力等相关通风数据的计算，深入了解了隧道内射流风机的选型原理，加深了对隧道通风系统的认识；通过对各种通风控制方法的分析比较，确定采用前馈式模糊控制对隧道内射流风机的启停数量进行控制，同时利用变频调速技术对双竖(斜)井内的轴流风机进行调速控制，两者结合以协调隧道通风系统。 为了降低通风系统控制输出的滞后性，系统建立了污染物前馈模型，可以根据该模型粗略的预测出下一时刻隧道内污染物浓度的前馈值。依据一氧化碳(CO)浓度和烟雾(VI)浓度之间的相互独立性，建立两个相互独立模糊控制器：CO浓度模糊控制器和烟雾浓度模糊控制器。通过污染物浓度设定值、预测得到的污染物浓度前馈值和隧道内传感器的反馈值计算出误差值和误差变化值，再利用两个模糊控制器分别进行相应的模糊推理运算，得到各自的输出，根据两个控制器的输出决定射流风机的启停增减量。 在MATLAB和SIMULINK环境下对该模糊控制系统进行模拟仿真，以测评控制效果，并通过优化相应控制规则和各因子的参数，获取较好的控制效果。 通风系统的设计需要全面考虑，因此在对隧道内射流风机进行控制的基础上，根据射流风机开启数量对双竖(斜)井内的轴流风机进行变频调速，用于解决隧道内污染物浓度变化时，射流风机纵向通风和轴流风机送排风协调的问题。同时，变频调速的应用还可以节约大量电能消耗，提高隧道通风系统运营的经济性。 |
| 作者： | 余鹏 |
| 导师： | 郑晟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 太原理工大学 |
| 正文语种： | 中文 |
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