随着全球对可持续发展战略要求的提高和人们节能环保意识的加强,现代社会对空调制冷系统的制冷品质和节能要求不断提高。蒸汽压缩式制冷循环系统作为空调制冷系统的重要循环之一,是提供制冷作用的核心部件。而蒸汽压缩式制冷循环系统是一种参数强耦合、工况变化范围大、惯性强的非线性系统,传统的控制策略在空调系统中很难取得良好的控制效果。本文基于先进的优化控制算法,针对蒸汽压缩式制冷循环系统的能效分析与控制器设计等问题进行了深入研究,其主要内容如下:1)建立蒸汽压缩式制冷循环系统的动态模型,了解系统各变量之间的影响关系,为后续能效分析、系统的控制与优化奠定了基础。本文基于制冷剂的能量守恒、质量守恒以及热力学基本性质等基本理论,采用合理有效的简化条件,对系统的主要组成部件分别建模:对热交换器包括冷凝器和蒸发器采用动态建模,而对压缩机和膨胀阀采取静态建模,并根据它们之间的相互关系建立了系统的整体模型。该动态模型克服了以往对制冷系统建模高阶次的缺点,并保持了系统原有的动态特性,保证了模型的精确性。2)设计蒸汽压缩式制冷循环系统的最优被控变量选择方法,基于系统性能系数对系统候选被控变量进行能效分析。在系统动态模型基础上,本文分析了系统被控变量的选择与系统能效、安全操作和系统稳定性的关系。依据自寻优控制的原理,设计了基于能源效率的经济性能指标,并分别采用两种不同的自寻优控制方法对系统的被控变量进行系统分析,根据性能指标选取最优的独立被控变量组和组合被控变量组。该方法可以为系统运行提供最大化经济性能的变量组及其相应的最优操作点,并具有扰动抑制能力,为系统的运行和节能操作提供了依据。3)提出以改进蒸汽压缩式制冷循环系统能效为目标的模型预测控制方法。基于系统被控变量的能效分析结果,本文采用以压缩机转速、膨胀阀开度和蒸发器中的空气质量流量作为控制变量,以冷凝压力、蒸发压力以及制冷剂在蒸发器的过热温度作为被控变量的控制方案。基于系统的性能系数设计了提高系统能效的性能指标,并通过不断地滚动优化,达到系统节能优化的控制目标。实验结果表明该控制方法能够有效地提高系统的效率,降低系统的能耗,并具有快速的跟踪性能和良好的抗干扰能力。4)设计一种新型的蒸汽压缩式制冷循环系统串级控制策略,满足用户不同制冷需求的同时,提高系统能源效率。其中,在外环系统中,本文通过对制冷量和最小稳定过热度的分析,建立非线性模型,并通过PI控制器的调节为内环系统提供设定值。在内环系统中,基于前文提出的提高系统能效的模型预测控制方法,在线跟踪外环提供的因制冷量变化而变化的过热度设定值。实验证明该串级控制策略既满足了不同用户的制冷需求,同时又进一步提高了系统的效率。