能耗优化控制系统

能耗优化控制系统（精选十篇）

能耗优化控制系统 篇1

能源危机[1]已成为21世纪最受关注的全球性问题之一, 随着计算机系统越来越广范地应用于社会生产的各个方面, 其消耗的能源占比在不断上升, 人们在系统设计中越来越重视能耗指标。此外, 随着全球气候变暖, 温室气体排放量增大, 基于环境的承载能力限制, 节能减排技术也显得越来越重要, 而系统设计中的低能耗技术是最关键的节能减排技术之一。

随着现代计算机技术的发展, 小型化便携式的EOS系统在功能上变得越来越强大, 它们的计算速度和处理能力已接近通用电脑。因此, 此类系统对能量的需求也在显著提高, 且嵌入式系统已应用于生活生产的各个方面, 总能耗比重不断提高。相对而言, 电池技术的发展相对缓慢, 因此嵌入式低功耗技术越来越受到重视, 功耗指标也逐渐成为系统开发的重要目标。

若低能耗设计满足电池供电的要求, 在同样功能下, 这种设备的环境适应能力和抗电磁干扰能力都更加优越;而降低系统能耗后, 往往可以延长系统寿命和降低系统成本。

2 能耗优化技术简介

2.1 硬件方面

使用低能耗部件。比如, 在硬件设计中, 使用CMOS工艺的部件替代TTL工艺的部件来构建外围电路, 兼顾低功耗、高集成、高速度等各方面。

门控时钟法:实时运行的系统总是处于空闲状态的单元模块和多余信号, 它们在特定时间段的内部操作和输出对系统的状态不会造成影响, 可以利用门控时钟来切断这一部分时钟网络[2]。

降低时钟频率。在系统指标允许的情况下, 使用低频率器件有助于降低系统能耗。如Intel单片机, 外部时钟12MHz时指令周期为1us, 而MOTOROLA单片机系统时钟只要4MHz却可达到同样的速度。

从可靠性角度说, 频率降低。不仅可以减少电磁干扰, 而且能降低线路传输效应, 消除高速时钟的布线困难, 避免高频信号带来的其他一系列问题。

2.2 软件方面

除需要硬件支持外, 还需要低能耗软件来实现对部件的低能耗控制。低功耗软件既需要低能耗操作系统, 又需要低能耗应用编程。

应用的方法和分类繁多。基于神经网络的能耗评估和优化模型, 基于隐马尔可夫链的能耗评估和优化模型, 低能耗调度算法, 低能耗驱动程序等。

现着重介绍下低能耗调度算法的重要性。在系统中, 处理器是最重要的系统资源, 在功耗上, 也占了很大比例。因此, 在整个操作系统中, 处理器的管理占有重要地位, 这集中表现在处理器的调度算法上。如何设计一个调度算法, 既能使处理器在规定时间内完成系统任务, 又能使其功耗最低, 就成为低功耗处理器调度算法的核心任务之一。

3 提出假设和评估模型

3.1 单部件情况

3.2 多部件情况

对多设备的情况, 根据程序使用这个设备的时间, 做概率分布进行分析。

根据上述公式可简单得出:减少的公式各分量的值来减少总功耗。

但是, 应用程序有功能和性能的限制, 很可能在减少其中一项时, 为满足程序功能或性能要求会增加其他项的能耗, 那么现在如何从外设总体的角度对IO能耗进行综合评估, 以下为本文提出的思想:

4 外围设备能耗管理实例

在外围设备上, 现在已经有厂商提供的设备具有低功耗能力。

2004年5月, 联网设备产品供应商Digi International公司, 在USB Plus系列电源解决方案中增加电源管理[3]能力。这样, 终端用户不仅能对单独的USB电源端口进行监视, 而且还能控制电源的开关状态。通过Digi International提供的电源管理工具或应用程序接口 (Application Programming Interface, API) , 可以轻松地操作和使用电源管理功能。API应用程序接口允许用户将电源管理功能集成到自己的应用中去, 这样用户可以根据自己的需要随时启动和关闭电源, 做到节约能源。

思科智能电源管理是Cisco Catalyst交换机所提供的一组功能, 实现供电逐步优化和控制。智能电源管理允许用户更好地管理电量的使用, 包括预先定义每个端口的电量分配, 发现未用电端口, 重新配电, 及为防止交换机电量耗尽而提供的供电优先级划分。智能电源管理还允许LAN交换机在为每台兼容连接设备识别和预留电量方面拥有更精确的控制能力。智能电源管理构建于IEEE电量分类特性的基础上, 可确定兼容终端设备的世纪用电需求, 而非仅仅采用电量级别。因此, 可为LAN交换机更精确地预留电量, 允许连接更多设备, 极大地降低了必要用电量以外的功耗需求。

5 结语

本文主要介绍了一种基于数据流的替代方法, 可以从数学公式层面分析软件程序编写和硬件设备选取。提供了良好的整体观, 尝试用数学的方法提供综合性的分析和整体优化思路。

参考文献

[1]陈章龙.嵌入式技术与系统-Intel XScale结构与开发[M]。北京:北京航空航天出版社, 2004,

[2]李保宇.嵌入式系统的低功耗研究[D].成都:电子科技大学, 2006.

浅析输气管道能耗统计分析与优化 篇2

摘要：近年来，随着社会经济的不断发展，对天然气的需求量也越来越大，进而大口径、长输天然气管道的建设规模也逐年扩大。天然气在输送过程中也会消耗大量的能源，从而造成能源浪费，为提高能源的有效利用率，须降低输气管道的能耗。本文通过对天然气输气管道的能耗进行统计分析，提出了一些优化天然气输气管道的措施，以期能有效地降低管道输气能耗。

关键词：输气管道;统计;优化;能耗

前言

天然气作为一种绿色的清洁能源，深受世界各国的青睐，近年来，随着社会经济的持续发展，各方对天然气的需求量逐年增加，越来越多的天然气资源被勘探开发出来。受天然气地缘限制，利用长输管道输送天然气已成为最为普遍的输送方式，但是采用输气管道输送天然气时，经常会出现不必要的能耗，为提高天然气资源的`有效利用率，须对输气管道能耗进行统计分析，并结合实际情况，制定相应的降耗措施，这样才能全面有效提高输气管道的运输效率。

一、国内外天然气输气管道现状分析

目前，全世界共有天然气长距离输气管道约150万公里，-底，全球新投产长距离输气管道31条，总长度3.7万公里，占同期建成投产油气管道总长度的56%，在建输气管道10条，总长度约1.3万公里，占同期在建油气管道总长度的66%，规划及计划输气管道20条，占同期油气管道数据的80%，全球天然气管道建设必然保持一个较长时期的建设期。

截止底，我国天然气长输管道已超过8万公里。整体呈现“横跨东西、纵贯南北、连通海外”的全国性输气管道。我国近期仍将处于天然气管道建设和投产高峰期，天然气市场范围进一步扩大。

二、天然气输气管道运行能耗

在我国，单位周转量综合能耗是能耗数据统计分析中普遍采用的重要指标。其计算公式为：Mqs=Eqs/Qq，其中Mqs表示天然气输气管道的单位周转量综合能耗，单位为吨标煤/(千万方・公里);Eqs表示天然气输气管道生产能源消耗的总量，单位为吨标煤;Qq表示输气周转量，单位为千万方・公里。

《综合能耗计算通则》(GB/T2589-)中对综合能耗是这样定义的：用能单位在统计报告期内实际消耗的各种能源实物量，按规定的计算方法和单位分别折算后的总和。对企业，综合能耗是指统计报告期内，主要生产系统、辅助生产系统和附属生产系统的综合能耗总和。计算公式为：

E=∑n1(ei×pi)

E――综合能耗

n――消耗的能源品种数

ei――生产和服务活动中消耗的第i种能源实物量

pi――第i种能源的折算系数，按能量的当值或能源等价值折算

输送周转量：是反应管道输送天然气数量和输送距离的综合指标。计算公式为：输送周转量=输送量*管输里程-自用量*管输里程/2。

由于影响天然气输气管道能耗的因素有很多，如管径、管段长度、土壤传热系数等，为方便输气管道能耗统计分析，须建立相应的天然气运行能效评价体系，下面对此进行分析。

(1) 影响管网能耗的因素

对于天然气输气管道运行过程中的能耗，一般可以分为直接生产能耗、辅助生产能耗、生活能耗等几部分，具体见下图1。其中直接生产能耗主要包括空冷器、压缩机组等系统对能源的消耗;辅助生产能耗包括分输计量站、清管站等对能源的消耗;生活能耗包括日常办公及站内工作人员对能源的消耗。天然气输气管道在运行过程中，除了能耗以外，还存在损耗，而影响天然气管道运行能耗的因素有管道的直径、管道长度、管道的材质、管材保温情况、管道介质的物理性质、天然气输送量、输送地区的气候、土壤传热系数等。

图1 天然气管道能耗示意图

(2)天然气管道运行能耗统计分析体系

由于影响天然气输气管道运行能耗的因素有很多，因此，在构建输气管道能耗统计分析体系时应该从总体上将管道看做不同的设备组合，将整个天然气输气管道系统分成站场和管段两大类，本文结合大量的天然气输气管道运行能耗数据分析及统计，结合生产能耗、管道损耗、生活能耗，建立了天然气管道运行能耗统计分析体系，具体如下表所示。

在天然气管道运行能耗统计分析体系中，可以将各种指标分为可测参数指标和综合评价指标两种，其中可测参数指标能利用现场仪表直接获得，综合评价指标是根据可测参数指标计算得出的，主要用于对设备单元及管道整体进行综合评价。该评价指标能结合管道用能分项计量和实时监测使用，通过采集、监测管道用能情况，随时掌握管道系统中各个设备、各个站间管段的能耗情况，从而判断是否存在高能耗设备或者管段。

三、优化天然气输气管道的重要性

对于天然气输气管道的优化，不仅能有效地提高天然气输气管道的运行安全，还能有效地减少天然气的运输成本，减少能源的不必要浪费，提高其有效利用率。在我国的天然气输气管网中，在输送管道中多设有压缩机装置，而压缩机装置会极大的增加电的消耗量。一般情况下，采用长输管道进行天然气输送时，天然气需要克服管道沿程的摩擦阻力，同时在输送过程中，有部分势能、热能会损失掉，由于天然气输送的能量都是由压缩机进行补充的，而压缩机在运行过程会消耗大量的电能，这不仅增加了天然气输送中的电能消耗，还极大的增加了天然气输送成本。在这种情况下，通过优化天然气输气管道，可以降低天然气输送与管壁之间的摩擦，减少压缩机装置的电能消耗，从而提高天然气输气管道的输气效率。因此，大力优化天然气输气管道的能耗对我国社会经济的可持续发展有十分重要的意义。

四、降低输气管道能耗的措施

能耗优化控制系统 篇3

[关键词]建筑施工技术；降低；建筑能耗

当前我国的人口数量众多，人均资源非常少，但能源需求量很大，在未来势必需求会不断加大，由此，减少能源的浪费和消耗很迫切。我国的建筑能耗在当前所有的能源消耗中占有较大的比例，且建筑能耗过多，为了降低建筑能耗，必须采用合理的建筑施工技术，采取适当的措施降低能耗，节约能源。建筑企业要加强对建筑施工技术的优化创新，健全监督管理体制，从源头上降低建筑能耗。

1.建筑节能理念在建筑施工中的重要意义

我国建筑能源的消耗主要以煤炭采暖为主，煤炭使用量高，二氧化硫、烟尘等排放量逐年增加，城市大气污染指标已超出正常值标准，造成了严重的大气污染。建筑节能理念的提出，可以通过降低能源的消耗，减少环境的危害，改善空间环境，由此，建筑节能理念的提出是改善大气环境的重要途径。当前我国的能源形式严峻，部分能源已呈现供不应求的现状，能源的消耗远远大于能源的增长速度。能源是作为发展国民经济和提高人们生活水平的重要物质基础，要想使人类继续生存繁衍下去，就必须节约能源，减少能源的浪费。当前建筑行业每年都有大量的新生建筑物，建筑用能浪费严重，抓紧建筑节能工作是可持续发展的重大课题。

2.建筑施工前的能耗降低准备

在建筑施工阶段，要想真正的做好降低建筑能耗问题，首先要在施工前做好准备工作。准备阶段要在保证建筑施工质量不受影响的前提下开展降低能耗的措施。由于建筑施工本身具有较为复杂的过程，并且具有不可逆性，所以必须从细节出发，真正的做到降低能耗。要提高建筑施工人员的节能意识，通过进行专业的技术培训和技术指导，更好的提升建筑人员的综合素质，方便建筑节能工作的开展。在进行建筑施工前期，针对施工图纸进行设计时，应重视能源的损耗问题，降低不必要浪费出现的概率，不断进行完善与改进。在实际施工过程中，要求加强监督管理体制，管理人员必须严格监督，规范执行方案，确保在不影响建筑工程质量的前提条件下减少能源损耗。做好技术交底工作，帮助施工人员更好的理解施工理念和设计意图等，加强对节能理念的传输，规范施工行为，根据具体的实际情况选取适当的建筑施工技术。在建筑施工过程中，必须严格督导每个人，正确认识到节能减耗对建筑施工的重要性，这样不仅能杜绝施工人员随意浪费和过度消耗能源，还能提高建筑工程的完成质量，实现建筑能源的节约环保、可持续发展战略，具有良好的社会效益和经济效益。

3.优化建筑施工技术，降低建筑能源消耗的措施

3.1.建筑墙体保温施工设计技术

EPS板薄抹灰外墙外保温技术是当前建筑外墙保温技术中较为理想的设计技术，主要是由EPS保温层和薄抹面层以及装饰物组成，EPS的主要组成材质是聚合物水泥砂浆，装饰物主要是由饰面砂浆和涂料组成，这些物质的使用使得墙体保温能力增强，能降低热能的散失，降低能源的损耗。其主要在建筑施工过程中，通过使用锚栓对板材进行固定，同时进行薄抹面层的施工。这种技术的使用不需要进行过多的计算和审查，施工流程较为简单方便。建筑人才通过对建筑保温层材料厚度的调查和调整，使得保温厚度要尽量适中。当承重墙为空心砖时，则将整砖以平切的方式运用进去，不可随意凿破空心砖，若是整砖数目不够则已外切的方式运用，确保保温板与构造之间的连接处牢固，严禁将保温板与建筑基层脱离，避免保温板质量故障等问题出现。当前，随着我国社会经济的发展，建筑业发展的速度有了显著的提升，建筑工艺也有了很大的改进，市场中保温材料种类不断增加，对于这样的情况，机械化作业非常重要，要淘汰原有的粘帖工艺，将内置保温性好的材料应用到墙体中，内置保温效果好就减少了能源方面的损耗。施工过程应从阴角开始，由下向上开始施工，规范施工流程，能让施工工作简单、干净和快速。墙体的施工过程必须要注意一些问题，例如砖块本身的整体性、粉块之间的连接、粉块本身的协调和变形等问题，要对其进行严格的控制监督，保证各用料符合国家规定标准，确保工程的顺利开展，在工程结束时，要进行验收，确认合格后才能投入使用。

3.2.建筑门窗设计施工

建筑门窗的设计施工对于建筑节能十分重要，是外墙节能的重要途径，主要环节是门窗与玻璃扇之间的密闭性，以及传热系数的确定，施工人员要认真分析并根据现状制定正确的施工步骤，将弹性连接作为建筑门窗与墙体连接的主要形式，在接缝处使用密封胶，减少温度散失，从而减少耗能，密封胶不能用水泥和砂浆作为替代品，要切实保证门窗不出现透气现象。要根据门窗与建筑墙体之间的空隙适当选取施工材料，将缝隙填满，如果空隙过大时，要使用注密封膏作为填充材料，在填充过程中，要保证施工场地的干净和整洁，避免出现材料被踩踏遍地的现象，减少杂质进入注密封膏中，影响其密闭性。在对建筑墙体与门框的缝隙交接位置进行处理时，要使用水泥砂浆，结合使用者具体的使用需求进行处理，在施工结束后进行多次检验，确保墙体与门窗之间的连接处密封性良好，减少建筑能耗。在选取门窗的材质时，要科学区分门窗的材质，选择保温性良好的建筑材料，塑钢门窗就是较为理想的门窗种类，其主要物质为聚氯乙烯树脂，通过将稳定剂、填充剂、和吸收紫外线的材质加入塑钢材料，并通过挤压变形形成理想的塑钢门窗形态，根据实际需要进行切割处理，设置封条、加入钢衬，增强保温性能，是理想的建筑保温材料。

3.3.屋面的保湿建筑施工，降低能耗

一般情况下，为了加强整体的保温特性，需要对屋顶、屋面进行保温处理，同时还要保证建筑内部的湿度，由此，对于建筑材料的选取就有了一定的要求，要求保温材料必须具备以下几种功能，分别是导热系数小、密度低、吸水率小等。导热系数小、传热性能差的材质是较好的保温材料，同时要保证保温材质尽可能的减少水分的吸收，避免雨水或潮湿的空气对于墙体和保温层的破坏。当前主要采用的建筑方法是“正铺法”，从屋面防水层由上至下铺设保温材料，大多是保温层下是防水层，对防水层的保护起到了一定的作用，也便于今后的检修和维护。在选择材料的种类时，有多种选择样式，可以使用水泥聚苯板或是加气混凝土块、水泥板等，无论是何种材料都具有一定的功效，要选择适当的材料进行建筑施工。

完结语

当前我国人们的环保意识正在逐渐提高，国家在大力倡导“可持续发展”，随着社会的不断进步，对能源的消耗也越来越大，为了减少能源的损耗响应国家的号召，要大力实行建筑节能环保技术，优化建筑施工方法，从减少建筑能耗方面为我国节能带来好处。

参考文献

[1]穆建平.论优化建筑施工技术以有效降低建筑能耗[J].价值工程，2014，（22）

[2]黄立斌.优化建筑施工技术以有效降低建筑能耗[J].建筑工程技术与设计，2015，（25）

[3]张文武.试论优化建筑施工技术以有效降低建筑能耗[J].房地产导刊，2015，（9）

多冷却塔循环水系统的能耗优化 篇4

循环水系统在化工,电力,冶金,炼油等行业中是必不可少的。循环水的用量占整个工业用水量的70%[1]左右,它在运行中消耗大量电能和水源,目前循环水系统研究主要集中于对循环水浓缩倍数[2]、防漏与药剂处理方面的研究[3,4],冷却塔换热模型[5,6,7,8,9,10],另外,循环水节能[11,12]等方面也开展了许多工作。

事实上,多冷却塔循环水系统的出塔温度及冷却塔与换热用户不同连接方式等因素均影响系统的电耗,例如同一装置在同一地区,同一季节运行,其循环水出塔温度越低,所需循环水量越少,所需风量越大,水泵电耗越小,风机电耗越大,此外,同一循环水系统的用户与冷却塔的连接方式不同,其电耗不同,综合考虑,其间存在优化点,使得循环水系统电耗最小。

目前对于多冷却塔循环水系统电耗优化研究还未见报道。本文以电耗为目标函数,建立了关于电耗与循环水出塔温度,连接方式的数学模型,重点阐述了出塔温度,连接方式与电耗的关系,来指导和预测循环水系统结构的最佳匹配方式,最佳运行参数,从而达到节能降耗。

1 过程描述

循环水系统包括:冷却塔,循环水泵,鼓风机,用户等,对于多用户,多冷却塔的情况下,换热用户与冷却塔的连接,如图1所示。

冷却塔是循环水系统重要的设备之一,循环水与空气在塔内进行接触,通过汽化与接触传热,空气温度升高,湿度达到或接近饱和。空气湿球温度越低,空气量越大,循环水出塔温度越低。

循环水泵是系统中循环水输送的动力设备,其负荷与循环水流量,扬程有关。循环水流量越大,阻力越大,其能耗越大。

换热器作为循环水系统用户,假设其传热系数是常数,换热负荷一定,循环水进换热器温度越低,所需循环水水量越少。

鼓风机是冷却塔的一部分,它的功率与鼓入空气量,出口风压有关。鼓入空气量越大,功率越大。

对于多用户,多冷却塔的循环水系统而言,冷却塔出水温度,换热用户与冷却塔匹配方式均影响循环水系统的电耗。综合考虑,合适的出塔温度和匹配系数,使电耗最小,从而实现循环水系统运行的节能降耗。

2 循环水系统数学模型的建立

多冷却塔循环水系统的优化就是寻找循环水最佳出塔温度,冷却塔与换热用户合理的匹配方式,在该方式下,风机和循环水泵的电耗之和最低,一般认为,冷却塔与循环水泵是一对一关系。

故目标函数为:

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式中 P,Pf,i,Pp,i——分别是总电耗,kW/年,第i个冷却塔中风机,第i个循环水泵的电耗,kW·h;

top——年运行时间,取7200 h/年。

2.1 换热用户

换热器所需循环水量与换热负荷,循环水进水温度有关

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式中 Thi,j,Tho,j,T′o——分别表示换热器j热物流的换热前后温度,加入补充水后的水温;

Qj,Aj——分别表示换热器j热负荷和换热面积;

wc,j——换热用户j循环水量

2.2 冷却塔

(1)冷却塔相关参数[12]

在冷却塔塔内,损失的水量主要有蒸发损失,排出水量,夹带损失(忽略)。

风量

Wair,i=Wev,i/[(1-Hin)·(Hout,i-Hin)],(i =1,2…n) (3)

蒸发水量

Wev,i=0.00153·qi·(Tin,i-To) (4)

补充新鲜水量

Wmu,i=Wev,i/(CC-1)+Wev,i (5)

补充新鲜水后的循环水出塔温度

T′o,i=[qi·To-Wmu,i·(To-Tam)]/qi (6)

式中 Hin,Hout,i,CC,qi——分别为空气进冷却塔绝对湿度,冷却塔i出口绝对湿度,浓缩倍数,循环水量,kg/h;

To——循环水出塔温度,℃。

(2) 冷却塔循环水处理量的确定

为了保证循环水系统正常运行,冷却塔处理循环水量必须限制在一定的范围之内有

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其中qi,qmax,i,wc,j分别是冷却塔i的处理量,最大处理量,换热用户j循环水量;

u(j,i),匹配系数,即从换热用户j分配到冷却塔i的循环水量与换热用户j循环水量之比。

0≤u(j,i)≤1 (8)

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(3)冷却塔进水温度的确定

冷却塔进水温度与分配的循环水量,各个换热器出水温度有关

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式中Te,j——循环水出换热用户温度,℃。

2.3 循环水泵

循环水泵功率与循环水量,扬程的关系

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其中ηp,ρwater——分别是水泵效率,冷却水密度,kg/m3。

2.4 鼓风机

鼓风机与风量,出口风压力的关系:

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3 模型的求解方法

由式(1)～式(12)通过计算软件matlab确定不同地区,不同季节的电耗最小时循环水最佳出塔温度,已知条件包括:循环水设计温度,气象参数,换热器热负荷,换热器平均温差,传热系数,热物流的进出口温度,换热器换热面积等。给定各冷却塔实际处理量,分配系数的初值,然后利用商业软件gams中NLP(非线性规划法)求解该模型,从而得出循环水系统优化后的最佳匹配系数。根据最佳出塔温度,最佳匹配系数各冷却塔实际处理量,进塔温度,风量,风机电耗,循环水泵电耗等参数,最终确定最小电耗。为了方便研究,需要假设:同等条件下,各个冷却塔的出塔温度相同且等于最佳出塔温度。

4 案例分析

济南某化工厂的循环水系统,该系统具有5个冷却塔,10个用户,已知数据如下。

4.1 循环水最佳出塔温度的确定

假设循环水系统冷却塔最大处理量均为750 000.0 kg/h,济南地区冷却循环水进,出口设计温度35℃,45℃,总传热系数K=700 W/m2·℃通过数据处理,关于循环水系统电耗与出塔温度之间的关系如图2、图3所示。

从图2、图3可以看出济南地区冬季最佳出塔温度是22.5℃,夏季最佳出塔温度是30℃。出塔温度小于或大于最佳出塔温度,电耗大,这是因为出塔温度小于最佳出塔温度时,随着出塔温度减小,循环水量减小,水泵电耗减小,但是所需风量迅速增大,风机电耗也迅速增大;出塔温度大于最佳出塔温时,随着出塔温度增大,风量减小,风机电耗减小,但是循环水量增大,水泵电耗迅速增大。夏季电耗比冬季大,这是因为冬季空气温度低,湿度小,移走相同的热量,所需风量少,循环水出塔温度低,冷却水量少,所以,冬季,水泵和风机的电耗均比夏季小。

4.2 最佳结构的确定

结构优化前,系统所有换热用户出水统一混合后,平均分配到冷却塔中冷却,然后回用。以电耗最低为目标进行结构优化,优化后循环水系统的结构如下。

从上表看出以下几点:

(1) 优化后风机的电耗明显降低。因为冷却塔处理效率与循环水进塔温度及循环水量有关[15]。进塔温度越高,处理量越小,塔处理效率高,所需风量越小,电耗越大,反之,所需风量越大,电耗越大。本例中优化后各塔循环水进塔温度不同,进塔温度高,处理量大,进塔温度低,处理小,冷却塔效率高,所需风量小,故电耗降低。

(2) 优化后循环水泵的电耗降低。因为从式(10)中看出,当所需水泵数量不变时,各循环水泵输送水量相同,其电耗最大,反之,其电耗小。

综上所述,在夏季,优化后电耗降低了5%左右,尤其在冬季,结构优化后,电耗降低20%左右,同时还省去两个冷却塔,优化效果明显。

总之,循环水系统运行过程中出塔温度明显影响其电耗。出塔温度升高,所需循环水量增大,风量减小,风机电耗减小,水泵电耗增大;反之,风量无限增大,循环水量减少,风机电耗增大,水泵电耗减小,故应有一个最佳出塔温度是两者电耗之后最小。用户与冷却塔连接方式不同,各个冷却塔进塔温度和实际处理量不同,因此,冷却塔的效率也有所不同。

6 结论

能耗优化控制系统 篇5

关键词:无线传感网络;楼宇能耗监测

中图分类号:TP212.9文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)02-0149-01

对楼宇的各项能耗指标进行计量、分析及综合比较能够实时定量地把握建筑物能源消耗的变化,可以发现节能潜力并找到用能不合理的薄弱环节,因此,能源计量是建筑节能的关键所在。对重点建筑能耗进行实时监测和节能监管,通过对能源的审计和诊断,找出真正浪费能源的根源,为建筑节能工作产生重大的推动作用。

1 无线传感网络

无线传感器网络,简称WSN,由一组传感器节点以自组织的方式构成的无线网络,其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并将信息发送给观察者,集信息采集、信息传输、信息处理于一体的综合智能信息系统,具有低成本、低功耗、低数据速率、自组织网络等特点。IEEE 802.15.4协议标准主要用于低速无线个人区域网及无线传感器网络应用,是ZigBee的物理层和MAC层的主要支撑技术。该标准由于采用了简单的物理层和MAC层协议而使得其具有低功耗、低成本等特征。

2 楼宇能耗监测系统

本文主要根据楼宇能耗监测系统本身监测点大量且分布较紧密的特点建立基于无线传感网的网络系统平台。楼宇内在待测的每个房间内根据要求安装传感器节点,并将节点上的执行机构控制线与电源开关及空调的控制机构相连,楼宇内节点部署分布见图1。

无线传感器网络由无线传感器节点、网络协调器和中央控制点组成。大量传感器节点部署在待监测楼宇的每个房间内,能够通过自组织方式形成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输,在传输过程中监测数据可能被多个节点处理,经过多跳后路由到网络协调器,最后到达中央控制点。在这个过程中,传感器节点既充当感知节点,又充当转发数据的路由器,用户通过中央控制点(在远程客户端或本地监控中心)对无线传感器网络进行配置和管理,发布监测任务以及收集监测数据。

3 结束语

利用无线传感网络实现的智能楼宇能耗监测系统在屋内安装上传感器节点可以在人们忘记或没能及时关上室内的电脑、电灯等办公室用电产品,或者室内的空调设定温度太高/低等,可以及时切断电源、控制室内温湿度,避免这些不必要的能源浪费。

Building Energy Consumption Monitoring System Based on Wireless Sensor Networks

Guo Chenxia

Abstract: In this paper,wireless sensor networks and wireless sensor networks based on the Intelligent Building of the overall energy consumption monitoring system architecture.

能耗优化控制系统 篇6

太阳光在建筑光环境控制中是一种重要的能源。虽然现代建筑都在使用人工光源,但如何利用自然采光以减少照明能耗同样是个热门话题。自然光源有着人工光源无法替代的优势,它能够营造一种健康和舒适的工作环境,提高工作效率和生产力,有利于室内人员的身心健康。此外,合理利用太阳光,还能够减少照明能耗,达到照明节能的目的。现代的办公建筑越来越倾向于使用大量的透明玻璃,这种设计在给房间用户带来视觉享受的同时,也给暖通空调工程师带来挑战。在夏季,尤其是需要制冷的时期,过多的太阳光会导致空调能耗的增加。因为窗户历来是保温隔热的薄弱环节,即使采用真空玻璃、Low-e玻璃等,也很难使玻璃的传热系数降到1W/m2,除此之外,过多的太阳光进入室内,尤其是照到工作区内,很容易产生眩光,这是必须避免的。

百叶是一种常用的遮阳设备,它可以安置在室内或室外,人们可以根据自己的需要来调节百叶的升降和角度。但是大量文献显示,房间用户放下百叶后就几乎不再开启,这样通常会对太阳光造成不必要的遮挡。虽然房间用户使用百叶的频率还没有一个具体的定论,但是在Kevin对42座建筑的调查发现,百叶每天改变的频率只有15%。类似的研究表明,有些建筑的百叶在长达4个月的时间段内,其改变频率也只有35%。已经有很多学者对办公人员使用百叶的模式进行了研究。由于个体的差异,人员对百叶的要求也不尽相同,但是影响人员调整百叶的行为的主要因素大致包括以下几种:朝向、天气的阴晴状况、工作面照度、太阳辐射强度。这就为智能百叶的设计提供了重要的方向。只有基于人员行为模式的百叶设计,才能营造出令人满意的工作环境,并使人感到舒适。

智能百叶可以根据不同的室外条件,自动调整百叶角度,一方面能够阻挡太阳的直射光,另一方面又能让散射光进入室内,以满足工作面的照度要求。此外,智能百叶在建筑节能方面有着巨大的潜力。冬季尽可能使百叶角度调大,有利于太阳光进入室内,使室温升高,人员更舒适,还可以减少空调热负荷,达到节能的目的。而在过渡季节,由于没有使用空调,因此智能百叶的合理调节可以有效减少照明能耗。在夏季制冷期间,若百叶角度不合适,会造成空调能耗的增加,但可能会降低照明能耗。因此需要确定智能百叶的优化控制策略,以使空调能耗与照明能耗达到最小值。

本文以位于北京的一间南向房间为例,研究了内遮阳百叶的优化控制策略。为了得到优化控制策略,首先测量了不同时刻、不同百叶角度下室内的太阳辐射得热量、室内照度分布、室外太阳辐射强度及室外照度。测量数据用于计算照明能耗和空调能耗,从而找出能够使室内太阳辐射得热量及照明能耗最小的最优百叶角度。Ji-Hyun Kim曾经做过类似的研究,但是他只研究了百叶全关和全开两种工况。本文考虑百叶角度连续变化时在不同百叶角度下空调及照明的能耗,并与百叶全开和全关时的空调及照明能耗相比较,分析智能百叶优化控制的节能潜力。

2 不同百叶角度下的人工照明和空调能耗的计算

研究对象房间的尺寸为5×5×3m,在正南方向有一扇2×4m的窗户,房间周围无建筑物遮挡。照明设备采用6盏双管荧光灯,每盏36W。为了比较不同控制方案下的智能百叶窗对房间空调能耗及照明能耗的影响,选取了百叶全关、百叶全开、百叶倾角为60°、百叶倾角为90°、百叶倾角为120°、百叶倾角为150°六种工况分别进行分析。工况3～6分别选取了60°、90°、120°、150°四种典型百叶角度,从而得出不同百叶角度对空调能耗和照明能耗的影响。百叶倾角的定义如图1所示,当百叶位于水平位置时,百叶倾角为90°。

此外,工况1、2分别为百叶全关和全开工况,这两种工况与工况3～6进行对比,能够更清楚地看出百叶角度控制在节约能耗方面所起的作用。

数据测量分别在两种典型天气状况下进行:多云天(2014年4月20日)和全晴天(5月20日)。4月20日直射阳光习可以进入室内,5月20日由于太阳高度角较高,几乎没有直射光进入室内。

由于遮阳百叶只能影响太阳辐射得热引起的空调冷负荷,所以本文所述的空调能耗指的是通过百叶进入室内的太阳辐射得热量引起的空调能耗,不包括其他因素引起的空调能耗。各个时刻室内太阳辐射得热量,由每时刻太阳光透过窗户在水平面上的投影面积与测量得到的水平面上单位面积的太阳辐射得热量相乘得到。其中窗户在水平面上的投影面积可以通过太阳高度角和窗户大小得出。空调能耗的计算是将室内得热量与制冷系统能效比(EER)相除得到,如式1所示,制冷能效比取用典型值3。能耗计算结果见表1,各个时刻的太阳高度角及窗户的水平投影面积见表2。

其中Qi为每时刻测量的水平面单位面积太阳得热量(kW/m2),Si为水平面窗户的投影面积(m2),EER为制冷系统能效比,n为累计能耗所采用的总小时数,本次测量时只有10:00～15:00时间段内太阳辐射能够进入室内,因此只累计10:00～15:00的能耗进行对比。

照明能耗的计算为照明功率密度与室内照度未满足要求的区域面积之积。根据《实用供热空调设计手册》,普通办公室的照度要求为300lux,照明功率密度为11W/m2。照明能耗的计算见式2。

其中E2为照明能耗(kWh),Ai为室内照度小于300lux的区域面积,1 1为照明功率,36为双管荧光灯功率。

3 结果分析

(1)工况1:百叶全关

在该工况下室内太阳辐射得热量为0,且室内所有区域在任意时间段内都要开灯。计算得出多云天和晴天的照明能耗均为1.296kWh,空调能耗与照明能耗总能耗为1.296kWh。

(2)工况2:百叶全开

在百叶全开(相当于无百叶)工况,多云天和晴天的照明能耗分别为0.216kWh和0kWh,空调能耗分别为1.213kWh和1.774kWh。因此多云天的总能耗为1.429kWh,晴天总能耗为1.774kWh。对比工况1可看出,多云天当百叶全关的时候,虽然室内太阳辐射得热为0,空调能耗为0,但是全天都要采用照明设备以保证室内照度满足要求,故照明能耗达到最大。而百叶全开的时候,虽然照明能耗最小,但空调能耗很大。从总能耗来看,百叶全开工况的总能耗大于百叶全关工况的总能耗,晴天时百叶全开工况的能耗增加量更大。

(3)工况3～工况6:百叶倾角为60°、90°、120°、150°

不同百叶倾角下的总能耗见表1。从表1中可以看出,不论多云天还是晴天,工况3～6的总能耗都小于工况1百叶全关和工况2百叶全开的能耗。

对于不同百叶倾角的工况(工况3～6),在4月20日(多云天气)当百叶倾角为150°时有直射光进入室内时,室内得热量达到最大。随着百叶角度的减小,空调能耗也随之降低。然而,有直射光进入室内时,照明能耗并不是最低。相反,当百叶倾角为120°时,由于充足的散射光进入室内而直射光又被遮挡没有进入室内,照明及空调能耗均减小,使得总能耗达到最小值。在5月20日(全晴天气),由于太阳高度角较高,几乎没有直射光进入室内。随着百叶角度的增大,空调能耗呈逐渐增加的趋势,照明能耗呈先减小后增大的趋势,如图2和图3所示。此外,当百叶倾角为120°时,总能耗达到最小值,如图4所示。

4月20日与5月20日百叶倾角为120°时,总能耗与能耗最大的百叶全开工况相比,分别减少了57.7%和63.5%,与百叶全关工况相比,分别减少了53.3%和50%。

上述计算结果是全天采用同一个百叶角度时的结果,如果百叶角度控制策略进一步细化,让百叶角度可以逐时变化,那么总能耗可以进一步降低。例如,如果百叶角度控制策略按下述方案细化,则4月20日和5月20日总能耗比百叶角度保持120°的工况,能分别减少1.8%和14.2%。

4月20日:10:00～13:00百叶角度为120°,14:00～15:00为90°,总能耗为0.594k Wh;

5月20日:10:00百叶角度为90°,11:00～13:00为60°,14:00～15:00为120°,总能耗为0.556kWh。

4 结论

本文基于实测数据计算了不同百叶角度控制策略下位于北京的南向房间的照明能耗和空调能耗,结论如下:

(1)不论多云天还是晴天,百叶全开工况的总能耗大于百叶全关工况、百叶全关工况大于百叶角度可调节的工况;

(2)针对多云和全晴两种典型的天气状况,如果百叶角度设置为120°,则照明和空调总能耗比百叶全开工况分别减少57.7%和63.5%;

(3)如果采用更细化的百叶控制策略,一天内调节百叶角度2～3次至最优角度,则在多云和全晴两种典型的天气状况下,总能耗比百叶角度全天恒定为120°的工况分别减少1.8%和14.2%。

参考文献

[1]Wymelenberg K.V.D.2012.Patterns of occupant interaction with window blinds..A literature review,Energy and Buildings,Vol.51,pp.165-176

[2]Pigg,S.,Eilers,M.,and Reed,J.1996.Behavioral aspects of lighting and occupancy sensors in private offices:,a case study of a university office building,ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Buildings,pp.8.161-8.171

[3]Kim,J.,Park,Y.,Yeo,M.,and Kim,K.2009.An experimental study on the environmental performance of the automated blind in summer,Building and Environment,Vol.44,pp.1517-1527

能耗优化控制系统 篇7

多足机器人是仿多足生物运动的一种特种机器人,是一种足式移动机构。常见的多足步行机器人包括四足步行机器人、六足步行机器人、八足步行机器人等。多足爬墙机器人作为一种特殊的多足步行机器人,是应用于高空极限作业的一种自动机械装置,它既具有吸附支持的特殊性,又具有运动形式的特殊性(除了“直立”行走形式外,还有“倒立”、“侧立”和“混立”等行走形式),更重要的是还需要满足高空极限作业的安全性要求。多足爬墙机器人可在核工业、建筑、交通、石化、消防等领域完成检测、探伤、清洗、救援等作业,具有广泛的应用前景。

多足机器人足力控制一直是多足机器人领域的研究重点和难点。近年来国内外学者高度关注多足机器人的足力控制问题,并进行了大量研究。足力控制包括关节驱动力控制和足底接触控制。关节驱动力控制研究方面,具有代表性的研究有Nahon等[1]提出的关节驱动力平方规划方法和Chen等[2]提出的关节驱动力二次优化方法。足底接触力控制研究方面,具有代表性的有:王鹏飞[3]提出的机器人足底接触力虚拟悬挂模型及足底接触力补偿与阻抗控制方法;Spong等[4]提出的被动控制方法;Sangbae等[5]提出的在光滑垂直平面上的足部黏性控制方法;Sang-Ho[6]提出的适应未知外力和粗糙地形的阻抗控制方法;Vidoni等[7]提出的用于解决多种吸附情况下的最小力矩分配问题的静态平衡法。

上述方法只针对关节驱动力或足底接触力进行优化,没有针对能耗目标进行足力的优化,而多足爬墙机器人的能耗问题是高空极限作业需解决的主要问题。本文提出基于能耗性优化的多足爬墙机器人足力控制方法,以八足爬墙机器人为例(四足及六足爬墙机器人类似),在兼顾安全性的前提下,先对机器人的足力优化模型进行讨论,然后再以总电机功率最小为能耗优化目标,对多足机器人的足底接触力进行优化,并给出了电机控制模型的转换方式,最后,对本文提出的优化方法进行实验仿真,证明了所述方法可行有效。

1 基于安全性与能耗目标的足力优化模型

1.1 足力优化模型的转换与简化

本文研究的八足机器人采用真空吸盘式结构,为了分析方便,以八足类爬行动物运动机构为例进行研究[8,9]。机器人由八条腿和躯干共9个相对独立的模块组成。每条腿具有6个自由度,其中髋关节、膝关节、踝关节各有1个自由度,足关节处球铰与真空吸盘相连,组成1个万向关节,具有3个自由度,髋关节、膝关节和踝关节为主动驱动关节,髋关节分别与膝关节和踝关节正交(目前常用的一种方式),髋关节与机体相连接且轴线方向与机体垂直。多足爬墙机器人总体结构如图1所示,关节轴线方向与转动方向以及球铰的运动方向如图1中箭头所示。

1.1.1 关节驱动力和足底接触力的转换

为了实现关节驱动力和足底接触力的转换,本文进行下述处理:

(1)以支撑腿为研究对象,球铰中心为原点(设球铰位于吸盘上),建立特定的坐标系ΣAi(图1),在该坐标系内,第i条腿的连杆平面位于x*z*平面内,且z*轴垂直于吸附平面。

(2)考虑机器人的准静态运动特性(当多足爬墙机器人处于爬行状态时,由于速度较小,所以可以忽略加速度的影响,同时重力主要集中在机体上,可以忽略关节和连杆重力的影响,此时机器人的运动可以看成是准静态运动)。

(3)机器人以一种特定步态沿直线方向爬行,髋关节在爬行过程(包括在水平面及倾斜面爬行的过程)中,转动方向既不需要主动驱动,又不被动承受外扭矩作用,因此由力矩平衡和力平衡条件有τki=0,si=0,其中,τki为第i条支撑腿髋关节驱动扭矩,si为第i条支撑腿足底接触力沿y*轴方向的分力。令机体平面与吸附面保持平行,以腿的连杆平面内的力矩平衡条件可建立以下关系:

τqi+τhi=dipi+liqi (1)

为了使各关节电机驱动扭矩均衡化,取τqi=τhi,则式(1)可化为

τqi=τhi=(dipi+liqi)/2 (2)

式中,τqi、τhi分别为第i条支撑腿的膝关节和踝关节驱动扭矩;pi、qi分别为第i条支撑腿足底接触力沿x*、z*轴方向的分力;di为第i条支撑腿球铰到髋关节轴线的距离;li为第i条支撑腿髋关节与球铰之间的连线在髋关节轴线方向上的投影长度。

通过上述处理完成了关节驱动力向足底接触力的转换。该转换方法实现的前提条件是机器人沿平面做直线爬行,故本文提出的方法只适用于平面环境,但是可以适应于任何角度的斜坡面,包括垂直的斜坡和倒立攀爬的平面。

转换后的模型还减少了优化变量数量:①无需对膝关节轴线和踝关节轴线平行方向的足底接触力进行优化(因为si=0);②无需对髋关节的驱动力变量进行优化(τki=0);③只需对膝关节或踝关节驱动力进行优化(τqi=τhi)。

1.1.2 关节驱动力约束的转换与简化

关节驱动力约束是由电机的电流和电压受限引起的。每条腿的关节驱动力约束,需要比较膝关节和踝关节最小电流受限驱动力、最大电流受限驱动力、最小电压受限驱动力和最大电压受限驱动力来综合确定。由于关节驱动力约束只需要考虑膝关节或踝关节驱动力约束(τki=0),所以上述方法中每条腿的驱动约束只有2个关节驱动力约束(前述现有研究方法中,每条腿需要6个关节驱动力约束)。

由于受限驱动力的计算表达式复杂,加上需要比较的次数多,所以确定支撑腿的关节驱动力约束的计算量比较大。为此本文提出一种转换方法来减小确定支撑腿的关节驱动力约束的计算量。即通过比较膝关节与踝关节电机的最大及最小受限力矩,可有效减少确定腿的关节驱动力约束的计算量。具体方法如下:

max(τankle min,τknee min)≤τleg i≤min(τankle max,τknee max) (3)

将式(2)代入式(3)可得

$\begin{array}{l}\max (\tau {}_{\text{a}\text{n}\text{k}\text{l}\text{e}\min },\tau {}_{\text{k}\text{n}\text{e}\text{e}\min })\le (d{}_{i}p{}_i+l{}_{i}q{}_i)/2\\ (d{}_{i}p{}_i+l{}_{i}q{}_i)/2\le \min (\tau {}_{\text{a}\text{n}\text{k}\text{l}\text{e}\max },\tau {}_{\text{k}\text{n}\text{e}\text{e}\max })\end{array}\}(4)$

式中,τankle min、τankle max、τknee min、τknee max分别为踝关节电机和膝关节电机的最小驱动力矩和最大驱动力矩。

式(4)为每条腿的关节驱动力约束,该约束由两个关于pi、qi的线性不等式组成。

1.1.3 动力学约束方程的转换与简化

以机体为研究对象,通过支撑腿建立机体的力和力矩平衡方程,可以建立6个平衡方程(力平衡方程2个和力矩平衡方程4个),转换过程也实现了约束方程的简化,本文中的6个方程只有2n个优化变量(n为支撑腿数量),而前述现有方法中有3n个优化变量。

设机器人所受主矢R=(Rx,Ry,Rz)和主矩M=(Mx,My,Mz)的外力作用,各足在机体坐标系Σc中的位置矢量ri=(rix,riy,riz)(i为腿号),所受接触面作用反力的合力Fi=(Fix,Fiy,Fiz)。根据力、力矩平衡关系有下列方程:

$\begin{array}{l}{\displaystyle \sum _{i=1}^n\mathit{F}}{}_i=m{}_0(\mathit{g}+\mathit{a}{}_0)+\mathit{R}\\ {\displaystyle \sum _{i=1}^n(}\mathit{r}{}_i\times \mathit{F}{}_i)=\mathit{{\rm M}}\end{array}\}(5)$

式中,m0为机体的质量;a0为平动加速度;g为重力加速度矢量。

当多足爬墙机器人以静步态直线行走时,可以忽略加速度的影响,因此a0=0。由zc轴和xc轴方向的力与力矩平衡可以简化得到下面的矩阵方程:

$\begin{array}{l}\mathit{A}{}_z\mathit{{\rm P}}{}_n=\mathit{W}{}_1\\ \mathit{A}{}_x\mathit{Q}{}_n=\mathit{W}{}_2\end{array}\}(6)$

$\mathit{A}{}_z=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& \cdots & 1\\ y{}_1& y{}_2& \cdots & y{}_n\\ x{}_1& x{}_2& \cdots & x{}_n\end{array}\right]$

$\mathit{A}{}_x=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& \cdots & 1\\ x{}_1& x{}_2& \cdots & x{}_n\\ z{}_1& z{}_2& \cdots & z{}_n\end{array}\right]$

$\mathit{{\rm P}}{}_n=[\begin{array}{cccc}p{}_1& p{}_2& \cdots & p{}_n\end{array}]{}^{\text{Τ}}$

$\mathit{Q}{}_n=[\begin{array}{cccc}q{}_1& q{}_2& \cdots & q{}_n\end{array}]{}^{\text{Τ}}$

$\mathit{W}{}_1=[\begin{array}{ccc}m{}_{0}g\text{c}\text{o}\text{s}\alpha & 0& 0\end{array}]{}^{\text{Τ}}$

$\mathit{W}{}_2=[\begin{array}{ccc}m{}_{0}g\text{s}\text{i}\text{n}\alpha & 0& 0\end{array}]{}^{\text{Τ}}$

式中,xn、yn、zn分别为各腿髋关节在坐标系Σc中的坐标;α为吸附面法线与重力加速度方向的夹角。

1.1.4 吸盘安全性约束转换与简化

以吸盘为研究对象,建立关于吸盘的力平衡方程[10]。支撑腿足力的反力(实际上是球铰对吸盘的作用力)沿着吸盘吸附面坐标系方向分解合成,得到沿着吸盘吸附面的切向力和法向力,分别为qi和pi,以吸附力方向为正,由吸盘受力关系可以推导出摩擦力约束条件为

|qi|≤μmaxi(wi-pi) (7)

式中,wi为第i条支撑腿真空吸盘压差所产生的对吸盘的垂直压力(简称吸附力,已知);μmaxi为最大静摩擦因数(已知)。

法向安全约束确保支撑腿吸盘有足够的吸附力,使吸盘不脱离吸附面。由吸盘受力关系可以推导出法向安全约束条件为

wi-pi≥0 (8)

本文建立的摩擦力约束为线性不等式约束,优化问题的求解计算量大大减小了。

1.2 基于能耗目标的足力优化

机器人在实际的工作环境中,需要连续长时间运行,其主要的能量均消耗在各个关节的电机之上,其行走方式将成为影响机器人运行能耗的主要因素。为了合理地控制机器人的机械能耗、提高机器人供电电源的续航能力,需要对机器人的能耗目标进行优化。

能耗目标采用使所有关节电机功率总和最小为目标函数,则能耗目标函数可表示如下:

$\min {\rm P}=\min {\displaystyle \sum _i^n(}a{}_i\tau {}_i^2+b{}_i\tau {}_i+c{}_i)(9)$

$a{}_i=\frac{R{}_i}{\zeta {}_i^2{\rm K}{}_{\tau i}^2}$

$b{}_i=\frac{2R{}_i}{\zeta {}_i^2{\rm K}{}_{\tau i}^2}(f{}_i+\xi {}_i\zeta {}_i\dot{\theta }{}_i+J{}_i\zeta {}_i\ddot{\theta }{}_i)+\frac{{\rm K}{}_{Bi}\dot{\theta }{}_i}{{\rm K}{}_{\tau i}}$

$c{}_i=\frac{R{}_i}{\zeta {}_i^2{\rm K}{}_{\tau i}^2}(f{}_i+\xi {}_i\zeta {}_i\dot{\theta }{}_i+J{}_i\zeta {}_i\ddot{\theta }{}_i){}^2+$

$\frac{{\rm K}{}_{Bi}\zeta {}_i\dot{\theta }{}_i}{{\rm K}{}_{\tau i}}(f{}_i+\xi {}_i\zeta {}_i\dot{\theta }{}_i+J{}_i\zeta {}_i\ddot{\theta }{}_i)$

式中,下标i表示机器人的第i条腿的膝关节或踝关节驱动电机的编号;Kτ为扭矩参数;KB为驱动电机的反电动势常数;R为扭矩阻抗;ξ为阻尼;f为电机和齿轮的综合静摩擦力;ζ为齿轮减速比;τi、$\dot{\theta }{}_i$、$\ddot{\theta }{}_i$分别为第i条腿膝关节或踝关节齿轮输出的驱动力矩、速度和加速度;J为关节驱动电机的转动惯量。

将式(2)代入式(9),以所有支撑腿关节电机功率总和最小为优化目标,优化目标函数可表示为

$\begin{array}{l}\min {\rm P}=\min {\displaystyle \sum _i^n[}\frac{1}{4}a{}_i(d{}_{i}p{}_i+l{}_{i}q{}_i){}^2+\\ \frac{1}{2}b{}_i(d{}_{i}p{}_i+l{}_{i}q{}_i)+c{}_i](10)\end{array}$

上述优化目标函数具有以下特点:①优化目标函数是关于足底接触力pi、qi的二次函数,保障了优化模型解的连续性;②可以实现足底接触力的优化,结合式(2)可计算出所有关节的驱动力,因此可同步实现关节驱动力优化。

2 足力控制模型与电流控制模型的转换

建立基于足底接触力和驱动力的足力控制模型,实现对足力和足底接触力的同步控制。支撑腿通过髋关节在机体上的作用力可分解成大小和方向与pi、qi相同的两个力,pi、qi作用力的方向分别为髋关节轴线方向和法线方向,可在髋关节上安装传感器测量pi和qi。根据电机电流与关节力矩关系式,建立膝关节驱动力控制模型:

(1)输出测量值。通过pi和qi测量值可以计算出τhi的输出值。

(2)输入参考值。通过优化模型可以求解出pi和qi,代入τhi=(dipi+liqi)/2可计算出τhi,作为控制系统的输入参考值。

(3)控制模型。采用电机电流控制模型来实现关节驱动力控制,其模型为

${\rm I}{}_{i{\rm T}}=\frac{1}{{\rm K}{}_{\tau }}(\frac{\tau {}_{\text{h}i}}{\zeta }+f+\xi \zeta \dot{\theta }{}_i)(11)$

利用式(11)所得电流控制变量IiT,采用三段回路PID控制器就可以获得非常好的电机关节驱动力控制效果。其控制框图如图2所示,实现方法如下:①以IiT为控制变量,电机测量得到的电流、速度和位置作为反馈量,四者的差值作为电流环回路PID控制器的输入量;②以电流环PID控制器的输出量为速度环的输入量;③以速度环PID控制器的输出量为位置环的输入量,位置环的输出量即为满足关节驱动力的实际位置量。

3 实验与仿真

为了研究八足爬墙机器人在不同的环境下攀爬所需的最小功率以及所对应的控制规律,使用MATLAB对攀爬不同倾斜平面时机器人的足力控制进行优化。将八足机器人的八条腿分为两组,腿1、2、3、4为一组,腿5、6、7、8为另一组。当其中一组腿的吸盘吸附在攀爬面上时,该组的腿为支撑腿,另一组的吸盘松开,可自由摆动,该组的腿为摆动腿。两组交替摆动运行,完成机器人沿平面直线爬行的步态,如图3所示。图3中,α为吸附平面的倾斜角度,显然,该角即为吸附面法线与重力加速度方向的夹角。

令机器人支撑腿与髋关节轴线的夹角为β,为了既使相邻的两条腿在摆动过程中不出现相互干涉的现象,又使腿有足够的摆动角度,增大支撑腿摆动后机器人本体移动的距离,提高机器人的运动效率,将β的取值范围设定为[-45°,45°]。

在图4所示的吸盘吸附平面中,机器人支撑腿摆动角度为2β=90°,机器人本体从位置1移动至位置2,设膝关节到球铰的距离(即摆动腿的长度)为S,则有

$\begin{array}{l}l{}_i=S|\cos \beta |\\ d{}_i=S|\sin \beta |\end{array}\}(12)$

已知电机功率与扭矩的关系为Pi=aiτ2i+biτi+ci,采用实验的方法,对额定功率为200W,使用GP 62C减速箱的Maxon RE50直流伺服电机进行恒定转速的实验,得出表1所示的多组功率与扭矩的数据,对所得数据进行拟合,可得ai=0.023,bi=0.897,ci=4.456。

对吸盘进行吸附实验,可得最大吸附力wi和最大静摩擦因数μmaxi。膝关节与踝关节采用同一型号电机,则有τankle min=τknee min及τankle max=τknee max。各仿真参数如表2所示。

根据式(10),取n=4,以式(4)、式(6)～式(8)为约束条件,使用简面体爬山算法(SM)进行优化计算,可得最小总功率min P关于α、β的曲面,如图5所示。

从图5可以看出,由wi=875N和μmaxi=0.6所确定的吸盘安全性约束可满足机器人吸附攀爬的需求,其消耗的最小功率与其运动的状况满足直观的规律,具体表现为:当α=0(机器人正立爬行)及α=π(机器人倒立爬行)时,机器人支撑腿摆动到β=0时所需总功率最小,往两边摆动,即|β|增大时所需总功率P随之增加;相反,当α=π/2(机器人在侧立面爬行)时,机器人支撑腿摆动到β=0时所需总功率最大,往两边摆动,即|β|增大时所需总功率P随之减少。

由最优算法计算出当q1=q2=q3=q4、p1=p2=p3=p4时,总功率P最小。以q1和p1为例,α与q1、p1的关系曲线如图6所示。

图6说明了多足爬墙机器人在攀爬不同倾斜角度的平面时都有且仅有一组确定的足底接触力qi和pi,使机器人的能耗最小。

根据式(2),将足力控制分量转换为电机的控制扭矩τ1,那么α、β与τ1的关系曲面如图7所示。

与图5类似,当α=0及α=π时,机器人支撑腿摆动到β=0时关节驱动力矩τi最小,往两边摆动时,即|β|增大时τi随之增大;相反,当α=π/2时,机器人支撑腿摆动到β=0时关节驱动力矩τi最大,往两边摆动时,即|β|增大时τi随之减少。这是由于式(2)确定了足底接触力与电机扭矩的关系,而足底接触力与最小总功率之间又有唯一确定的关系,故电机控制扭矩与电机最小总功率之间有相似的变化规律。

根据式(11)所述的电机电流控制模型,即可将仿真所得的电机控制扭矩转换为电机的控制电流。

4 结语

本文以八足爬墙机器人为例,描述了多足爬墙机器人的足力优化模型,实现了多足机器人的关节驱动力和足底接触力的转换。建立了多足爬墙机器人总电机功率与机器人的运动步态及作业环境(包括攀爬角度与吸附平面的粗糙度)的关系。在满足爬墙机器人吸附安全性和足力负载均衡的条件下,对机器人的足底接触力进行优化,提高了机器人对环境变化及支撑腿数量变化的适应能力,并降低了关节驱动电机的能耗,实现了机器人电机总能耗最小化的目标。实验仿真结果表明,本文所提出的足力控制方法减少了优化的计算量,实现了关节驱动力和足底接触力的同步控制,优化所得的扭矩控制模型简单直观,便于转换为机器人驱动电机的电流控制模型。

摘要：针对多足爬墙机器人高空极限作业时需解决的能耗问题,提出了基于能耗性优化的多足爬墙机器人足力控制方法。以八足爬墙机器人为例,从机器人作业的安全性和能耗性角度描述了多足爬墙机器人的足力优化模型,实现了多足机器人的关节驱动力和足底接触力的转换,有效地减少了优化变量的数量,简化了优化的计算。通过分析多足爬墙机器人的关节驱动力约束和动力学约束,建立了机器人总电机功率与机器人运动步态及作业环境(包括攀爬角度与吸附平面的粗糙度)的关系。并综合考虑了爬墙机器人吸附安全等特殊性,对机器人的足底接触力进行优化,提高机器人对环境变化及支撑腿数量变化的适应能力,降低关节驱动电机的能耗,实现了机器人电机总能耗最小化的目标。实验仿真结果证明了所提出的控制方法简单可行。

关键词：多足爬墙机器人,能耗,足力控制,足底接触力

参考文献

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浅析芳烃联合装置能耗优化技术 篇8

1芳烃抽提单元能耗分析及优化技术

芳烃抽提装置的能耗取决于抽提塔溶剂用量大小和塔底采出产品物流所夹带的非芳烃的含量。溶剂用量越大,能耗越高。同时芳烃抽提塔顶形成的非芳烃和芳烃物料在抽提塔和汽提塔之间的重复循环,导致后面汽提塔和溶剂回收塔的能耗上升。芳烃抽提装置能量优化的关键是抽提塔的改造,提高抽提效率,降低单位芳烃产量的溶剂用量[3]。中国石油化工洛阳分公司[4]芳烃抽提优化改造采用新型高效塔盘技术对抽提塔、回收塔实施优化改造,改造后装置运行平稳,抽提塔的溶剂比由3. 49降至2. 3,装置节约2. 0 MPa蒸汽约3 t / h,全年折合标准燃料油2217 t,效益明显。中国石油兰州石化公司[5]通过分析芳烃抽提装置各部位能耗,采取降低分馏塔回流比、降低抽提水循环量、优化工艺参数等节能措施,取得了较好的节能效果,装置能耗由开工初期的4. 16 GJ/t降至3. 48 GJ/t,每年可降低加工成本约732万元,经济效益显著。河南中原油田石油化工总厂[6]通过对芳烃抽提装置的优化操作,装置能耗由改造前的8. 48 GJ/t下降到5. 8 GJ/t,每年可节约费用696. 5万元。 可见,国内石化和石油的科研单位及公司针对芳烃抽提装置溶剂比大、能耗高的现状,以提高抽提塔的塔盘效率,降低溶剂比为切入点,对芳烃抽提优化改造取得了较好的节能效果,使装置能耗有了大幅度下降。

2对二甲苯能耗分析及优化技术

对二甲苯( PX) 装置用能的重要特点是分离系统换热网络的耦合。PX塔塔底再沸器的加热炉为主要耗能部件,提供给二甲苯塔和其他精馏塔的再沸器所需热量。提高该炉的热效率,减少燃料消耗,对降低装置能耗具有十分重要的意义。PX加热炉能量优化技术有多种途径[7,8,9],一是使用高效节能型燃烧器避免机械和化学不完全燃烧,显著减少了污染物向环境的排放量; 二是通过控制风门、气门和烟囱挡板,确保管式炉在合理的过剩空气系数下运转,减少不完全燃烧损失; 三是通过吹灰器定期清除积灰和加热炉在线清灰及时清除灰垢提高换热效率。另外变频调速、高温辐射涂料增强等技术也能达到加热炉节能改造的效果。另外,PX装置内还存有大量没有回收利用的低温热,尤其是抽余液塔和抽出液塔的低温热,对这部分余热的回收和利用,可以大幅降低PX装置能耗。芳烃装置的部分低温热可以采用提高塔操作压力的方法来提高温度,或者可以用来发生低压和超低压蒸气,以达到能量综合利用的目的[10,11]。也通过塔顶馏出物加热除氧水、塔加压操作后塔顶馏出物加热除氧水发生蒸汽等方法,对抽余液塔和抽出液塔低温热进行回收利用,大幅减低对二甲苯装置能耗 ( 14. 2 GJ/t降到12. 4 GJ/t) ,提供装置的经济性能[12]。有的低温热难以采用加压的方法进行回收,需要一些新方法和工艺,如由德国BASF公司率先工业化的热偶蒸馏塔技术 ( FTCDC) ,与常规蒸馏塔相比可节省能耗达30% 左右[13],另外日本报道的内回流型蒸馏塔 ( HIDIC) ,在苯/甲苯塔的中型试验表明可以节能30% ~ 50%[14]。塔内部热集成技术是有潜力的节能技术之一, 国外学者已完成中试,开始工业化研究。国内需要在一些新技术方面增大投入,以期有重大突破,以达到节能的好效果。

3其他能量优化技术

由英国学者Linnhoff等提出的过程系统节能中的夹点技术具有显著的节能效果。于文辉等[15]以重芳烃分离装置的实际换热网络为分析对象,运用夹点技术,结合装置实际情况提出了换热网络优化改造方案,实现公用工程加热量14% 的节能效果。赵艳微等[16]运用夹点技术对某芳烃厂异构化装置的换热网络进行了分析,装置的节能潜力约占现行加热公用工程的65% 。矫明等[17]利用夹点技术对某芳烃岐化装置换热网络进行用能诊断分析,装置热回收节能潜力约占现行加热公用工程量的25. 1% 。另外,热联合流程是应用于芳烃联合装置中的另一项重要工艺技术,对降低芳烃能耗具有重要的意义。国内金陵分公司芳烃联合装置通过热联合流程改造后节能约11. 2% ,取得了巨大的经济效益[18]。孙柏军[19]对芳烃连续重整装置进行改造优化后联合装置综合能耗下降419 MJ/t。另外中国石化洛阳分公司芳烃联合装置异构化单元通过采用结构紧凑、传热系数高的板壳式换热器,装置单位综合能耗降低274. 2 MJ/t[20]。 所以,国内学者在应用各种能耗优化技术,降低芳烃装置耗能水平方面已经开展了大量的研究,这些应用的能耗优化技术, 既有单独开展的技术,也有全面开展全装置及系统的能耗优化,均取得了较好的节能效果。

4几套新建芳烃联合装置能耗比较

近几年我国有多套大型化的芳烃联合装置顺利投产。表1简要比较了几套芳烃联合装置的能耗情况,以对每吨PX的能耗总量计算,能耗指标比较先进是乌鲁木齐石化、上海石化和中海油惠州炼化,相比之下,四川石化、福建炼化和大连福佳大化装置能耗提高约10% ~ 20% 。装置的能耗与多种因素有关,其原料来源、能量优化技术、产品方案及产品质量要求的不同会导致装置流程长短的差异,使装置能耗有差别。

5结语

尽管芳烃生产工业应用了各种能耗优化与高效设备技术, 但由于装置规模较小、资金投入不足、节能人员缺乏等原因, 节能水平与世界先进水平相比,还有较大的差距。所以,在应用各种能耗优化技术,提高芳烃生产过程的用能水平方面,需加大应用的广度和深度,加强过程能耗优化组合技术的开发与应用,从而达到较好的节能效果。

摘要：芳烃联合装置是炼油厂的能耗大户,如何利用能耗优化技术对于降低装置及炼油厂能源消耗有着重要的意义。芳烃联合装置包括催化重整、芳烃抽提、歧化及烷基转移、吸附分离和二甲苯异构化等装置。本文主要分析了芳烃联合装置中高能耗的芳烃抽提和对二甲苯单元能耗优化技术及其他常用的能耗优化技术(夹点技术、热联合流程、板壳式换热技术等)并简要介绍几套大型化的芳烃联合装置能耗情况。

苯乙烯机械装置能耗分析及优化 篇9

关键词：苯乙烯,机械装置,能耗,分析

1 引言

苯乙烯是石化工业中极其常用的聚合单体之一, 在工业生产中需要大量的燃料和水蒸气, 能量消耗极大。为了减少苯乙烯生产的能量消耗, 降低苯乙烯的工业生产成本, 国内外专家对苯乙烯生产装置的能量消耗问题展开了广泛的研究, 如:王明福对车间操作的研究、范宇东对脱氢工艺的研究、金力强对生产装置的研究等。本文通过对生产实际的调研以及文献资料的查询, 对苯乙烯生产的机械装置能量消耗的主要原因进行了具体的分析, 并提出了合适的优化方案, 为苯乙烯生产企业节约能量, 降低成本提供了支撑。

2 苯乙烯装置的能耗分析及优化

2.1 苯乙烯耗能装置简介

苯乙烯的生产流程分为脱氢和精馏两个工艺阶段, 而脱氢工艺又分为乙苯蒸发、脱氢反应、工艺凝液处理及汽提尾气压缩吸收三个工段组成, 精馏工艺由乙苯-苯乙烯分离、苯乙烯回收、苯、甲苯分离四个工段组成。

苯乙烯在生产中使用到的能源有:蒸汽、氮气、燃料气、新鲜水、循环水、脱盐水、工业风、仪表风以及电等, 其中蒸汽占整个能耗的75%, 分别是高压蒸汽53%和中压蒸汽22%, 电能占10%, 燃料气占10%, 循环水占4%, 其它能耗所占比例较小, 本文不予考虑。综上所述, 降低高压及中压蒸汽、燃料气以及电能的消耗是降低苯乙烯总能耗的根本途径。

2.2 苯乙烯耗能装置分布及影响因素分析

通过对苯乙烯工艺流程及组成的分析, 我们可以得知:节能的研究重点在于减少水蒸气和燃料气的消耗上。所以我们对苯乙烯工艺流程中蒸汽消耗、燃料消耗的能量分布情况以及相应的影响因素进行了具体的分析, 由分析可知:燃料气主要用于蒸汽过热炉, 其用量受反应温度和水两个因素影响, 即取决于脱氢催化剂的性能和脱氢反应的条件;冷却水主要用于脱氢液冷凝和精馏塔塔顶气的冷凝;高压蒸汽用于尾气压缩机的驱动;中压蒸汽用于乙苯塔再沸器和焦油加热器。

2.3 苯乙烯装置的节能优化措施

首先要对蒸汽管网进行优化。由于苯乙烯生产过程中, 每天的用汽气量和产汽量不平衡, 而且蒸汽管道分布在各个车间, 又由高压、中压、低压之分, 所以蒸汽管网管理十分繁琐, 容易造成泄漏和压力损失, 所以应该对蒸汽管网进行综合优化, 对所有需要蒸汽的车间和设备进行逐一分析和计算, 将各级蒸汽管网的不平衡降到最小, 同时将低压蒸汽回收重新利用, 降低能耗。

其次要对苯乙烯的生产工艺进行优化。在乙苯脱氢反应中, 水蒸气的压力、反应温度、水与乙苯的质量比等对乙苯的转化效果和苯乙烯的选择性影响很大, 经过实际调研得知, 适当提高水比、降低压力以及适当提高反应温度, 可以提高乙苯转化率, 大大减少了能耗, 但鉴于苯乙烯选择性的因素, 应该根据自己的生产实际, 对这些影响因素进行适量调节。

再次对精馏塔的生产工艺进行优化。精馏塔是苯乙烯生产过程中最重要的一个工序, 在这个工序中, 能耗很高, 低压蒸汽耗量占整个装置的三分之一左右, 冷却水占整个装置的近一半, 总能耗占整个装置的三分之一, 所以对精馏工艺的改进至关重要。精馏塔的优化分为两个部分, 一是适当调整精馏塔的回流比, 增大回流比既可以增加塔内精馏段的液气比, 又可以加大提馏阶段的气液比, 对精馏过程中的传质十分有利, 也提高了分离的精度, 但是增大回流比就会增加能耗, 既是对塔底的再沸器的负荷的增加, 也是对塔顶的冷凝器负荷的增加, 所以应该根据具体的生产要求, 适当的调整回流比, 在满足生产要求的基础上, 尽量降低精馏塔的回流比;二是对精馏塔的结构优化, 采用双塔变压精馏技术对精馏塔进行改良, 普通的粗苯乙烯塔的塔釜采用低压蒸汽作为再沸腾的热源, 由于塔顶的气相温度约为80℃, 不可能自己产生蒸汽, 所以使用循环水作为热源, 回流比很大, 能耗很高, 而采用T-401双塔进行变压蒸馏, 使高压塔的温度约为104℃, 低压塔约为88℃, 这样高压塔可以兼做低压塔的再沸器, 既可以提高生产效率, 又节约了蒸汽和循环水的用量, 降低了能耗。

3 结束语

本文对苯乙烯生产装置的能量消耗进行具体分析, 对一些能耗较大的机械装置进行了具体的探讨, 然后针对这些机械装置分别提出了优化蒸汽管网、优化苯乙烯的生产工艺以及优化精馏塔的生产过程的措施, 以期为苯乙烯生产厂家降低苯乙烯的生产成本提供了借鉴。

参考文献

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能耗优化控制系统 篇10

关键词：公路客运；能耗；系统动力学

中图分类号：F54 文献标志码：A 文章编号：1002-2589（2013）20-0081-02

一、研究意义

低碳经济以低能耗、低污染、低排放为基础，包含了低碳能源、低碳技术、低碳产业、低碳生活等多种形态，目的在于促进人类的可持续发展，是对经济发展方式、能源消费方式和人类生活方式的一次全新变革。

其中如何降低排放量，已成为发展低碳经济，非常重要的一个部分。在中国，根据《2010中国低碳发展报告》，我国交通运输部门能耗和CO2排放量在“十一五”前三年（2006-2008年）分别上涨14.1%和13.3%。2008年，交通运输能源消耗量为2.9亿吨标准煤，占整个社会能源消耗量的10.4%，占终端能耗的15.9%；CO2排放量6.3亿吨，占终端排放总量的9.9%，反映出交通运输的能源消耗占社会总能耗较大的比例。

同时，根据陕西省的交通规划，要在十二五期间调整交通结构，落实节能减排政策，降低交通能源消耗。因而在全国交通能耗比例高和陕西省交通规划的大背景下，本文来研究陕西省公路客运系统的能源消耗具有理论和应用的双重价值。

另外，对区域交通这个复杂、动态的大系统，利用系统动力学的理论与方法，对区域交通周转量增长、能源消耗进行建模，是对系统动力学在交通领域研究方法的一次探索和实践，而且也是对结合系统动力学与系统工程理论方法来解决交通问题的一次尝试。

二、陕西省公路客运能源消耗SD模型构建

（一）系统分析及模型建立

公路交通是一个复杂的大系统，包括社会经济、交通需求和供给、公路交通基础设施建设、能源消耗及交通政策等方面。

其中交通需求是一种派生需求，与经济发展水平、区域人口数量、居民生活水平、出行方式选择、交通基础设施建设等因素相关。交通供给是区域规划、交通设施建设水平和交通政策等方面的反映，包括等级公路比例及公路运输网络密度等。上述两者共同影响客运周转量的变化。与公路客运能源消耗紧密关联的另一主要因素即是公路运输单耗，其主要受车辆技术性能、车龄分布状况、实载率、燃料类型、车辆的大型化情况、节能技术利用程度等因素的影响。上述诸因素随着时间的影响形成系统的动态反馈。

（二）建立模型

1.模型假设

在模拟的时间段内，人口以现在的速度稳定增长，且国家的人口政策没有重大变化。

2.数据来源

模型中历年人口、GDP、公路运输网络密度、第三产业占GDP的比重、客运周转量、实载率、百吨公里油耗、车辆的大型化情况等数据均来源于《陕西省统计年鉴2011》。模型中的其他表函数的数据采用多元回归的方法获得。

3.构建模型

模型模拟区间为1997年—2011年，时间间隔为DT=1年。对于缺失的数据通过专家估计法、经验预测法，以及趋势外推法等方法生成。

4.模型分析

根据目前的政策及客观数据选择与之相一致的参数，主要输出结果参见下图2-1。

由于从2008年开始，我国道路客运车辆全面采用电子控制达到欧III排放水平的发动机，因此在2008年以后车辆百吨公里油耗有了一个明显的下降（几乎是原来的1/2）。从图中亦可以看出，客运能耗在2008年也有了一个明显的回落。

三、陕西省公路客运能源消耗SD模型实证

（一）历史检验

对比1997年—2011年的模拟结果与实际数值，判断模型的准确性。选取两个状态变量和两个辅助变量，即客运周转量、公路客运能耗、百吨公里油耗和人均GDP进行检验。通过对比，如表3-1所示，每年这四个量的预测误差都不超过2.5%，有较好的预测效果。

（二）灵敏度分析

取模型中的状态变量和辅助变量做灵敏度分析。选取2010年为时间点，使参数的值增加10%，然后运行模型，然后可以得到系统中的状态变量对该参数的灵敏度，求均值，即得到模型系统对所选取参数的灵敏度。

经过灵敏度分析之后，如表3-2所示，灵敏度均值都小于0.03，说明系统具有较强的稳定型，可以做模拟预测。

四、结论

本文首先对研究的问题做系统分析，明确其中主要的因果关系回路，然后说明了模型的各种假设以及数据的来源，利用已知数据，建立陕西省公路客运能耗的系统动力学模型。在Vensim中运行系统动力学模型，根据模拟的数据和实际数据，对模型进行检验，包括直观检验和历史检验，最后对模型进行灵敏度分析，验证了模型具有良好的预测效果和稳定性。

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