文档介绍：空调系统的自动控制方法探讨
西南科技大学刘日超唐中华
摘要:以空调水系统为例,简单介绍了空调系统的自动控制原理。并基于暖通空调控制系统中,各参数的不确定性以及模型不精确性,采用模糊PID控制弥补了传统PID控制的不足。因此提高了控制器的控制性能和整个系统的鲁棒性,并大大降低了空调系统的能耗。
关键词:空调系统 PID控制模糊控制
0 引言
由于空调系统的设计都是按最不利情况(最大负荷)考虑的,而实际运行时能达到满负荷状况只占10%。如果不对空调的运行设备, 尤其是中央制冷系统进行相应的调节, 那么将会影响整个空调系统的调节品质,浪费能源和费用,并且这些设备也不是在最佳工况下运行, 无法满足对舒适性的要求。现代大型公共建筑多数其中空调、制冷与供热设备占40%。将自动控制用于暖通空调系统已势在必行采用自动控制可以使系统节约10%~15% 的运行费用,有的系统可以高达25%~30%。[1]
在暖通空调系统的过程控制中,控制对象非常复杂,有些控制环节表现出很强的时滞、时变、非线性的特性,目前HVAC系统温度、湿度、空气污染度分别独立控制,控制器都是采用PID控制器,并且控制器参数是固定的。外界环境发生变化,特别是在湿度和房间负荷变化较大,其送风温度和静压力的控制效果差。由于空调控制系统的被控对象是房间的温度场,它与空调进行换热的工况相当复杂,制约因素太多,对这种大滞后、强扰动且被控对象未知或是时变的系统实施常规PID控制往往效果欠佳。因此,需对PID参数进行整定以获得最佳控制参数。[2]
1 空调系统的控制原理
以中央空调水系统的自动控制系统为例,其他如风系统、冷冻水系统、冷却水系统类似。
因为定流量控制存在很大的能源浪费,因此在暖通空调系统中通常对水泵、风机、冷水机组进行变流量控制。控制系统中通过采集系统中的流量、温度等参数,并通过模糊运算得到与之对应的控制参数。各空调系统再根据这些控制参数的变化利用变频技术,改变系统的流量,温度等。从而使整个空调系统始终处于最高效的运行状态。如下图[3]
变流
量控
制器
冷冻水供回水温度
冷却水供回水温度
环境温度
机组工况
冷冻水流量
冷冻水系统压差
冷冻水控制子系统
冷却水控制子系统
冷却塔控制系统
空调主机
冷冻水泵
冷却水泵
冷却塔风机
图一
2 模糊PID控制技术原理
简述传统PID控制
在自动控制系统中,控制器是很重要的组成部分。控制器将系统的被控变量与给定值进行比较,得到偏差,然后把某种特定的控制规律(即控制器的输入信号变化规律),控制生产过程,使被控变量等于给定值。连续控制规律可以分为比例、比例积分、比例微分和比例积分微分控制规律。比例、积分、微分分别用P、I、D表示。因此PID控制就是比例积分微分控制。比例调节的显著特点是有差调节,静差不可避免,随干扰变化而变化。为能自动消除静差,需要采用比例积分控制器。而为了提高控制系统的过渡过程的品质指标,可以采用比例微分控制器。微分调节具有预见性,能抑制被调量的振荡,提高系统稳定性。因此PID控制配合了三种调节作用,既消除了静差,又可以提高系统的动态品质指标。[4]
模糊控制器基本结构
结构如图
规则库
数据库
模糊化接口
模糊推理
解模糊化接口
图二模糊控制器基本结构