基于參數自調整模糊控制的空調節(jié)能系統

摘要：本文介紹了空調水系統及風機系統實現能源優(yōu)化控制的基本思路和實現策略，通過采用參數自調整模糊控制算法較好的改善了空調控制系統的性能指標，有效地降低中央空調的能耗。

關鍵詞：中央空調 能源優(yōu)化 參數自調整模糊控制

中圖分類號： TP273 文獻標識碼：A

0 前言

針對中央空調的控制要求及系統特點，模糊控制技術已應用到中央空調自動控制系統中[2]。雖然模糊控制有其優(yōu)點，但直接應用于PLC中的算法還不是很多，且算法本身有一定局限性。常規(guī)的模糊控制的查表法雖簡單易行，但參數一旦整定，量化、比例參數講不再隨系統變動，對象參數隨環(huán)境變化的過程中不能進行及時有效的調整，控制效果難以達到預期要求[3][4]。

鑒于此，本文提出了一種應用于中央空調的參數自調整模糊控制算法：采用MATLAB軟件離線設計控制規(guī)則，利用PLC在線查詢控制表，并與參數自整定相結合，通過數學插值的方法來實現。

1 參數自調整模糊控制算法的總體構思及算法實現

要增強中央空調自適應能力，空調控制器就必須能隨系統參數的變化自動在線調整控制規(guī)則。量化比例因子與系統的品質、性能密切相關。設計量化比例因子隨系統參數調整的規(guī)則，并用數學運算實現這些規(guī)則。這就是自調整量化比例因子模糊控制算法的基本思路。

為了改善系統的控制性能，使得模糊控制輸出量線性變化，避免控制量的突變，可以采用數學的插值法，下面就具體的插值算法進行分析。

對于空調控制系統，需要選取實測值和給定值的偏差 及偏差變化量 作為輸入變量，控制量 作為輸出量 和 是的精確量，模糊化變?yōu)槟：?、 左需先乘以一定的量化因子 、 ： ， 滿足論域內插值運算的要求，將其越限變量設定為為其上限或下限值。

首先，引入線性插值的公式：

設二維函數表格是矩形網格點 上的函數值陣列關， 。假設需要得到如圖1-1所示矩形區(qū)域 和 為上的一些點的函數值。在 方向上做線性插值，則 和 處的值分別為：

然后作 和 的線性插值，得：

將 對應于偏差 ， 對應于偏差變化 ，函數值 對應于 。由此模糊控制表的插值公式：

其中 為控制表中的 和 所對應的值，其他三個 值同理對應。

2 自調整量化比例因子模糊控制算法的實現

本問以冷凍水系統為例，變頻器控制的水泵作為被控對象。運用參數自調整的模糊控制算法的PLC控制變頻器的輸出頻率，使冷凍水的流量能夠跟隨負荷的變化，以達到能源優(yōu)化的目的。

采用量化比例因子自調整的模糊控制算法，通過PLC來實現設計功能。該模糊控制器依據給定的回水溫度值與反饋量 的偏差 和偏差的變化率 ，按參數自調整模糊控制算法進行運算，計算出控制量的數字值 ，通過D/A模塊轉換為模擬電壓量 ，將其作為變頻器的給定量，通過變頻器頻率輸出調節(jié)電機的轉速，改變冷凍水的流量，達到冷凍水回水溫度穩(wěn)定的目的，實現空調隨負荷變化的穩(wěn)定運行。

系統工作的流程圖如圖1-2所示。

冷卻水泵及和冷卻塔風機控制系統中的模糊控制算法與此其類似。

3 結束語

本文以某辦公樓的中央空調系統節(jié)能能改造項目為基礎，以空調冷凍水系統為例，闡述基于PLC實現的自調整量化比例因子的模糊控制算法，改善了控制系統的性能。通過采用離線計算在線查詢的方法將復雜的模糊控制計算融進查詢表中，在實際控制中省時高效，控制算法亦簡單明了。對于中央空調這樣的非線性、大滯后、數學模型難以建立的控制系統，基于參數自調整模糊控制的空調節(jié)能系統不失為一種較理想的選擇方案。

參考文獻

[1] 梁春生， 智勇等. 中央空調變流量節(jié)能控制技術[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2005.

[2] 張振昭， 許錦標， 萬頻. 樓宇智能化技術[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社，1999.

[3] 唐軍， 莫珊， 萬良， 梁春生， 智勇. 中央空調系統變流量節(jié)能技術及實現方法[J]. 現代機械， 2006年第4期.

[4] 陳維剛主編. 空調工程與設備[M]. 上海： 上海交通大學出版社， 2001.

作者簡介：涂慧華（1984- ），男，江西南昌人，江西科技學院，碩士。

研究方向：主要從事控制理論與控制工程方向研究。

基金項目：江西科技學院2011年自然科學研究項目“基于參數自調整的模糊控制系統研究”（項目編號：XYKY11104）。