基于模糊T—S模型的中央空調優化控制策略

白強 李海闊 康蕓瑋

【摘 要】本文基于模糊T-S模型分析冷卻負載、系統效率、耗電量與變量之間復雜的不確定性關系，同時基于實際數據檢驗了模型的合理性。針對實際空調系統，基于模糊T-S模型建立優化模型得到空調的控制策略，結果表明空調耗電量明顯降低，系統效率提高。

【關鍵詞】模糊T-S模型；冷卻負載；系統效率；耗電量

中圖分類號： TL353.13 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）20-0141-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.062

【Abstract】In this paper， the fuzzy T-S model is used to analyze the complex uncertainty relationship between the cooling load， the system efficiency， the power consumption and the variable， and the rationality of the model is tested on the basis of the actual data. According to the actual air conditioning system， the control strategy of air conditioning is obtained based on the fuzzy T-S model. The result shows that the power consumption of air conditioning is obviously reduced and the efficiency of the system is improved.

【Key words】Fuzzy T-S model； Cooling load； System efficiency； Power consumption

0 引言

當下全球氣候不斷變換，科學技術不斷發展，空調技術可滿足范圍越來越廣，發展前途存在擴大趨勢，中央空調在各大領域中也得到越來越廣泛的應用。因此，中央空調[1-2]系統在運行中的經濟性、高效性和合理性也成為了值得研究的問題。每一套中央空調系統都包含內循環和外循環兩個熱交換循環系統。在內循環中，冷水泵將冷卻裝置中由冷卻器冷卻的冷水推進大樓， 通過熱交換對大樓內部的空氣進行降溫和除濕。循環水在吸收了室內空氣中的熱量以后溫度升高，重新回流至冷卻器中冷卻降溫，并通過冷卻裝置將其熱量傳送到外循環。在外循環中，冷凝器水泵推動冷凝器中的水來吸收冷卻器降溫所產生的熱量到冷卻塔，冷卻塔把水中的熱量排放到室外空氣中，水流再流回冷凝器。依次循環。內循環中的冷卻器和外循環中的冷凝器被封裝在一起，稱為中央空調系統的冷卻裝置。中央空調通過能量轉換實現將室內的熱量吸收并輸送至室外，從而實現換氣降溫的功效。

1 數據預處理

本文數據源于2017年全國大學數據挖掘競賽B題。附件1中給出了時間跨度為17天的中央空調系統的相關數據，不存在缺失值，用SPSS做描述統計時發現，數據的差異性較大，存在一定的異常數據，因此需要對原數據進行數據預處理。采用四分位數的方法，剔除附件1中的極端值，降低異常數據帶來的誤差。

2 模糊T-S模型

基于模糊規則的系統能夠逼近高度非線性系統。在Takagi-Sugeno模糊系統中，規則后件是模型輸入的函數。

基于模糊T-S模型[3-4]，通過模糊劃分對所求的變量建立多個線性關系，對多個模型的輸出再進行模糊推理和判定，利用模糊T-S模型的萬能逼近能力，從而對需要研究的冷卻負載、系統效率、耗電量與變量之間復雜的不確定性關系進行一個很好的近似表述。

3 模型檢驗與應用

3.1 模型檢驗

為檢驗模糊T-S模型的合理性，基于預處理后的數據，將后1/3的數據代入模型，用這2萬條左右的數據得出預測值與真實數據進行對比，結果如圖1。

通過圖1的分析發現，根據數據，基于所建模型計算得出的系統效率的預測數據與原始數據基本吻合，同時調用模型對耗電量、冷卻負載的數據進行預測，結果表明與原始數據的吻合度均較高，進而也說明了模型的合理性。

3.2 模型應用

為使得中央空調耗電量盡量降低，同時提高系統效率，需要針對可控的變量設計優化控制策略。在中央空調工作時，冷凝水泵的開關狀態可影響其功率，而功率可以進一步影響流入流出冷凝裝置的水流速度，由此可得出，開關的閉合間接影響了水流速度。由此我們可以找出受到冷凝水泵開關直接影響的變量的表達式，并找出受開關間接影響的變量及其表達式，基于模糊T-S模型，建立以下優化模型：

分析圖2可知，經優化空調系統運行的耗電量明顯下降，系統效率也有明顯降幅，說明優化效果良好，體現了結果的準確性。

4 結語

由于中央空調系統內部變量較多且關系較為復雜，本文基于模糊T-S模型研究冷卻負載、系統效率、耗電量與變量之間的不確定性關系，通過實際數據計算表明，模糊T-S模型下預測值與真實值的相似度較高，表明該模型能夠較高地分析變量間的非線性關系，同時運用于實際問題中設計優化控制策略，能夠較好地降低耗電量，提高系統效率。

【參考文獻】

[1]俞炳豐.中央空調新技術及其應用[M].化學工業出版社，2005.

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