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变风量空调模糊PID控制系统的研究
日期:2019-03-21 作者:熊熊净化 阅读:552

变风量空调模糊 PID 控制系统的仿真研究

一般在负荷变化较大的大型中央空调系统中,采用温度恒定和改变风量的调节方式,从而使控制房间的送风量随系统负荷的变化而变化的中央空调系统叫做变风量空调系统。该系统最大优点就是a节能,如果全年运行,可节约能耗 40%~60%。如今,变风量空调系统逐渐被众多的空调设计者和研究者所青睐,主要是因为它有节能、方便、易改扩建、运行灵活、舒适等众多优点。然而,该空调系统缺点也特别明显,例如,系统控制很复杂、在系统运行时受干扰较多,无法精确确定其数学模型等等,因此该系统采用常规的PID 控制系统无法达到其节能和舒适的特点。

根据其特点,本文拟将常规 PID 控制和模糊 PID控制两种方法结合起来,用于该空调控制系统中。模糊控制可以对常规 PID 控制的参数在线进行调整,从而满足该空调系统参数随时变化的状态,这样的控制系统叫做模糊 PID 控制器,该控制器可以将两者控制器的优点充分发挥出来。和只用常规 PID 控制系统相比,该系统动态响应更快、超调更小,鲁棒性更强。本文对其研究结果进行分析、总结,希望能给同行提供一定帮助。

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 | 模糊PID控制器的设计

设计该控制器的关键是先找出参数(KpKiKd)与误差改变量 e、误差 e 之间的模糊关系,即在系统运行过程中不断对 ee 进行检测,然后对三个参数进行模糊控制在线修正以满足不同工况(表现为 e e)下对(KpKiKd)的不同要求,从而获得良好的静态和动态控制性能。图 1 为模糊 PID 参数控制系统结构图。

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 | 变风量空调系统中室内温度控制的仿真模型和仿真结果

变风量空调系统被控空调房间室内温度控制的仿真模型建立的方法是:第一步是将 MATLAB/Simulink模块库中相应的模块调出并拖入其模型界面内,然后将其各模块之间的参数进行对应设置,最后用线条将各模块之间对应的连接好。对模糊控制的控制器来说,建立仿真模型的方法是:首先要编写好该控制器对应的 S-Function 函数,然后进行封装,这样就建立好了MATLAB/Simulink 仿真模型。
 2 为模糊 PID 控制的变风量空调系统室内温度的仿真模型

 3 为模糊 PID 控制的室温阶跃响应图

 4 为当条件发生某些改变后,模糊 PID 控制的室温阶跃响应

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 | 仿真结果分析

从上面的仿真结果可知,当设定被控房间空调温度 24时,模糊 PID 控制系统与常规的 PID 控制系统相比,有更快的动态响应和更小的超调量。从图 4 可知,当某些条件发生改变时,被控空调房间的结构参数也会发生相应的改变。例如,当空调房间送风温度发生改变或室外的环境温度发生改变后,若用常规 PID控制器就会发生震荡现象,其控制效果无法达到预期效果。而若用模糊 PID 控制系统,控制效果则明显平稳较好。其次,就节能而言,模糊 PID 控制与常规 PID 控制相比,其动态响应更快、超调量更小、鲁棒性更强;空调送风量的值更与空调房间实际负荷大小所需的送风量接近,可以更加体现出该空调系统的节能和舒适的优点。

综上所述,在变风量空调控制系统中,用模糊PID 控制方法要优于目前该空调系统中普遍使用的常规 PID控制法,该研究结果希望能为广大空调研究人员在变风量空调控制系统问题上的研究提供一定的帮助。


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