發(fā)布時(shí)間：2017-05-09所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 變頻中央空調(diào)能夠?yàn)槿藗兩詈凸I(yè)生產(chǎn)提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，其越來越被廣泛的使用，本文以下內(nèi)容將對變頻中央空調(diào)房間溫度的智能控制進(jìn)行簡要的分析，以供大家參考借鑒之用。
【摘要】：變頻中央空調(diào)能夠?yàn)槿藗兩詈凸I(yè)生產(chǎn)提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，其越來越被廣泛的使用，本文以下內(nèi)容將對變頻中央空調(diào)房間溫度的智能控制進(jìn)行簡要的分析，以供大家參考借鑒之用。
【關(guān)鍵詞】：變頻；中央空調(diào)；智能控制；模糊控制；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
Abstract: The frequency central air conditioning to provide more quality services for people living and industrial production, more and more widely used, the following in this article will be frequency central air-conditioning room temperature intelligent control for a brief analysis, for everyone use of references.
Key words: frequency; central air conditioning; intelligent control; fuzzy control; neural network control
中圖分類號：TU831.3+5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
1、前言
改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國的工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活都對環(huán)境提出了更高的要求，工業(yè)生產(chǎn)要求恒溫恒濕，人們的生活要求舒適，在這種情況下，變頻中央空調(diào)越來越被廣泛的應(yīng)用。變頻空調(diào)是在普通空調(diào)的基礎(chǔ)上選用了變頻專用壓縮機(jī)，增加了變頻控制系統(tǒng)。它的基本結(jié)構(gòu)和制冷原理和普通空調(diào)完全相同。變頻空調(diào)的主機(jī)是自動進(jìn)行無級變速的，它可以根據(jù)房間情況自動提供所需的冷（熱）量，當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到期望值后，空凋主機(jī)則以能夠準(zhǔn)確保持這一溫度的恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)“不停機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)”，從而保證環(huán)境溫度的穩(wěn)定。本文以下內(nèi)容將對變頻中央空調(diào)房間溫度的智能控制進(jìn)行簡要的分析，以供大家參考學(xué)習(xí)之用。
2、變頻中央空調(diào)房間溫度的智能控制
房間溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的熱力系統(tǒng), 房間負(fù)荷隨著室內(nèi)人數(shù)、室外溫度、濕度等參數(shù)的變化而隨時(shí)變化,是一個(gè)典型的強(qiáng)耦合、參數(shù)時(shí)變的非線性系統(tǒng), 精確數(shù)學(xué)模型的建立非常困難,采用經(jīng)典的或現(xiàn)代的控制理論,難以取得滿意的控制效果。本文采用模糊技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分別介紹了模糊控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器,將二者與傳統(tǒng)的PID控制器進(jìn)行了比較,分析總結(jié)了各自的控制性能。
第一，建立空調(diào)房間的模型，根據(jù)作者多年的工作經(jīng)驗(yàn)及參考其它相關(guān)書籍發(fā)現(xiàn)，空調(diào)房間是一個(gè)復(fù)雜的熱力系統(tǒng),要想用精確的數(shù)學(xué)模型來描述從而得出準(zhǔn)確的系統(tǒng)參數(shù)是十分困難的, 因此在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)作如下簡化：將室溫按集中參數(shù)來處理和不考慮室溫的滯后、將外界環(huán)境的變化作為被控系統(tǒng)的擾動輸入、假設(shè)被控房間的溫度均勻、忽略圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱量、忽略內(nèi)部空氣流動和太陽輻射等因素的影響。根據(jù)能量守恒定律,即單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入房間的能量減去單位時(shí)間內(nèi)由房間流出的能量應(yīng)等于房間內(nèi)能量蓄存量的變化率,則可根據(jù)空調(diào)房間的尺寸，就可以建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)數(shù)學(xué)模型建立相應(yīng)的空調(diào)房間的仿真模型。
第二，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的設(shè)計(jì)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模仿人腦神經(jīng)系統(tǒng), 它是以一種簡單計(jì)算-處理單元( 神經(jīng)元) 為節(jié)點(diǎn),采用某種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成的活動網(wǎng)絡(luò),能從微觀結(jié)構(gòu)和性能上對人腦抽象、簡化,反映人腦功能的信息處理、學(xué)習(xí)、聯(lián)想、模式分類、記憶等若干基本特征。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有兩種,一是用于系統(tǒng)建模,二是用于構(gòu)造控制器。有一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器是一個(gè)三層的BP 網(wǎng)。這種BP網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)從輸入空間到輸出空間的非線性映射, 是全局逼近網(wǎng)絡(luò),算法簡單,且應(yīng)用較成熟。具體的結(jié)構(gòu)和算法是：第一層2個(gè)神經(jīng)元,傳遞函數(shù)采logsig;第二層20 個(gè)神經(jīng)元,傳遞函數(shù)采用logsig;第三層1個(gè)神經(jīng)元,采用purelin 為傳遞函數(shù);采用改進(jìn)的BP算法trainlm 對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。
第三，模糊控制器的設(shè)置，模糊控制的核心是模糊控制器, 它是按照人的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)通過模糊算法模仿人的操作策略, 實(shí)現(xiàn)以機(jī)器代替人的生產(chǎn)過程的自動控制設(shè)備。實(shí)質(zhì)上反映的是輸入語言變量和輸出語言變量以及語言規(guī)則的模糊定量關(guān)系和算法結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器主要需完成以下三個(gè)任務(wù),即精確量的模糊化、模糊推理、反模糊化。若采用二維模糊控制器,其輸入量為溫度測量值與溫度設(shè)定值的溫差以及溫差變化率,輸出量為變頻器調(diào)頻比的變化值，采用模糊關(guān)系矩陣法來設(shè)計(jì)二維模糊控制器。
第四，PID 控制器的設(shè)計(jì)，對于PID 控制器的建模比較簡單,因?yàn)樵谲浖﨧atlab中的仿真工具箱中有現(xiàn)成的模型,只需從Simulink Ext ras子庫中調(diào)用即可。但它各參數(shù)的確定比較困難,需要建立好控制系統(tǒng)后經(jīng)過反復(fù)的仿真實(shí)驗(yàn)后才能確定。通過仿真實(shí)驗(yàn),最后確定PID的三個(gè)時(shí)間常數(shù)分別為：比例常數(shù)Tp = 0.1s,積分時(shí)間常數(shù)TS = 0.25s,微分時(shí)間常數(shù)Td= 0.06s。
第五，仿真分析，對模糊控制的仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真,仿真時(shí)間為1000s,得到曲線,其中曲線為量化因子ke 分別為14、12. 98、10 時(shí)得到的控制曲線,從中可以得出,ke的值越小,穩(wěn)態(tài)誤差越小,但動態(tài)性能較差, 不穩(wěn)定。ke的值越大系統(tǒng)的動態(tài)性能越好,但穩(wěn)態(tài)誤差較大。通過改變PID 控制器的3個(gè)時(shí)間常數(shù)對PID 控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),仿真時(shí)間為1000s,從中可得出,當(dāng)外界溫度按正弦規(guī)律變化時(shí),曲線以26℃為中心上下波動,誤差在[ - 0. 8, +0. 8]之間,為了消除超調(diào)量將Tp調(diào)節(jié)到原來的1/ 20,發(fā)現(xiàn)得到的曲線與原曲線幾乎重合,這說明控制器的性能并沒有得到很大的改善,減小Tp 并不能完全消除超調(diào)量。為了消除控制曲線的波動,增大Td到原來的20倍或者增大積分時(shí)間Ts可以發(fā)現(xiàn)波動幅度并沒有減少。
從以上可以看出,即使PID 的3個(gè)參數(shù)選擇適當(dāng), 當(dāng)系統(tǒng)處在波動狀態(tài)時(shí),也很難將穩(wěn)態(tài)誤差控制在較小的范圍內(nèi)。為了更好的比較3個(gè)控制器的控制性能,將PID、模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的曲線進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度在[28, 36]℃之間按正弦規(guī)律變化時(shí), PID 控制雖然也能滿足要求,但控制的快速性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性均不如模糊控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器,因此它的控制性能最差。但是當(dāng)外界環(huán)境溫度變化頻繁時(shí),模糊控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器均能使室內(nèi)溫度迅速穩(wěn)定在設(shè)定溫度26℃,超調(diào)量較小。
模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器較模糊控制器的靜態(tài)性能好,穩(wěn)態(tài)誤差不到0.05℃,動態(tài)性能不如模糊控制器,有輕微的震蕩,而模糊控制器較穩(wěn)定。第六，房間門等條件的擾動增大時(shí)，盡管采用智能控制也無法實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定工作,建議控制系統(tǒng)采用串級結(jié)構(gòu)的復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng),控制器采用以上兩種以上的智能方法。空調(diào)末端采用變頻風(fēng)機(jī)，在送風(fēng)時(shí)將風(fēng)門或風(fēng)閥完全打開,避免了多余能量的消耗,能實(shí)現(xiàn)真正意義上的節(jié)能。
在實(shí)際的控制中, 房間溫度傳感器的個(gè)數(shù)以及其安放位置應(yīng)該慎重選擇，一般應(yīng)選擇兩至三個(gè)傳感器, 將它們安放在房間的不同位置,溫度的測量值取它們的平均值,這樣可以避免溫度測量不能反映真實(shí)值而引起控制器的誤差。
3、變頻中央空調(diào)概述
變頻空調(diào)的控制過程是: 設(shè)置在室內(nèi)的溫度傳感器檢測到室內(nèi)的實(shí)際溫度, 將其與設(shè)定溫度值相比較, 當(dāng)檢測到的實(shí)際溫度值與設(shè)定溫度值出現(xiàn)差值時(shí), 求出其溫差和溫差變化率并送給控制器, 控制器經(jīng)過計(jì)算給出風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速值并通過執(zhí)行器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速值, 改變送入室內(nèi)的風(fēng)量, 從而達(dá)到調(diào)節(jié)房間溫度的目的。
變頻空調(diào)的工作原理是: 空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)房間負(fù)荷的變化以及室內(nèi)參數(shù)要求的改變, 通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率, 改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速, 自動調(diào)節(jié)送入室內(nèi)的風(fēng)量( 當(dāng)達(dá)到最小送風(fēng)量時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度) , 以滿足室內(nèi)人員的舒適性要求或其它工藝要求。 但是, 要實(shí)現(xiàn)變頻器對送風(fēng)量有效、合理、高效的調(diào)節(jié), 必須建立自動控制系統(tǒng)對送風(fēng)量實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制, 準(zhǔn)確地根據(jù)空調(diào)舒適性參數(shù)的反饋, 調(diào)節(jié)變頻器的動作, 控制室內(nèi)參數(shù)。
在變頻變風(fēng)量送風(fēng)系統(tǒng)中, 送風(fēng)參數(shù)是穩(wěn)定的, 由其它控制設(shè)備控制, 送風(fēng)量是變化的。被控對象為空調(diào)房間, 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是變頻器、電機(jī)和風(fēng)機(jī)。變頻變風(fēng)量送風(fēng)系統(tǒng),其優(yōu)點(diǎn)是真正按溫度控制調(diào)節(jié)風(fēng)量, 并隨風(fēng)量變化調(diào)節(jié)流量, 大大降低了電耗, 它不僅降低了空調(diào)的運(yùn)行成本, 還能更好的滿足人們對房間空氣溫度、濕度等舒適性指標(biāo)的要求, 同時(shí)也不會造成很大的噪音污染。
4、結(jié)尾
由于變頻空調(diào)具有十分明顯的優(yōu)勢，變頻中央空調(diào)的應(yīng)用空間將會是非常大，而且隨著科技的不斷發(fā)展，相信定能將變頻中央空調(diào)中存在的問題解決掉，以為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高做出更大的貢獻(xiàn)。
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