中央空调变风量系统的控制与解耦

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由于世界能源的日益短缺,节能已经成为社会发展的必然方向。作为耗能大户的建筑领域,空调系统耗能占建筑能耗的30%~50%,因此研究空调的节能措施对社会节能意义重大。常规的中央空调系统多为定风量控制,与定风量空调系统比较,变风量系统可以减少能源消耗。本文研究的内容是中央空调变风量系统的控制与解耦。中央空调变风量系统具有结构复杂、多维变量、时变性,系统不同控制回路之间耦合的特点。常规的PID算法适用于线性定常的控制系统,对于变风量系统控制效果不佳,因此引入新的控制策略是十分必要的。  本文首先介绍了中央空调变风量控制的研究背景和研究意义以及系统控制和解耦问题的研究现状。  针对本文后续要展开的研究,本文先阐述了变风量空调系统的物理结构组成和系统工作原理,在此基础上介绍了风机变频调速原理以及现有房间末端设备控制的类别和特点以及不同的送风管道变风量控制方法,最后分析了本文所采用的变风量系统总风量控制法。  其次,分析了变风量空调系统的控制结构模型,该模型的控制器设计主要包括单个房间的温度控制和系统总风量控制两部分,并对模型中需要的对象进行数学建模,建模内容包括:房间、传感器、风阀和送风机。  接着,本文针对具有多变量、非线性、时滞特点的这一变风量空调控制对象,先后用PID控制、模糊PID控制和史密斯模糊PID控制设定了三种不同的控制算法进行相应的控制仿真,并分析了比较后的控制效果。  最后,一方面研究了变风量空调系统中送风温度控制和静压控制的耦合问题和解耦算法,另一方面研究了采用蚁群算法优化控制器中PID调节参数的方法,最终针对变风量空调中耦合的控制对象,先后结合解耦和寻优两种算法对耦合对象进行了相应的控制仿真验证。结果表明,本文阐述的前馈补偿解耦算法和蚁群控制优化方法对系统的控制效果有良好的改善。
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