基于改进蚁群算法的空调风机盘管室温PI~λD~μ和送风量PI控制器参数整定及其控制性能的数值研究

发布时间：2020-03-20 10:42

【摘要】：由于机型体积小,安装、操作方便和分散控制等特点,风机盘管(Fan Coil Unit,FCU)空调系统在办公楼、宾馆和公寓等建筑场所得到了广泛的应用。FCU作为半集中式空调系统的末端装置,其运行效果直接影响到室内重要的空气参数,如室内温度是否满足空调工艺的精度要求;而FCU的自动控制方式对其运行效果起着决定性的作用。然而,FCU的目前自控方式,如室温整数阶PID单回路方式还是基于室温的偏差变化,来改变FCU冷、热水阀开度而控制送入到室内的空调冷、热负荷,满足室温稳定的要求。由于FCU具有较大的惯性和时间滞后等动态特性,该控制方式会导致较大的室温稳态误差和超调量,调节时间长等问题。根据以上FCU控制存在的问题,结合空调工艺的相关要求和分数阶PID控制技术,本文提出了风机盘管室温PI~λD~μ(Indoor Temperature Fractional Order PID Controller,IT-FOPIDC)和送风量PI控制器(Supply Air Volume PI Controller,SAV-PIC)的设计方法。对于室温PI~λD~μ和送风量PI的控制器参数整定问题,本文提出了改进的蚁群算法(Improved Ant Colony Algorithm,IACA),整定出相应的7个参数最佳值。通过室温PI~λD~μ和送风量PI复合控制系统的仿真。在改变FCU冷、热水调节阀开度的同时,也对送入空调房间的冷、热风量进行连续控制,以达到室温平稳的调节效果与良好的舒适度。本文的主要研究内容如下:1.基于分数阶PID基础理论,采用改进的Oustaloup算法设计分数阶的滤波器,且利用MATLAB/Simulink模块对PI~λD~μ控制器和目标函数ITAE(Integral-Time-Absolute Error)进行功能封装。2.基于空调和自控的相关机理分析,分别对空调房间温度对象及冷/热盘管、室温测量变送器、冷/热水流量调节阀、风机、风机配用的变频器和室温PI~λD~μ和送风量PI控制器进行建模。对蒸发系数ρ加以指数函数变化,提出了适用于这两个控制器参数整定的IACA。通过经典函数的验算和水箱液位实验的验证,表明了IACA是可行的。3.在空调冬季和夏季的运行工况下,分别运用IACA对FCU作用下的IT-FOPIDC和SAV-PIC的7个参数进行整定,获取其最佳值。借助MATLAB/Simulink对该复合控制系统进行组态和数值模拟观察其控制效果。结果表明,该控制方式能够使FCU空调系统满足空调工艺指标的控制要求。4.对于相同的空调房间温度对象和空调指标要求,又分别进行了室温PI~λD~μ单回路控制方式和室温PID和送风量PI复合控制方式的数值模拟。基于结果分析,可看出本文提出室温PI~λD~μ和送风量PI的复合控制方式相比于其他两种控制方式,其控制性能,如调节时间短和超调量较小,明显占优。
【图文】：

方框图,分数阶,负反馈,闭环控制系统

硕士学位论文Dtαaf t +bg t =a0Dtαf t0+b0Dtαg t (2加性质，，即Dtα0Dtβf t0= Dtβ0Dtα0f t = Dtα+β0f t (2析函数 f(t)的分数阶导数 Dtαf t0对 α 和 t 都是解析的。 α 为整数时，分数阶微分 Dtαf t0与整数阶 n 阶微积分有相同的结果。 α=0 时， Dtα0f t =f(t)。数阶 PID 控制器阶 PID 控制器，即 PIλDμ控制器，其传递函数为：Gfcs =U sE s=KP+KIs-λ+KDsμ0 λ, μ 2 (2，KP—比例增益；KI—积分常数；KD—微分常数；λ—积分阶次；μ—微分阶次；U(s)—PIλDμ控制器的输出；E(s)—PIλDμ控制器的输入。阶单位负反馈闭环控制系统结构图，如下图所示。

平面图,阶次,平面图,取值

控制系统结构图，如下图所示.1 分数阶单位负反馈闭环控制系统控制器包含了积分阶次 λ 和微的整数阶 PID 控制器。 PID 控制只能在 OACB 四个图 2.2 坐标系所示阴影范围内
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU831

【参考文献】