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第33卷第9期
计算机仿真
2016年9月
文章编号:1006-9348(2016)09-0345-04
关于变风量空调系统控制性能优化设计
李浩,吴晓君,唐婷,蔡君义
(西安建筑科技大学机电工程学院,陕西西安710055)
摘要:在空调由于变风量(VAV)空调控制系统具有非线性、时变性、大滞后和难以精确建模等特点,导致传统PID控制和模
糊控制方法难以进行有效控制。为提高系统的控制性能,提出了采用史密斯( Smith)预估补偿的模糊PID控制策略。首先
构建了VAV空调控制系统的数学模型,其次介绍了模糊PID控制器的设计方法和 Smith预估补偿原理,搭建了VAV空调系
统的控制模型,最后利用 Matlab/ Simulink模块进行了仿真。仿真结果表明,相对于传统模糊控制方法,改进控制策路超调量
和调节时间都有大幅度降低,有效提高了VAV空调控制系统的动态性能。
关键词:变风量空调系统;史密斯预估补偿;模糊比例积分微分控制;仿真
中图分类号:TP273文献标识码:B
Optimization Design for the Control Performance
of VAV Air-conditioning System
LI Hao, WU Xiao-jun, TANG Ting, CAI Jun-yi
School of Mechanical and Electrical Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology
Xi'anshanxi 710055, China)
ABSTRACT: Due to the non-linearity, time-varying, and large delay, it is difficulty to build a precise mathematical
model for Variable Air Volume(VA air-conditioning system. The conventional PID control method or fuzzy meth
od is difficult to control it effectively. A fuzzy PID control strategy based on Smith predictor is provided. Firstly, the
mathematical model of the control system is constructed. Secondly, the control model for the VAV air conditioning
system is built by introducing the design method of fuzzy PID controller and Smith compensation principle. Lastly, the
proposed strategy is analyzed by simulation under Matlab/Simulink module. The results show that the control strategy
has the characteristic of rapid adjustment with small overshoot, and improves the dynamic performance of VAV air-
conditioning control system
KEYWORDS: VAV air-conditioning system; Smith predictor; Fuzzy PID; Simulation
这些方法根据系统的时变性一定程度上改善了系统的性能,
变风量( Variable Air Volume,VAV)空调系统以其节能但由于未考虑系统的大滞后性,且系统难以建立精确的数学
性强、灵活性髙等优点,逐渐成为空调系统设计的主流。模型,因此存在很大的局限性。随着人工智能(AI)技术的发
随着科技的进步和人民生活质量的提高,对空调的性能要求展,越来越多的学者将人工智能应用到空调控制系统中。朱
也越来越高。但由于VAV空调控制系统含有非线性、大滞万民、杨啸、李肇蕙、范鹏飞、陈孟元等分别将模糊控制、
后和时变性等特性,难以获得精确的数学模型,釆用传统的遗传算法、蚁群算法、模拟退火算法、粒子群优化算法应用到
PID控制方式难以取得令人满意的控制效果,系统调节时间VAV空调系统的PID参数整定中,这些算法充分利用了智能
长,能源消耗大2。
算法的寻优能力,具有不需要被控对象精确数学模型和函数
为了改善系统的控制性能,国内外研究人员针对VAV逼近能力强、鲁棒性好的优点,弱化了对模型参数的依赖,但
空调系统提出了各种新型的控制策略。Kaha等提出它们不能从本质上克服时滞的影响
了一种鲁棒PD控制方案来处理空调模型的不确定性。赵
本文在前人研究的基础上,主要针对VAV空调空调系
永国等“针对积分过程提出了一种PID控制器自整定方法。统存在的时变性和大滞后问题,将Smih预估补偿和模糊
PID控制理论相结合,得到一种能同时解决时变和时滞问题
收稿日期:2015-10-27修回日期:2015-1-29
的控制策略,通过 Matlab/ Simulink仿真证明了该方法的有效
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