中央空調房間溫度模糊控制器的設計

在現代化的樓房大廈中,大多數采用了中央空調統一供熱、制冷的方法。在每一個(gè)房間內都安裝了熱交換器和循環(huán)風(fēng)機,通過(guò)設定風(fēng)機的轉速來(lái)改變換熱量的大小,調節房間的溫度。一般的控制器可以設定“高/中/低/關(guān)”四種模式。但這種控制方法的缺點(diǎn)是房間溫度需要手動(dòng)調節,各種環(huán)境因素的變化常常會(huì )使人們感到不適。

　　由于被控對象具有較大的慣性和遲延,受各種因素變化影響,因而對象的傳遞函數具有非線(xiàn)性和時(shí)變特性;對于各個(gè)空調控制器,由于房間情況和安裝情況不同導致對象特性不同,采用常規PID控制難以取得較好的控制效果。而模糊控制是基于模糊規則的控制,可以引入設計者的經(jīng)驗,對非線(xiàn)性對象、大慣性大遲延對象以及數學(xué)模型不太清楚的對象都可以取得較好的控制效果,具有較好的魯棒性。

　　法國ST公司生產(chǎn)的ST62系列單片機,具有優(yōu)良的噪聲免疫能力,可以直接與電力線(xiàn)連接,能為一般民用

電器的設計提供一種可靠性高、成本低的解決方法?；赟T62系列單片機,本文提出了具有實(shí)用價(jià)值的房間溫度模糊控制器的設計方案。

1 系統控制方法

1.1 控制目標和被控對象的建模

　　空調控制器的設計目標是:調節風(fēng)機轉速,使房間溫度接近設定溫度;避免調節機構頻繁動(dòng)作,防止環(huán)境溫度在設定值附近頻繁振蕩;節約能源。安裝中央空調后,影響房間溫度的主要因素是循環(huán)水溫度、室外溫度、房間散熱系數和空調換熱系數。其中空調換熱系數主要由循環(huán)風(fēng)機的轉速決定,可以作為調節手段。

房間空調系統示意圖如圖1所示。

溫度對風(fēng)機轉速的傳遞函數可以用一個(gè)二階慣性加純遲延的對象來(lái)表示。對于一個(gè)實(shí)際的對象,當冷卻水溫度為8℃、環(huán)境溫度為36℃時(shí),風(fēng)機轉速由0%加到100%,實(shí)驗得到的對象的傳遞函數可為:

由于對象的建模一般都在某個(gè)工作點(diǎn)上進(jìn)行線(xiàn)性化,被控對象本身的非線(xiàn)性在控制機構大幅動(dòng)作時(shí)是不能忽略的;而且,由于各種干擾因素的存在及空調控制器安裝情況的不同等,很難用一確定的等效傳遞函數來(lái)表示實(shí)際被控對象。故上面得到的傳遞函數只能被看作是近似的表示。

1.2 系統控制方案的設計

　　對于一般的控制系統,對象增益的變化對控制品質(zhì)的影響最大。設計控制器的要點(diǎn),也就在于當對象增益變化時(shí),保證系統的控制品質(zhì)。這里采用了模糊控制器加積分的控制方式來(lái)保證系統的控制品質(zhì)。并且在循環(huán)風(fēng)機出口加入溫度測點(diǎn),構成串級控制系統,以克服對象的遲延;加入冷卻水溫度測點(diǎn),作為控制的修正量?？刂葡到y的框圖如圖2所示。

在本控制方案中,主調節器采用的是模糊偏差加偏差變化控制,相當于非線(xiàn)性的比例微分控制器,積分作用主要用于消除靜態(tài)誤差。副調節器采用的是比例調節器,主要用于消除系統的慣性和遲延。