中央空調(diào)房間溫度模糊控制器的設(shè)計

在現(xiàn)代化的樓房大廈中,大多數(shù)采用了中央空調(diào)統(tǒng)一供熱、制冷的方法。在每一個房間內(nèi)都安裝了熱交換器和循環(huán)風機,通過設(shè)定風機的轉(zhuǎn)速來改變換熱量的大小,調(diào)節(jié)房間的溫度。一般的控制器可以設(shè)定“高/中/低/關(guān)”四種模式。但這種控制方法的缺點是房間溫度需要手動調(diào)節(jié),各種環(huán)境因素的變化常常會使人們感到不適。

　　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(shù)具有非線性和時變特性;對于各個空調(diào)控制器,由于房間情況和安裝情況不同導(dǎo)致對象特性不同,采用常規(guī)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(guī)則的控制,可以引入設(shè)計者的經(jīng)驗,對非線性對象、大慣性大遲延對象以及數(shù)學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,可以直接與電力線連接,能為一般民用

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

1 系統(tǒng)控制方法

1.1 控制目標和被控對象的建模

　　空調(diào)控制器的設(shè)計目標是:調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速,使房間溫度接近設(shè)定溫度;避免調(diào)節(jié)機構(gòu)頻繁動作,防止環(huán)境溫度在設(shè)定值附近頻繁振蕩;節(jié)約能源。安裝中央空調(diào)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(shù)和空調(diào)換熱系數(shù)。其中空調(diào)換熱系數(shù)主要由循環(huán)風機的轉(zhuǎn)速決定,可以作為調(diào)節(jié)手段。

房間空調(diào)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

溫度對風機轉(zhuǎn)速的傳遞函數(shù)可以用一個二階慣性加純遲延的對象來表示。對于一個實際的對象,當冷卻水溫度為8℃、環(huán)境溫度為36℃時,風機轉(zhuǎn)速由0%加到100%,實驗得到的對象的傳遞函數(shù)可為:

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

1.2 系統(tǒng)控制方案的設(shè)計

　　對于一般的控制系統(tǒng),對象增益的變化對控制品質(zhì)的影響最大。設(shè)計控制器的要點,也就在于當對象增益變化時,保證系統(tǒng)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保證系統(tǒng)的控制品質(zhì)。并且在循環(huán)風機出口加入溫度測點,構(gòu)成串級控制系統(tǒng),以克服對象的遲延;加入冷卻水溫度測點,作為控制的修正量。控制系統(tǒng)的框圖如圖2所示。

在本控制方案中,主調(diào)節(jié)器采用的是模糊偏差加偏差變化控制,相當于非線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(diào)節(jié)器采用的是比例調(diào)節(jié)器,主要用于消除系統(tǒng)的慣性和遲延。