冷凍水空調(diào)溫濕度先進(jìn)控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著人們生活水平的日益提高，室內(nèi)相對濕度對舒適度的影響越來越受到人們的關(guān)注。傳統(tǒng)的冷凍水空調(diào)采用單一溫度的冷凍水進(jìn)行空氣的降溫除濕，冷凍水的溫度往往大大低于空氣的露點(diǎn)溫度。為了達(dá)到合適的溫濕度要求，需要用加熱設(shè)備對過冷的空氣進(jìn)行再加熱，從而導(dǎo)致能量的浪費(fèi)。為了提高空調(diào)系統(tǒng)溫濕度控制器的性能，減少系統(tǒng)能量消耗，必須對空調(diào)系統(tǒng)存在的多變量、非線性等特點(diǎn)做出相應(yīng)的處理。本研究首先針對冷凍水空調(diào)冷凍水回路、室內(nèi)空氣回路的運(yùn)行特點(diǎn)，深入研究非線性

2、控制技術(shù)，對回路中的關(guān)鍵變量進(jìn)行智能控制器設(shè)計(jì)。其次，在不增加額外硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，對冷凍水空調(diào)的室內(nèi)溫濕度進(jìn)行了基于先進(jìn)控制理論的變頻控制研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本研究提升了冷凍水空調(diào)關(guān)鍵回路中主要被控變量的控制性能，通過室內(nèi)溫濕度的同時(shí)控制很好地提升了室內(nèi)環(huán)境的舒適性，并且達(dá)到了節(jié)能的目的。
　　本文圍繞冷凍水空調(diào)室內(nèi)溫濕度控制，主要開展了以下幾個(gè)方面的工作:
　　1.利用線性參數(shù)變化模型對蒸發(fā)器出口冷凍水的溫度動態(tài)變化進(jìn)行

3、了建模，并且在該模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了冷凍水溫度的預(yù)測控制器。通過對制冷劑、冷凍水回路以及空氣側(cè)的換熱特性進(jìn)行研究，提出以冷凍水泵的頻率作為系統(tǒng)的工況點(diǎn)，采用線性參數(shù)變化模型對蒸發(fā)器出口冷凍水的出水溫度進(jìn)行了建模。通過把系統(tǒng)在整個(gè)工況范圍內(nèi)的非線性表達(dá)成典型工況下線性模型的集成，系統(tǒng)的動態(tài)特性得到了很好的描述。基于線性參數(shù)變化模型，設(shè)計(jì)了預(yù)測控制器，通過多步優(yōu)化得到了整個(gè)控制器的表達(dá)式。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中，預(yù)測控制器在不同的工況點(diǎn)都達(dá)到了比傳

4、統(tǒng)控制器更加短的收斂時(shí)間和更好的抗干擾能力。
　　2.針對空氣處理單元(AHU，air handling unit)出口供風(fēng)溫度具有多變量、非線性的特點(diǎn)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有在線學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器來對送風(fēng)干球溫度進(jìn)行控制。從傳熱傳質(zhì)的機(jī)理上對影響室內(nèi)空氣干球溫度的因素進(jìn)行了分析。針對該過程具有多變量、非線性的特點(diǎn)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在處理非線性系統(tǒng)方面的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值在線更新的功能，提出了一種基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)

5、絡(luò)的空氣干球溫度控制器。該控制器不需要事先建立系統(tǒng)的動態(tài)模型，通過在線地學(xué)習(xí)反饋的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整控制器的運(yùn)行參數(shù)，從而獲得更好的適應(yīng)能力。該存在不確定的系統(tǒng)參數(shù)和外界環(huán)境干擾時(shí)，該控制器在收斂時(shí)間和超調(diào)量方面都獲得了比傳統(tǒng)控制器更優(yōu)的效果。
　　3.利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對冷凍水空調(diào)室內(nèi)溫濕度的耦合特性進(jìn)行描述，并且結(jié)合預(yù)測控制器的策略，為冷凍水空調(diào)的室內(nèi)溫濕度設(shè)計(jì)了控制器。通過對機(jī)組的壓縮機(jī)和空氣處理單元中的供風(fēng)風(fēng)機(jī)加入合適的激勵(lì)信號

6、，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)首次建立了室內(nèi)溫濕度變化與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和供風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。在得到系統(tǒng)的動態(tài)特性之后，借鑒預(yù)測控制的思想，設(shè)計(jì)了控制器的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，通過求解該目標(biāo)函數(shù)獲得了控制器的最優(yōu)解。在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行目標(biāo)值跟蹤實(shí)驗(yàn)，相對于溫濕度獨(dú)立控制器，該控制器能夠更好地處理溫濕度之間的非線性特性，能夠在更短的時(shí)間內(nèi)跟蹤溫濕度的目標(biāo)值。
　　4.為了擴(kuò)寬控制器的適用范圍，解決控制器適用范圍有限的不足，提出了基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型的室內(nèi)溫

7、濕度控制器。直接利用動態(tài)系統(tǒng)的逆模型作為控制框架，同時(shí)通過對系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，在線更新控制器參數(shù)，從而使在能寬的工況范圍內(nèi)獲得了滿意的控制效果。具體實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了該控制方法的可行性，目標(biāo)值跟蹤實(shí)驗(yàn)和擾動測試實(shí)驗(yàn)表明了該控制器比獨(dú)立控制具有更加優(yōu)秀的耦合特性處理能力和魯棒性。
　　本文針對冷凍水回路和室內(nèi)控制回路的運(yùn)行特點(diǎn)，結(jié)合先進(jìn)控制技術(shù)，針對地為冷凍水出水溫度和供風(fēng)的干球溫度設(shè)計(jì)了控制器，提升了回路的控制性能，優(yōu)化了回路的