【正文】 設(shè) 計(jì) ......................... 20 模 糊 量 的 清 晰 化 .................................. 22 數(shù)字 PID 算法與模糊 PID 算 法 的 控 制 效 果 比 較 ......... 23 本章小結(jié) ............................................ 25 第四章 中 央 空 調(diào) 控 制 算 法 研 究 與 仿 真 ....................... 26 數(shù)字 PID 控制算法與仿真 ............................. 26 模糊 PID 控制算法與仿真 ............................. 29 本章小結(jié) ............................................ 32 第五章 中 央 空 調(diào) 變 頻 控 制 系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) ......................... 33 5. 1 可 編 程 控 制 器 選 型 .................................. 33 5. 1. 1 可 編 程 控 制 器 PLC 的 基 本 功 能 .................. 34 5. 1. 2 西門子 S7200 PLC 系 列 可 編 程 控 制 器 特 點(diǎn) ....... 34 5. 1. 3 西 門 子 可 編 程 控 制 器 軟 件 ....................... 35 人 機(jī) 界 面 選 型 方 案 .................................. 35 中 央 空 調(diào) 冷 水 機(jī) 組 的 PLC 組 態(tài) 與 硬 件 電 路 設(shè) 計(jì) ......... 36 PLC 的輸入信號 .................................. 38 PLC 的輸出信號 .................................. 39 通訊接口 ......................................... 41 5. 4 下位 機(jī) 軟 件 的 設(shè) 計(jì) .................................. 41 主 程 序 模 塊 ...................................... 42 初 始 化 模 塊 ...................................... 42 模糊 PID 控制子程序 ............................. 43 電 機(jī) 變 頻 與 旁 路 運(yùn) 行 控 制 程 序 ..................... 43 輸出模塊 ........................................ 43 5. 5 人 機(jī) 界 面 的 設(shè) 計(jì) .................................... 44 5. 6 本章小結(jié) ........................................... 47 第六章 結(jié) 論 與 展 望 ........................................ 48 工作總結(jié) ............................................ 48 展望 ................................................ 48 參考文獻(xiàn) .................................................. 50 插圖清單 圖 11 中央空調(diào)系 統(tǒng)主要結(jié)構(gòu) ................................. 1 圖 21 中央空調(diào)機(jī) 組冷水機(jī)組結(jié) 構(gòu) ............................ 10 圖 22 冷凍泵的變 頻控制方案 ................................ 11 圖 23 冷卻泵的變 頻控制方案 ................................ 12 圖 31 高斯分布 ............................................ 14 圖 32 三角形分布 .......................................... 14 圖 33 梯形分布 ............................................ 14 圖 34 模糊控制系統(tǒng) 框圖 .................................... 18 圖 35 模糊 PID 控 制器的結(jié)構(gòu) ................................ 19 圖 36 模糊化函數(shù) .......................................... 20 圖 37 模糊子集的 確 定 ...................................... 21 圖 38 模糊 PID 控 制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ................................ 23 圖 39 一階系統(tǒng)的 數(shù)字 PID 算法 階躍響應(yīng)曲線 .................. 24 圖 310 一階系統(tǒng)的 模糊 PID 算法 階躍響應(yīng)曲線 ................. 25 圖 41 PID 控制 ............................................ 27 圖 42 數(shù)字 PID 控制 系統(tǒng)響應(yīng)曲線 ............................ 29 圖 43 模糊 PID 控制 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 .............................. 29 圖 44 輸出的隸屬度 函數(shù) .................................... 30 圖 45 輸出的隸屬度 函數(shù) .................................... 30 圖 46 模糊 PID 控制 系統(tǒng)響應(yīng)曲線 ............................ 32 圖 51 中央空調(diào)冷卻 水機(jī)組控制系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 .................... 33 圖 52 進(jìn)水與出水溫 度采集電路 .............................. 38 圖 53 水泵運(yùn)行狀態(tài) 反饋電路 ................................ 38 圖 54 水泵驅(qū)動電路 ........................................ 39 圖 55 過載處理電路 ........................................ 39 圖 56 模擬量輸出電 路 ...................................... 40 圖 57 變頻旁路切換 與變頻器啟動 電路 ........................ 41 圖 58 變頻旁路切換 邏輯電路 ................................ 41 圖 59 主程序結(jié)構(gòu)框 圖 ...................................... 42 圖 510 模糊 PID 控 制程序結(jié)構(gòu)框 圖 ........................... 43 圖 511 電機(jī)變頻與 旁路運(yùn)行控制 程序結(jié)構(gòu)框圖 ................. 44 圖 512 啟動主監(jiān)控 界面 ..................................... 45 圖 513 參數(shù)設(shè)定界 面 ....................................... 45 圖 514 故障信息界 面 ....................................... 46 圖 515 參數(shù)設(shè) 定界 面 ....................................... 46 圖 516 密碼輸入界 面 ....................................... 47 表格清單 表 41 KP 的模糊規(guī)則表 ...................................... 31 表 42 KI 的模糊規(guī)則表 ...................................... 31 表 43 KD 的模糊規(guī)則表 ...................................... 31 1 第一章 緒論 引言 空調(diào)是現(xiàn)代化樓宇中不可缺少的 一 部分，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，中央空調(diào)的應(yīng)用會越來越廣泛。在傳統(tǒng)的控制理論中，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定都 是以被控過程的數(shù)學(xué)模型為依據(jù) ，其建模的方法通常有機(jī)理建模和實(shí)驗(yàn)建模兩種。在 絕 大多數(shù)控制系統(tǒng)中， 或多或少 地 存在著 一定程度的 時(shí)間滯后的 特性 ，時(shí)滯的存在給 系統(tǒng)的控制 帶來 一定的困難 ， 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動時(shí)，會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的 控制效果 ，甚至出現(xiàn)發(fā)散震蕩。 中央空調(diào)控制方法的研究現(xiàn)狀 中央空調(diào)在 正常 運(yùn)行 時(shí) ，需要根據(jù)室內(nèi)外的工作環(huán)境溫度、 使 用空調(diào)的空間大小 和設(shè)定的溫度 、冷卻水溫度等變量的變化，不斷調(diào)整自身的運(yùn)行狀況，從而實(shí)現(xiàn)既能保證空調(diào)的舒適性又能盡量 降低能耗的雙重目標(biāo)。 由最優(yōu)控制理論可知 ， 當(dāng)被控對象模型及擾動模型已知時(shí) ， 由此得出最優(yōu)狀態(tài)調(diào)節(jié)器可等效為一個(gè)具有一組特定參數(shù)的 PID 控制器 。 1965 年美國加 州 大學(xué)的自動控制理論專家 提出了模糊集合論從而開創(chuàng) 了模糊邏輯的歷史。 （ 4） 容易構(gòu)造 ； 如果用微型機(jī)系統(tǒng)或單片機(jī)來構(gòu)造模糊控制系統(tǒng) ， 其結(jié)構(gòu)和一般數(shù)字控制系統(tǒng)無異 ， 模糊控制方法 可 用軟件實(shí)現(xiàn) ， 設(shè)計(jì)者可利用簡單方便 的計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行設(shè)計(jì) 。 5 在最優(yōu)控制研究方面， Kaya 等首 先研究了 中央 空調(diào)系統(tǒng)的最小能耗控制方法 。另外， Fischer 提出了基于模糊模型的換熱器預(yù)測控制方法 , Haissing 提出了空調(diào)冷卻水系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制方法 .可見，模糊控制在國外已引起廣泛地重視，從簡單設(shè)備的控制到 中央 空調(diào)關(guān)鍵設(shè)備動態(tài)特性的辨識、預(yù)測和控制，從建筑物的負(fù)荷預(yù)測到空調(diào)水系統(tǒng)的監(jiān)控管理，從模糊控制技術(shù)的直接應(yīng)用到控制理論的研究，都有深入的研究。 2. 介紹了 模糊控制理論，并在此基礎(chǔ)上， 給出 了模糊 PID 控制器設(shè)計(jì)方法。 （ 1） 空氣處理設(shè)備 空氣處理設(shè)備 主要 包括風(fēng)機(jī)盤管和新風(fēng)機(jī)，由風(fēng)機(jī)肋片 、 管式水 空氣換熱器和水盤等組成 ， 有些 新風(fēng)機(jī) 中 還設(shè)有空氣過濾器風(fēng) 。 因此風(fēng)機(jī)盤管 和新風(fēng)系統(tǒng)需要 生產(chǎn)冷水和熱水的 冷熱源設(shè)備為其供冷或供熱 。 （ 5） 排放冷凝水設(shè)施 風(fēng)機(jī)盤管和新風(fēng)機(jī)通常都在濕工況下工作 ， 它們的接水盤都應(yīng)連接坡向朝下水管的冷溫水管 ， 以便將 盤管表面 凝結(jié)的水及時(shí)排放至下水管中 。 風(fēng)機(jī)盤管控制器設(shè)在各空調(diào)房間內(nèi) ， 它包括控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的 檔位 開關(guān)和感溫器 。 目前水泵的運(yùn)行控制多采用臺數(shù)控制 、 轉(zhuǎn)速控制 、 臺數(shù)控制與轉(zhuǎn)速控制合用等三種方式 。 （ 1）冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的控制 ： 通過回水溫度實(shí)現(xiàn)變頻控制 。傳統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)是通過改變閥門的開度來實(shí)現(xiàn)的，這種情況下電機(jī)總是處于全速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)負(fù)荷小時(shí)相應(yīng)的調(diào)節(jié)冷卻水和冷凍水系統(tǒng)的節(jié)流閥達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的 。在冷凍水的循環(huán)系統(tǒng)中，經(jīng)過制冷后變成一定溫度的冷凍水從制冷機(jī)組流出 ( 簡稱為 “ 出水 ” ) ，由冷凍泵送到各樓層、房間，流經(jīng)各房間 的盤管 進(jìn)行熱交換后，回到制冷機(jī)組 ( 簡稱為 “ 回水 ” ) ，并如此反復(fù)循環(huán)。通常不 能低于額定 的下限 流量，否則機(jī)組的安全保護(hù)系統(tǒng)會自動切斷運(yùn)行以保證系統(tǒng)不發(fā)生凍結(jié)。 冷卻泵的變頻改造方案如圖 23所示。 論域 U 中的模糊集合 A 可以用元素 ? 和它的隸屬度函數(shù)來表示 { , ( ) | }AF u u u U??? （ 32） 隸屬度函數(shù) 的概念與選擇 對于同一個(gè)模糊概念，不同的人由于認(rèn)識水平的不同，會建立不同的隸屬度 函數(shù)， 隸屬度函數(shù)是模糊集合論的基礎(chǔ) 理論之一 ，因而如何確定隸屬度函數(shù)就是一個(gè)關(guān)鍵的問題。 在模糊邏輯中，常 用模糊限定算子 (例如 :稍微 、比較、 很 等 )和 自然語言中提煉出來的語言真值 (如年輕、非常年輕等 )或者模糊數(shù) (例如 :大約 28, 18左右 )來 取代 多值邏輯中命題的確切數(shù)字真值，就構(gòu)成模糊語言邏輯。而 描述元素之間相關(guān)程度的數(shù)學(xué)模型稱 為模糊關(guān)系 。當(dāng)論域?yàn)?n 個(gè)集合( 1, 2, , )iU i n? 的直積 12 nU U U? ? ?時(shí)，它們對應(yīng)的模糊關(guān)系 R 則稱為 n 元模糊關(guān)系。設(shè) P 是 UV? 上的模糊