浅析中央空调温度控制系统的控制策略

摘要：伴随我国空调市场的激烈竞争，中央空调这一细分市场也逐渐成白热化，因而率先掌握中央空调的温度控制系统就变得尤为重要，中央空调传统控制方法具有损耗较大，对结合被控对象温度惯性大、响应慢的特点,因此针对日益增长的市场需求，企业必须拿出新技术新工艺。本文就中央空调的温度控制系统进行研究并提出相应的策略。

关键词: 中央空调; 温度控制; 策略

Abstract: along with the air conditioning in the keen competition of the market, the central air conditioning this market segment also gradually into white-hot, and thus to take the lead in the central air conditioning temperature control system is especially important and central air conditioning control method has the larger traditional loss, the combination of the controlled object temperature inertia and response slow characteristics, so in the increasing market demand, the enterprise must take out new technology, new technology. This paper of central air conditioning temperature control system and puts forward the corresponding strategy research.

Keywords: the central air conditioning; Temperature control; strategy

中图分类号：P184.5+3文献标识码：A 文章编号：

一、绪论

近年来, 随着我国高层建筑的兴起和人们生活水平的日益提高, 中央空调的应用变得越来越普遍。然而传统的中央空调系统设计一般采用负荷估算法，以中央空调最大负荷为设计基准，且其水系统和风机盘管系统均采用定流量和定风量运行方式，因此中央空调系统电能消耗巨大，建筑运行成本高昂。中央空调控制系统综合应用计算机、自动控制、通信等技术，通过对集中空调系统的优化运行管理和控制，使空调设备处于最佳工作状态，充分发挥其潜力，在满足工艺条件和使用要求的前提下，最大限度地减少能量消耗，降低运行费用，以创造出更好的经济效益。在中央空调控制系统中，往往需要根据所控制空调设备的不同，采用不同的控制策略和方法，如供水温度旁通调节、制冷系统蒸发过热控制压差旁通控制、末端变风量控制、热交换器供水温度控制、空气品质控制、、冷却塔风机变频控制、室内静压控制等。因此中央空调温度控制系统应包括综合各种控制系统。

二、 中央空调温度控制系统的结构及原理

1、 系统组成

系统组成见图1, 中央空调空气处理机组主要完成空气的过滤、制冷( 或加热) 和加湿等功能。其中, 空气的制冷( 或加热) 是其通过与盘管中的冷( 热) 水进行热交换完成的, 改变盘管中的冷( 热) 水流量即可改变送风温度。中央空调温度控制系统的控制目标是保证送风温度在设定点。温度传感器测量送风温度, 通过PCI 板卡1送入计算机。整个模糊控制算法由软件实现, 控制量则通过PCI 板卡2 输出去驱动调节阀, 从而改变盘管中的水流量以影响送风温度。

2、中央空调的制冷原理

中央空调系统一般主要由制冷压缩机系统、制冷剂循环系统、冷水循环水系

统、盘管风机系统、冷却水循环系统、冷却塔风机系统等组成。

中央空调制冷系统，根据其制冷过程，可以大体划分为直接制冷系统和间接制冷系统两类，这两种系统的区别就在于：直接制冷系统中的蒸发器直接和被冷却对像进行热交换，只包括制冷回路；然而间接制冷系统除了制冷剂回路，至少还有载冷剂回路，在间接制冷系统中，制冷剂先与载冷剂热交换，然后由载冷剂将冷量传递给被冷对象，实现制冷的目的。

三、中央空调温度控制系统的控制策略

1、系统的硬件设计和实现

中央空调下位机主要完成信号的采集、显示和控制策略的选择。结构见图2。其控制核心是89C51 单片机, 下位机的温度、流量信号的采集以及电机转速的给定都是由单片机来控制完成, 此外, 它还负责与上位机信息的交换。考虑到实际应用中, 有时候要改造原有的循环水系统, 为了达到最佳的节能效果, 不会更换所有的原有电机, 此时为了通过主控计算机对未更换的电机进行启停的控制, 需要加入继电器, 直接对未更换电机启停控制.

图2 下位机水泵或风机控制器结构图

2、系统的软件设计与实现

中央空调系统控制现场信号的采集由下位机完成, 主要采集进风口温度、出风口温度、电机的转速和故障信号以及电机的启停信号。这些信号通过CAN 总线送到上位机, 在上位机主要完成系统的记录查询、记录打印、密码管理、水泵切换、电机启停、温度和温差设定等环节。工作人员可以随时查询系统运行状况、改变温度和温差值, 也可以根据实际水泵的运行状态进行水泵的切换。因而显得非常方便，其主控界面如图3 所示。

图3 中央空调主控界面

（1）水泵节点的启停切换控制

假设冷却水有循环泵3 台, 2 台为可调速电机, 记为1# 和2# , 1 台为不可调速电机, 记为工频机。正常运行时3台泵为两用准备。冷却水设定温度低于实际温度控制的程序流程如图4 所示。

图4 冷却水设定温度低于实际温度控制的程序流程图

（2）模糊控制器的设计与实现

通常取温度误差e 和误差的变化率ec为输入量, 输出量经调理后作为电机的转速给定量, 设为v。模糊控制器的结构如图5 所示。

输入量温度误差e 和误差变化率ec以及输出量v的隶属度函数的确定方法类似。以温度误差e为例, 其隶属函数如图6 所示, 其论域取[ - 3, + 3] , 语言值取7个, 即为{ N B, NM, N S,ZO, PS , PM, PB } 。根据专家经验, 通常N B 取Z 形隶属度函数。P B 取S 形隶属度函数, 其余取三角形隶属度函数。

借助于专家经验, 建立冬季水冷式中央空调的控制规则。模糊控制器的控制规则为: 1) 如果温度误差E 很大( PB) , 且误差变化率EC 也很大(P B) , 那么应该把制冷闸门开得很大( PB ) 。依次类推, 共计49 条模糊控制器的控制规则。如表1 所示。控制现场的传递函数[ 2] ( 图1 中的转速环、执行机构和空调房间)G ( s) = 20/ ( 1. 6s2 +4. 4s+ 1) , 在给定温度为25b时, 其模糊控制仿真结构如图7 所示。

（3）不同控制方法仿真曲线对比

3种不同控制方法阶跃响应仿真曲线如图8所示。

由仿真结果分析得出：

(1)PID控制。对干扰较敏感，控制效果不够理想，具有较大的超调。仿真过程中发现，如果干扰过大，会出现不稳定情况。

(2)普通模糊控制。控制规则带有主观性，没有自学习功能。仿真过程中发现，在不同设定温度下，模糊控制器论域发生变化，需要不同的参数，而且误差较大。

(3)模糊PID控制。可以达到较好的控制效果，响应时间更短，超调较小，具有很好的响应特性和鲁棒性，可以达到更好的控制效果。从模糊控制器的设计过程可以看出，对于模糊控制器来说，要完成一次控制动作，只要将观测值输入模糊控制器，经模糊化、模糊推理和解模糊之后，得到一个确切的控制量并作用在被控对象上。然而采用在线实时计算会增加控制系统的复杂性，而且计算速度也会影响控制系统的实时性，所以，为了减少在线计算量，往往通过离线计算，形成由观测值和与之相对应的控制值为内容的模糊控制表。

四、结语

随着国民经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，制冷与空调技术得了非常广泛的应用。如今的空调技术较之前已经有了很大的进步，然而市场需求并没有得到充分的饱和，因此空调技术还需要很大的提升，尤其是起步较晚的中央空调技术。随着各类研究人员的加入，中央空调技术也取得了长足的进步。通过本文的分析，对于中央空调的温度控制系统要从几个方面做起，既要在硬件上进行革新，也要在软件系统上下工夫，尤其要注意对新技术的引用和创新，以使得中央空调的温度控制系统更加完善，更能够满足市场的需求。

参考文献

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2、薛定宇 控制系统计算机辅助设计--MATLAB语言与应用 2006

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5、楼顺天;胡昌华;张伟 基于MATLAB的系统分析与设计-模糊系统 2001

6、王宏华 开关磁阻电机调速控制技术 1995

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。