一种变风量空调冷水机组双回路控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种变风量空调冷水机组双回路控制方法，属于变风量空调技术领 域。
【背景技术】
[0002] 随着近年来变风量空调系统的普及，众多学者对于变风量空调的控制和节能进行 了深入的研宄。如图1所示，根据现有知识，变风量空调系统大致可以分为风循环，水循环， 冷水机组，控制系统四个部分，其中风循环的主要作用是通过向房间中送入一定状态下的 空气，来消除房间内的热、湿负荷，满足人们的日常生活需求；水循环的主要作用是作为空 调系统中各环节能量转移的媒介，包括冷冻水回路、冷却水回路等；冷水机组负责产生制冷 量，并与水循环相连接；控制系统负责整体机组的运行控制。
[0003] 首先空调系统的最终目的始终是为了维持房间内的温湿度，使其能够带给人们较 好的舒适度，因此根据能量守恒定律可知，对于空调系统中的房间而言，有以下公式：
[0004]
[0005] 式中9"表示房间内的蓄热量；
[0006] (^表示房间的容量系数；
[0007] r为房间的围护结构的热阻；
[0008] tn、ts、h分别表示房间的温度、送风温度、室外温度；
[0009] L表示送风量；
[0010] P和c分别表示送入房间的空气的密度和比热容。
[0011] 可见变风量空调通过送入一定条件下的空气来消除室内的热湿负荷，而为了保持 室内温湿度保持不变，可以人为进行控制的只有送风量L和送风温度ts，变风量空调系统能 够根据室内负荷的变化调节送风风机的频率，因此对于经常处于部分负荷下的空调系统而 言，变风量空调相比于定风量空调系统具有较好的节能效果。但也因此必须保持送风温度 为恒定，来维持整体系统的稳定。
[0012] 从图1中的冷冻水回路可以看出，送风温度是送入房间的空气与冷冻水在表冷器 中接触，从而将冷量传递给空气，进而送入房间，起到制冷的效果，因此房间的热负荷完全 可以由冷冻水的出水温度和回水温度差观测得到。而冷冻水的温度变化正是由于在蒸发器 中与制冷剂相接触，所以对冷水机组的控制问题进行研宄，具有较强的实际意义。
[0013] 如图2所示，规的冷水机组控制回路在控制冷冻水出水、回水温度差时，通常直接 对压缩机频率进行控制，由于该控制回路具有非线性、大时滞等特点，可能会引起系统的波 动和不稳定，控制效果欠佳。
【发明内容】
[0014] 为了克服以上不足，本发明针对水机组回路中的控制问题，提供一种变风量空调 冷水机组双回路控制方法。
[0015] 本发明的技术方案入下：
[0016] -种变风量空调冷水机组双回路控制方法，包括如下步骤：
[0017] (1)、在变风量空调冷水机组运行时，设定冷冻水出、回水温差；
[0018] (2)、当温差的实测值与设定值不符时，计算出此时的制冷剂流量设定值；
[0019] (3)、在控制回路中设置主控制器和副控制器，通过制冷剂流量的偏差信号来控制 被控对象压缩机的频率，最终实现对冷冻水温差的准确控制。
[0020] 上述主控制器采用普通PID控制器，副控制器采用具有自适应能力的模糊PID控 制器。
[0021] 上述步骤（3)中被控对象的控制包括如下步骤：
[0022] (a)、被控对象的辨识
[0023] 先在matlab软件中对冷水机组的两个回路进行建模仿真，选用最小二乘法对模 型的参数进行辨识；
[0024] 首先将压缩机频率与制冷剂流量的数学模型用差分方程公式描述：
[0025] A (q_1) z (k) =B (q_1) u (k) +v (k) (I)
[0026] 其中：
数，"'W "'_则表示差分算子，也可以叫延迟算子，即上一时刻的值；[0030] 贝IJ公式⑴表示为：
[0027]
[0028]
[0029] 其中屮~…，夂和~ ，…，\都是这个方程的系数，也就是将要被辨识的参
[0031]
⑵
[0032] 式中：u(k)表示采集到的被控对象实测输入值；
[0033] z (k)表示采集到的被控对象实测输出值；
[0034] V (k)表示均值为零的随机噪声项；
[0035] 在有噪声存在的情况下，测得的是包含噪声在内的输出信号，将公式（1)表示成 如下最小二乘格式：
[0036] (3 )
[0037] 在公式⑶中，有[0038]
[0039]
[0040] 因此有
[0041] Z1= Φ x Θ +V1 (4)
[0042] 其中：
[0043] Z1= [z(l)，z(2)，…，ζ(1)] τ;
[0044] V1= [ν(1)，ν(2)，…，ν(1)] τ;
[0045]
[0046] 选取的代价函数为：
[0047]
[0048] 通过取得使J为最小值的θ，记其为即为参数Θ的最小二乘估计值，通过求 导并令结果为零来获得6
[0049]
[0050] 解得参数估计量^满足
[0051]
[0052]
[0053]
[0054] 得到相应的模型参数，同理辨识出制冷剂流量与冷冻水出回水温差的数学模型， 通过阶跃响应、脉冲响应的形式对数学模型进行校验，观察是否存在模型失配现象，如存在 失配，则对被控对象进行重新辨识，如不存在失配，即进行控制器参数的调试；
[0055] (b)、控制器参数的调试
[0056] 根据步骤（a)中的到的模型参数^，在matlab中建立相应模型，并通过调整控制 器参数获得较好的控制性能，所述普通PID控制器的参数整定通过Z-N整定法获得，
[0057] 所述模糊PID控制器的参数调试方法如下：
[0058] 制冷剂流量的设定值与实测值进行对比，如果存在偏差e，则模糊PID控制器根据 偏差e利用模糊规则计算出控制结果，并将控制动作施加在压缩机变频器，最后实现对制 冷剂流量的准确、快速控制，最终维持冷冻水出水、回水温差恒定。
[0059] 上述步骤（b)中模糊PID控制器根据偏差e利用模糊规则计算方法如下：
[0060] 通过将室温值与设定值的偏差e及其导数ec作为控制器输入，得出相应的PID参 数增量Akp、Akp Akd，因此Wkd^相应发生改变，进而实现自适应校正，如公式6、7、 8所示；
[0061] kp=k/ +{e^ ecjp (6)
[0062] ki= k / +{e^ ecJi (7)
[0063] kd= k / +{e" ecJd (8)
[0064] 式中：k/、k/、kd'为PID参数整定后的初始参数值；{ei，e Ci}p、{epecJi、 Iei, eCJd为模糊PID控制器的三个输出，根据被控对象的状态自动整定模糊PID控制三个 参数的取值；
[0065] 所述模糊规采用" if-then"形式的模糊控制规则。
[0066] 本发明所达到的有益效果：
[0067] 本发明将普通PID与模糊自适应PID相结合，既能解决相应的非线性问题，也能够 较为快速的实现控制效果。本次发明中采用了最小二乘法对被控对象进行了辨识，并提供 了模糊自适应PID控制器的模糊规则表，通过在仿真实验中进行控制器参数的整定，有利 于冷水机组的稳定运行。
【附图说明】
[0068] 图1是空调机组结构；
[0069] 图2是常规冷水机组控制回路；
[0070] 图3是本发明的双回路控制回路；
[0071] 图4是本发明的控制流程。
【具体实施方式】
[0072] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0073] 如图3、图4所示，一种变风量空调冷水机组双回路控制方法，包括如下步骤：
[0074] (1)、在变风量空调冷水机组运行时，设定冷冻水出、回水温差；
[0075] (2)、当温差的实测值与设定值不符时，计算出此时的制冷剂流量设定值；
[0076] (3)、在控制回路中设置主控制器和副控制器，通过制冷剂流量的偏差信号来控制 被控对象压缩机的频率，最终实现对冷冻水温差的准确控制。
[0077] 上述主控制器采用普通PID控制器，副控制器采用具有自适应能力的模糊PID控 制器。
[0078] 上述步骤（3)中被控对象的控制包括如下步骤：
[0079] (a)、被控对象的辨识
[0080] 为了使控制器参数能够满足冷水机组的控制需求，需要先在matlab软件中对冷 水机组的两个回路进行建模仿真，在仿真实验中整定出合适的控制器参数，从而使得冷水 机组能够正常稳定的运行。而进行仿真实验必须要得到压缩机频率与制冷剂流量、制冷剂 流量与冷冻水出回水温差的数学模型，选用最小二乘法对模型的参数进行辨识；为了减少 计算量，采用最小二乘法的离线辨识，即通过采集足够的输入输出数据，一次性辨识出模型 参数。
[0081] 首先将压缩机频率与制