基于控制器参数的变风量空调系统性能评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于控制器参数的变风量空调系统性能评估方法，属于空调控制
技术领域。
【背景技术】
[0002] 对于空调系统中的室温控制对象，一般可用带有纯延迟环节的一阶惯性模型表 示，如图1所示。虽然目前空调系统中的控制方式发展十分迅速，但在工程实际中仍然以比 例积分、比例积分微分控制器等为主体，当室温对象受到外界的随机扰动时，室内负荷会发 生改变，空调系统的控制器将实现对室温的快速准确控制。但当控制器取不同的控制参数 时，其控制性能是不同的，在常规的控制器性能评估时，大多采用控制过程曲线的超调量、 调节时间、动态偏差、静态偏差等，这些指标都不能单独表征系统控制性能的好坏，因此如 何评估和表示控制性能的好坏仍然是一个难以解决的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种变风量空调系统室温控制对象的基于控制器参数的 性能评估方法，它采用最优性能指标作为室温被控对象的作为控制器性能评估标准。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0005] 基于控制器参数的变风量空调系统性能评估方法，包括以下步骤：
[0006] 1)确定当前控制下变风量空调系统的室温控制数学模型；
[0007] 2)构建ARMAX|吴型，求解室温被控对象的当如性能指标(^和最优性能指标七,；
[0008] 3)求解当前控制器的最佳控制参数；
[0009] 4)根据当前控制器的最佳控制参数，求解当前控制下室温被控对象的最优性能指 标；
[0010] 5)将所述步骤2)和步骤4)得到的当前性能指标，最优性能指标和当前控制下室 温被控对象的最优性能指标进行对比，评估当前控制性能。
[0011] 前述的步骤1)中，当前控制下变风量空调系统的室温控制数学模型为：
[0012] y=u*G(z-1)z-d+a*N(z-1) (1)
[0013] 其中，y为变风量空调系统的输出，U为控制器的输出，G(厂为室温被控对象 的模型，d为被控对象的时间延迟，N(厂1)是外界扰动传递函数，a是变风量空调系统的外界 扰动随机变量，z4指的是时延。
[0014] 前述的步骤3)中，当前控制器的最佳控制参数的求解包括以下步骤：
[0015] 3-1)将变风量空调控制系统的输出表示成室温被控对象的脉冲响应和外界扰动 模型的脉冲响应的叠加的形式：
[0016]
【主权项】
1. 基于控制器参数的变风量空调系统性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 确定当前控制下变风量空调系统的室温控制数学模型； 2) 构建ARMAX模型，求解室温被控对象的当前性能指标 < 和最优性能指标< ; 3) 求解当前控制器的最佳控制参数； 4) 根据当前控制器的最佳控制参数，求解当前控制下室温被控对象的最优性能指标； 5) 将所述步骤2)和步骤4)得到的当前性能指标，最优性能指标和当前控制下室温被 控对象的最优性能指标进行对比，评估当前控制性能。
2. 根据权利要求1所述的基于控制器参数的变风量空调系统性能评估方法，其特征在 于，所述步骤1)中，当前控制下变风量空调系统的室温控制数学模型为： y=u*G(z-1)z-d+a*N(z-1) (1) 其中，y为变风量空调系统的输出，u为控制器的输出，G(z，z-d为室温被控对象的模 型，d为被控对象的时间延迟，N(厂1)是外界扰动传递函数，a是变风量空调系统的外界扰动 随机变量，z4指的是时延。
3. 根据权利要求1所述的基于控制器参数的变风量空调系统性能评估方法，其特征在 于，所述步骤3)中，当前控制器的最佳控制参数的求解包括以下步骤： 3-1)将变风量空调控制系统的输出表示成室温被控对象的脉冲响应和外界扰动模型 的脉冲响应的叠加的形式：
其中，&是t时刻变风量空调系统的输出，gJPni分别为室温被控对象和外界扰动模 型的脉冲响应系数，ut_i表不在t-i时刻的控制器输入，at_i表不在t-i时刻的系统外界扰 动，P是变风量空调系统输出在当前控制器的作用下第P次采样值； 3-2)对变风量空调控制系统进行离散化，则当前控制器的传递函数变为：
其中，M(f)为当前控制器的传递函数，ysrt为变风量空调系统的设定值，kk2,k3分别 为控制器的比例、积分、微分参数在离散形式下的表述； 3-3)将式（6)带入式（5)，得到
式中，
表示室温被控对象模型的阶跃响应系数；
贝U，式（7)变成如下形式：
其中，I为单位矩阵，Ysrt指的是元素均为ysrt的列向量； 3-5)定义当前控制方式下变风量空调系统输出的方差E(yt2)为当前控制方式下的性 能指标，则：
并求得变风量空调系统输出方差的一阶导数
其中，<为外界扰动的方差； 3-6)通过牛顿迭代法获得室温被控对象的控制器最佳参数，如下式所示：
其中，K和K'都是由ki，k2,匕构成的列向量，K'表示通过迭代得到的新值，当迭代过程 中K和K'相差不超过1(T2时，即可停止迭代，即得到最佳控制参数。
4. 根据权利要求1或3所述的基于控制器参数的变风量空调系统性能评估方法，其特 征在于，当前控制方式下室温被控对象的最优性能指标为当前控制方式下能达到的变风量 空调系统输出最小方差<。，计算公式为：
5. 根据权利要求1所述的基于控制器参数的变风量空调系统性能评估方法，其特征在 于，所述步骤5)中，定义
，若比值n大于阈值，则当前控制器性能为理想状态，不需 要任何改动定义，若比值n小于阈值，取
，若比值n'大于阈值，则说明通过对当前 控制器参数进行整定，能够获得最优控制性能；若比值n'小于阈值，则说明通过整定当前 控制器参数不能满足系统需求。
6. 根据权利要求5所述的基于控制器参数的变风量空调系统性能评估方法，其特征在 于，所述阈值取为0.8。
【专利摘要】本发明公开了一种基于控制器参数的变风量空调系统性能评估方法，通过理论计算出室温被控对象的最优性能指标，再通过变风量空调系统的输出值序列求解出基于控制器参数下的最优性能指标，两相对比来判断控制器离最优控制性能还有多少差距，是否有必要对控制器的参数进行重新整定或改进，具有较大的实际意义。
【IPC分类】G05D13-04
【公开号】CN104571166
【申请号】CN201410682024
【发明人】白建波, 李洋, 罗朋, 彭俊, 曹飞, 章国芳
【申请人】河海大学常州校区
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年11月24日