二次优化在空调温湿度时滞系统中的应用

摘要

随着中央空调的广泛使用,其高能耗问题也日益突出,如何对中央空调系统实现有效控制,降低能耗,一直是许多科研人员研究的热点。从控制方面来讲,空调系统的控制品质直接影响空调运作的高效、高稳定和节能等重要指标,并直接影响到企业的成品质量和企业效益。实际系统中为了保证控制精度,常常会出现表冷阀、加热阀和加湿阀同时动作的现象,这就造成了能量的极大浪费,而为了达到节能的效果并且保证室内温湿度控制品质,需要进行最优控制,但是由于空调的温湿度之间相互耦合、各通道又存在长时延和大惯性,最优控制很难实现。同时由于空调系统存在大滞后问题,这就使得工业生产中使用得比较多的PID控制的效果变差,针对此问题,本文结合解耦与最优控制理论,选用前馈补偿解耦器和对时滞系统具有很好控制效果的ITAE二次优化控制方法对空调温湿度控制系统进行优化控制。
　　 本文以一个具体药厂的定风量大型中央空调系统为背景,采用了机理分析的方法建立了系统的传递函数,利用测量到的实验数据确定了系统传递函数中的参数。由于本系统在单个回路运行时,温度或湿度容易控制且运行稳定,但多个回路同时运行时,整个系统控制效果就比较差。因此为了保证空调控制系统能够长期安全而有效的运行,同时能够借鉴单变量控制的成熟技术与经验,需要对温湿度进行解耦设计。在系统中引入含湿量作为中间变量间接控制相对湿度,解除加热阀与房间相对湿度之间的耦合；接着设计前馈补偿器补偿表冷阀与房间温度之间的耦合,从而解耦了系统。对于解耦后的系统,采用二次优化方法,通过Matlab仿真确定最优二次优化参数,实现对系统的最优控制。Matlab的仿真结果表明该方法比传统PID控制效果好。最后根据客户要求及上述分析设计了其电气线路和配套软件编程,电气部分设计包含了检测元件、下位机(PLC)、通讯电缆和上位机(PC)的选取和电气连接。软件编程主要为上位机界面设计和下位机控制程序编程。