冷凍水空調(diào)溫濕度先進控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著人們生活水平的日益提高，室內(nèi)相對濕度對舒適度的影響越來越受到人們的關(guān)注。傳統(tǒng)的冷凍水空調(diào)采用單一溫度的冷凍水進行空氣的降溫除濕，冷凍水的溫度往往大大低于空氣的露點溫度。為了達到合適的溫濕度要求，需要用加熱設(shè)備對過冷的空氣進行再加熱，從而導(dǎo)致能量的浪費。為了提高空調(diào)系統(tǒng)溫濕度控制器的性能，減少系統(tǒng)能量消耗，必須對空調(diào)系統(tǒng)存在的多變量、非線性等特點做出相應(yīng)的處理。本研究首先針對冷凍水空調(diào)冷凍水回路、室內(nèi)空氣回路的運行特點，深入研究非線性

2、控制技術(shù)，對回路中的關(guān)鍵變量進行智能控制器設(shè)計。其次，在不增加額外硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，對冷凍水空調(diào)的室內(nèi)溫濕度進行了基于先進控制理論的變頻控制研究。實驗結(jié)果表明，本研究提升了冷凍水空調(diào)關(guān)鍵回路中主要被控變量的控制性能，通過室內(nèi)溫濕度的同時控制很好地提升了室內(nèi)環(huán)境的舒適性，并且達到了節(jié)能的目的。
　　本文圍繞冷凍水空調(diào)室內(nèi)溫濕度控制，主要開展了以下幾個方面的工作:
　　1.利用線性參數(shù)變化模型對蒸發(fā)器出口冷凍水的溫度動態(tài)變化進行

3、了建模，并且在該模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計了冷凍水溫度的預(yù)測控制器。通過對制冷劑、冷凍水回路以及空氣側(cè)的換熱特性進行研究，提出以冷凍水泵的頻率作為系統(tǒng)的工況點，采用線性參數(shù)變化模型對蒸發(fā)器出口冷凍水的出水溫度進行了建模。通過把系統(tǒng)在整個工況范圍內(nèi)的非線性表達成典型工況下線性模型的集成，系統(tǒng)的動態(tài)特性得到了很好的描述?；诰€性參數(shù)變化模型，設(shè)計了預(yù)測控制器，通過多步優(yōu)化得到了整個控制器的表達式。在實際的實驗中，預(yù)測控制器在不同的工況點都達到了比傳

4、統(tǒng)控制器更加短的收斂時間和更好的抗干擾能力。
　　2.針對空氣處理單元(AHU，air handling unit)出口供風(fēng)溫度具有多變量、非線性的特點，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有在線學(xué)習(xí)的優(yōu)點，設(shè)計了一種自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器來對送風(fēng)干球溫度進行控制。從傳熱傳質(zhì)的機理上對影響室內(nèi)空氣干球溫度的因素進行了分析。針對該過程具有多變量、非線性的特點，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在處理非線性系統(tǒng)方面的優(yōu)點，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值在線更新的功能，提出了一種基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)

5、絡(luò)的空氣干球溫度控制器。該控制器不需要事先建立系統(tǒng)的動態(tài)模型，通過在線地學(xué)習(xí)反饋的運行數(shù)據(jù)，實時調(diào)整控制器的運行參數(shù)，從而獲得更好的適應(yīng)能力。該存在不確定的系統(tǒng)參數(shù)和外界環(huán)境干擾時，該控制器在收斂時間和超調(diào)量方面都獲得了比傳統(tǒng)控制器更優(yōu)的效果。
　　3.利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對冷凍水空調(diào)室內(nèi)溫濕度的耦合特性進行描述，并且結(jié)合預(yù)測控制器的策略，為冷凍水空調(diào)的室內(nèi)溫濕度設(shè)計了控制器。通過對機組的壓縮機和空氣處理單元中的供風(fēng)風(fēng)機加入合適的激勵信號

6、，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)首次建立了室內(nèi)溫濕度變化與壓縮機轉(zhuǎn)速和供風(fēng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。在得到系統(tǒng)的動態(tài)特性之后，借鑒預(yù)測控制的思想，設(shè)計了控制器的優(yōu)化目標函數(shù)，通過求解該目標函數(shù)獲得了控制器的最優(yōu)解。在實際系統(tǒng)上進行目標值跟蹤實驗，相對于溫濕度獨立控制器，該控制器能夠更好地處理溫濕度之間的非線性特性，能夠在更短的時間內(nèi)跟蹤溫濕度的目標值。
　　4.為了擴寬控制器的適用范圍，解決控制器適用范圍有限的不足，提出了基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型的室內(nèi)溫

7、濕度控制器。直接利用動態(tài)系統(tǒng)的逆模型作為控制框架，同時通過對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行實時分析，在線更新控制器參數(shù)，從而使在能寬的工況范圍內(nèi)獲得了滿意的控制效果。具體實驗也驗證了該控制方法的可行性，目標值跟蹤實驗和擾動測試實驗表明了該控制器比獨立控制具有更加優(yōu)秀的耦合特性處理能力和魯棒性。
　　本文針對冷凍水回路和室內(nèi)控制回路的運行特點，結(jié)合先進控制技術(shù)，針對地為冷凍水出水溫度和供風(fēng)的干球溫度設(shè)計了控制器，提升了回路的控制性能，優(yōu)化了回路的