基于预测控制的变风量空调系统控制性能实验研究-论文.pdf

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1、第25卷第1期中原工学院学报Vo1．25NO．12Ol4年2月J()URNAIOFZH()NOYUANUNIVERSITYOFTECHN()IOGYFeb．，2Ol4文章编号：167l一6906(2014)0l一0048—04基于预测控制的变风量空调系统控制性能实验研究王娜，何大四，范晓伟(中原工学院，郑州450007)摘要：基于变风量空调送风系统运行机理建立了预测控制模型，设计出变风量空调前馈反馈综合控制系统．实验研究表明，该控制系统对变风量空调送风系统的调节及时、准确，系统更加稳定、可靠．关键词：变风量空调送风系统；管网结构；预测控制中图分类号：T

2、U831．3文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1671—6906．2014．01．012变风量空调因具备灵活性高、节能性强等优点已统实验台．该实验台送风系统如图2所示．为了便于建成为国内外空调系统的主流¨1]．但是，由于变风量空调立预测控制模型，将其进一步简化，如图3所示．具有多变量、强耦合、非线性、时变性等特点，其设计、运行和管理都比定风量空调系统难度大j．传统变风量李调的多回路PID控制系统在风量调节过程中，存在各支路管网相互影响、调节时间长、稳定性差等缺点．本文基于变风量空调送风系统运行机理，建立预测控制模型，对各送风支管的结构

3、进行预测，提高了系统的稳定性；在预测控制的基础上增加PID反馈调节，提高了控制系统的精度，增加了控制系统的可靠性．图例：(送风机凸未端装置@节点口送风管1预测模型的建立图2实验台送风系统图本实验台的建筑原型为郑州市某办公楼第二层的3间办公室，该建筑的结构及功能如图1所示．房间l房间I房间330m30m30m高档办公室普通办公室普通办公室图1建筑物结构功能图图3实验台送风系统简化图将以上3问办公室等比例缩小，得到实验台3个空调小室，以3个空凋小室为对象设计变风量空调系由流体力学理论可知，空调送风系统各支管管网收稿日期：2013—05—24作者简介：王娜(

4、1986一)，女，吉林辽源人，硕士生第1期土娜，等：基于预测控制的变风量空调系统控制性能实验研究阻力特性方程为：差为已知，其值为575Pa．因此可根据各空调小窄的△P一SQ(1)需风量由公式(1)对送风系统管网结构进行预测．式中：△P，一风管进出口压差；S，风管的阻抗；2基于前馈控制的变风量空调控制Q，风管的风量．系统设计由卜式可知，管网的阻抗值与风管进出口压差成正比，与流量的二次方成反比．因此，当风管进出口压2．1实验台控制系统原理差已知时，即可根据各空调小室的需求风量预测出各送Jx【支管的阻抗值．本实验风机采用定静压控制方式，本实验台控制系统的主要

5、任务是完成多区域变风定压点取在管段4节点2后侧，系统送风静压为量空调系统风量的匹配，即当各空调区域负荷值发生570Pa．本实验台送风主管较短且未设置调节装置，因变化时，控制系统通过检测信号、控制计算、输出控制此可以认为节点l、u2、3处压力均为570Pa．各空信号完成对各空调区域风量的控制，使之与设定值相调小室内静压满足暖通空调对室内静压的要求，维持符．为了完成上述控制功能，结合预测控制模块，对本5～10Pa正压，各小室通过缝隙与大气相通，由此可实验台控制系统进行综合设计．本实验台控制系统为知各末端出口处压力相等．综上，各送风支管进出口压前馈反馈综合控

6、制系统，其原理图如图4所示．房间所需风量前馈控制前馈控制器鹧～一●皓一叫葭仗馈僦{锚Il器一。jlf一，～一一．传感器一一，反馈控制图4控制系统原理图各空凋小室所需的风量为已知，预测控制模块根送风系统管网结构进行预测，根据预测结果调整末端据各小室需求风量对变风量空调送风系统结构进行预阀门开度，最终达到调整风量的目的．反馈控制采用的测，前馈控制器根据预测结果调整末端风阀，以调节送是增量型PID控制，其程序流程图如图6所示．反馈入各空调小室的风量．在本实验系统中，预测优化控制控制根据风量设定值与反馈值的偏差，计算出输出增模块虽然经过严密的理论推导，但在系统

7、实际运行过量后将计算结果赋给风阀执行器，风阀执行器产生动程中，可能预测补偿会存在偏差而影响系统的控制品作，最终达到纠正风量偏差的目的．质，因此在本实验台控制系统加入反馈控制，这种前馈反馈综合控制系统，既解决了前馈控制偏差大的问题，3实验结果与分析又解决了反馈控制系统的时滞问题，达到了缩短调整时间、提高控制精度的目的．评判控制系统优劣的一个标准是系统受到扰动2．2控制程序设计时，能否在控制器的作用下准确平稳快速地克服扰动为实现以上变风量空调控制系统的控制功能，在造成的偏差．阶跃干扰对被控变量影响最大，控制系统上位机(组态王)中编写控制程序，控制程序可分为

8、前如果能有效地克服阶跃干扰，那么也能很好地克服其馈控制程序和反馈控制程序两部分．前馈控制程序流