中央空调机组的自动控制研究金属温度计

中央空调机组的自动控制研究

中央空调机组的自动控制研究 2011年12月09日 来源： 　　中央空调机组是一种非常有发展潜力的环境控制系统，具有适应性强、维护简单、运行高效等优点，在各种现代化建筑中得到了广泛应用。随着空调能耗占城市能源消耗比例的逐年增加，市场对中央空调的节能运行提出了更高的要求。由于中央空调系统十分庞大，反应速度较慢、滞后现象较为严重，给机组的节能运行增加了很多困难。传统的控制方式，如单机比例调节和模块化机组开停机等，控制精度很差，能效比较低。针对这种情况，一些厂家采用了ＰＩＤ（比例积分微分调节器）反馈控制方式来满足机组变负荷运行的要求。尽管ＰＩＤ的控制参数为预先设定，但对于工况及环境变化的适应性差、控制惯性较大，节能效果也不甚理想。　　笔者经过理论及实验研究，对ＰＩＤ控制方式进行了改进，提出了一种带有模糊算法的自适应性控制系统，并将其运用于楼宇中央空调的自动化控制中。通过在某单位的３１５ｋＷ螺杆式冷热水机组上的实验证明，该控制系统有效地提高了机组的运行效率，增加了空调的舒适性。１ 基本原理１．１ 螺杆式冷（热）水机组本文的研究对象为一台设计容量为３１５ｋＷ的螺杆式冷热水机组。压缩机采用Ｆｒａｓｃｌｄ公司生产的紧凑型双螺杆压缩机，压缩机自身带有能量调节装置，可以实现制冷量５０％～１００％的无段式调节。技术参数见表１，系统原理图（附控制传感器布置）如图１所示。１．２ ＰＩＤ调节器的数学模型ＰＩＤ调节器又称比例积分微分调节器，具有比例、积分、微分三种作用环节。连续ＰＩＤ调节器的特性方程为：ｙ＝Ｋｃ（ｅ＋ｅｄｔ＋ＴＤ）　　（１） 式中：ＫＣ——比例系数；ＴＩ——积分时间常数；ＴＤ——微分时间常数。三种调节作用概括如下：比例作用按偏差量的大小成比例地改变调节量，能迅速抑制干扰，是基本的调节环节；积分作用实现有偏差量的调节，起消除静差的作用；微分作用则按偏差量的变化速率成比例地改变调节量，起超前调节、缩短调节时间的作用。ＰＩＤ调节器将三种调节作用适当地组合，共同完成一个调节过程。　　常规的ＰＩＤ调节器采用预先设定的ＫＣ、ＴＩ、ＴＤ参数值，在机组运行过程中不能随环境而改变。实验研究表明，ＰＩＤ调节在平稳运行时效果较好，但是当运行工况变化较大时，则不能十分精确地调节，造成压缩机运行恶化、能效比降低等问题。从控制论上讲，热物理参数的传递速率较低，往往造成ＰＩＤ调节器的微分作用减弱、控制惯性增大、控制滞后现象严重。因此，需要对传统的ＰＩＤ进行改进。　　本文采用了自适应性的控制方式，在机组的运行中，在线调整系统的热力学参数的判定，从而即时地改变ＫＣ、ＴＩ、ＴＤ等参数的值，以适应变工况的运行要求。１．３ 模糊控制算法模糊算法根据经验总结出许多规律，制定控制表，存入计算机内存储器。控制时，由偏差和偏差变化率的大小，搜索控制表，找出相应的控制量。基本的控制规则描述如下：ｕ＝＜ｋ·Ｅ＋（１－ｋ）·ａ·Ｅ＞，ｋ０，１（２）　式中：ｕ——控制量输出模糊量；Ｅ——偏差模糊量；Ｅ——偏差变化率模糊量；ａ——量纲修正系数　　由于模糊控制的调整速度快，机组运行的波动较小，对于制冷系统的变工况调节有积极的意义。但是此方法适应性较差，不利于推广为通用产品，不宜在中央空调中单独使用。本文采用局部的模糊算法，在运行中修正系统的热力学参数，并储存在数据库中，当运行工况发生重复时，直接进行制冷量的调节。实验表明，这种模糊辅助的控制方式对于减小机组的控制滞后、提高机组运行的经济性具有积极的意义。　 １．４ 控制目标　　传统的螺杆机组采用热力膨胀阀。在机组的运行中，随着热负荷的变化，膨胀阀的开启度由感温包通过温度及压力的平衡来决定，无法进行数字化的控制，精度较差。本文所讨论的螺杆式冷热水机组，采用电子膨胀阀。由实验样机生产厂家提供的数据显示，其压缩机的可靠调节范围为５０％～１００％。但实验研究表明，仅采用压缩机自身的调节方式，当机组负荷降低时，轴功率的减小速度远小于制冷量的减小速度，ＥＥＲ值大幅下降，如表２所示。因此，实际运行中，应控制压缩机排气量不小于７５％，才能保证节能。本文通过调整压缩机的排气量（Ｖｏ）和膨胀阀开启度（ＥＶ）来控制压缩机的排气压力（Ｐｏ）和压缩机进口处的过热度（Ｔｓ）。控制参数与控制目标如下：（１）控制参数，压缩机排气量为７５％～１００％，无极调节，控制周期２０ｓｅｃ；膨胀阀开启度为１００～２５０个脉冲，控制周期４ｓｅｃ。（２）控制目标：１．９５ＭＰａ＜Ｐｏ＜２．０５５ＭＰａ　　　９℃＜Ｔｓ＜１１℃另外，室内末端为分装的冷风机，通过继电开关将其开闭状态传至机组，作为机组负荷量监控的参考。　　２ 控制系统模型　　本文通过调整压缩机的排气量和电子膨胀阀开启度来控制压缩机的排气压力和进口处的过热度，系统

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