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摘要：本文詳細(xì)介紹了智能PID控制技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過研究和進(jìn)行實(shí)踐測試，該P(yáng)ID控制系統(tǒng)在繼承傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還充分地利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行空調(diào)溫濕度控制及動(dòng)態(tài)監(jiān)測，在使用過程中上取得較好的效果，具有極高的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)；PID控制；系統(tǒng)；應(yīng)用

傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)在中央空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際工作中提供了許多便利，但也存在不少需要改進(jìn)的問題。智能PID控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)PID控制器所表現(xiàn)出來的穩(wěn)定性、快速性和控制精度方面進(jìn)行了改善升級(jí)，在提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)效應(yīng)的同時(shí)減少了能源損耗，使用價(jià)值極高。由于中央空調(diào)在各領(lǐng)域使用廣泛，而效果顯著的智能控制方式更能讓中央空調(diào)系統(tǒng)如虎添翼，其應(yīng)用價(jià)值尤其顯著。

1 智能PID簡介

智能控制是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)過程控制中正在發(fā)展的一個(gè)方向，它不完全依靠被控對(duì)象的模型，而是依靠模擬人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)來判定、修正控制規(guī)律，使控制模式更適合對(duì)象，控制結(jié)果更佳，現(xiàn)分為專家型控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等類型。智能PID是利用智能控制模式實(shí)時(shí)控制PID控制模式和參數(shù)修正，主要是根據(jù)輸入值、輸出值、偏差值、偏差變化率等形成的一種產(chǎn)生式規(guī)則，將人的豐富操作經(jīng)驗(yàn)和PID控制良好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性相結(jié)合，產(chǎn)生好的控制效果。

2 系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)包括專家控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等，構(gòu)建了以專家型智能PID控制算法為核心的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。星級(jí)酒店中央空調(diào)智能PID控制系統(tǒng)主要由，溫、濕度采集器，PID算法控制模塊，增濕器模塊，變頻器控制模塊，上位機(jī)通信模塊和溫濕度設(shè)定值模塊等組成。PID控制算法模塊是采用專家系統(tǒng)模式對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域﹐以專家水平解決中央空調(diào)系統(tǒng)中專門任務(wù)的計(jì)算器系統(tǒng)﹐其內(nèi)部寫入該領(lǐng)域中大量專家水平的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)﹐利用專家的知識(shí)和解決問題的方法來解決問題，采用規(guī)則PID控制形式，通過對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)誤差和系統(tǒng)輸出的識(shí)別，以了解被控對(duì)象過程動(dòng)態(tài)特性的變化，在線調(diào)整PID3個(gè)參數(shù)，直到過程的響應(yīng)曲線為最佳響應(yīng)曲線。根據(jù)溫、濕度設(shè)定值和溫濕度傳感器采集回來的當(dāng)前溫、濕度值進(jìn)行專家控制解算，獲得增濕器濕度控制量和軸流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制量，控制中央空調(diào)風(fēng)道的溫、濕度和風(fēng)量，從而使酒店被控空間的溫、濕度達(dá)到設(shè)定的精確值。

圖1 專家型PID 控制器總體設(shè)計(jì)

3 系統(tǒng)硬件部分設(shè)置

本部分工程的功能主要完成被控客房等空間的溫、濕度采集輸入、分析、計(jì)算、顯示和控制輸出信號(hào)以及對(duì)上位機(jī)通信等，結(jié)構(gòu)如圖2所示。其核心PID控制算法模塊的任務(wù)是將溫濕度傳感器采集的模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在單片機(jī)內(nèi)經(jīng)過分析、計(jì)算，把執(zhí)行信號(hào)分別輸送給增濕器和變頻器，同時(shí)把實(shí)時(shí)信號(hào)上傳給上位機(jī)，進(jìn)行保存，用于系統(tǒng)辨識(shí)和控制參數(shù)確定。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

PID控制算法模塊使用ARM單片機(jī)STM32F107VCT6，與上位機(jī)、溫濕度之間的通信，依靠RS485通信模塊完成，增濕器模塊采用斯普柯林公司KL220V-S06電極增濕器濕器，溫、濕度傳感數(shù)據(jù)采集模塊使用SHT1x數(shù)字溫濕度傳感器--MODBUS-RTU型，變頻器控制模塊使用西門子通用變頻器。

本文使用的STM32F107VCT6是專家型PID控制算法的計(jì)算開發(fā)平臺(tái)，主頻100MHz，內(nèi)部含有256K字節(jié)的Flash和64K字節(jié)的SRM，用于參數(shù)保存，計(jì)數(shù)器數(shù)12個(gè)，PWM通道數(shù)20個(gè)，輸入/輸出線數(shù)90，1個(gè)RS485接口，用于與上位機(jī)、溫濕度傳感器和變頻器通信，2路DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換接口，用于控制增濕器的加濕量。內(nèi)核采用ARMCortex-M3處理器，如圖3所示，Cortex-M3使用M：Thumb-2ISA子集，包含所有基本的16位和32位Thumb-2指令，用于多媒體，SIMD，E（DSP）和ARM系統(tǒng)訪問的模塊除外，外部中斷可配置為1～240個(gè)，優(yōu)先級(jí)位可配置為3～8位，中斷優(yōu)先級(jí)可動(dòng)態(tài)地重新配置，8個(gè)存儲(chǔ)器區(qū)，子區(qū)禁止功能（SRD），實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器區(qū)的有效使用。AHBLiteICode、DCode和系統(tǒng)總線接口，APB專用外設(shè)總線（PPB）接口，Bitband支持，bit-band的原子寫和讀訪問。當(dāng)內(nèi)核正在運(yùn)行、被中止、或處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)，能對(duì)系統(tǒng)中包括Cortex-M3寄存器組在內(nèi)的所有存儲(chǔ)器和寄存器進(jìn)行調(diào)試訪問，串行線（SW-DP）或JTAG（JTAG-DP）調(diào)試訪問，或兩種都包括。實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）獨(dú)立的看門狗定時(shí)器，可編程的接口支持：Freescale SPI總線，National Semiconductor MICROWIRE總線。

圖3 Cortex-M3 模塊框圖

KL220V-S06電極增濕器濕器是斯普柯林公司最新研發(fā)出的一款針對(duì)中央空調(diào)主風(fēng)道的電極加濕控制系統(tǒng)，微電腦芯片中心控制，具備智能PID控制性能，工作電壓AC220V/50-60HZ，控制板功耗小于5W，控制方式：比例0-10V或4-20ma，高水位響應(yīng)約5S，能夠根據(jù)信號(hào)的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)加濕量（外部控制），或根據(jù)環(huán)境檢測濕度與設(shè)定值濕度的濕度差，按設(shè)定工作方式，輸出加濕量（本地控制）。

SHT1x數(shù)字溫、濕度傳感器采用通用的RS485，MODBUS-RTU通訊協(xié)議，直接跟單片機(jī)聯(lián)機(jī)使用。內(nèi)置3個(gè)MODBUS寄存器。從設(shè)備可以設(shè)置波特4800，9600，115200bps，格式8N1。

4 系統(tǒng)軟件部分設(shè)置

軟件部分編寫采用模塊化方式完成，如圖4所示，對(duì)每一個(gè)模塊編程，便于調(diào)試和檢查，也便于每個(gè)模塊的擴(kuò)展，系統(tǒng)軟件包含初始化模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和按鍵掃描四部分，采用C語言編程，編譯工具為Keil（V4.0），通過此Keil和J-Link工具可實(shí)現(xiàn)程序的編譯和在線調(diào)試，專家系統(tǒng)軟件部分編寫流程圖如圖4所示。

圖4 專家系統(tǒng)軟件編寫流程圖

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