亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于模糊PID溫度控制算法的建筑節(jié)能調(diào)溫系統(tǒng)

        2022-06-21 04:19:16王曉天
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2022年17期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        王曉天

        (蘇州大學(xué) 能源學(xué)院,江蘇 蘇州 215031)

        國家發(fā)展改革委與國家能源局發(fā)布了《關(guān)于提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的指導(dǎo)意見》,其中指出我國需要加快提升電力用戶側(cè)靈活性,積極開展智能小區(qū)等電力需求側(cè)響應(yīng)及用戶互動工程示范[1],同時供熱通風與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)是公共建筑能耗的主要來源之一[2],降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗對降低公共建筑能耗起著至關(guān)重要的作用,因此響應(yīng)國家號召,通過智能溫控降低能耗迫在眉睫。

        傳統(tǒng)空調(diào)房間的溫度控制具有非線性、大慣性且時變較為復(fù)雜化的特點,因此為實現(xiàn)快速穩(wěn)定的室內(nèi)溫度控制,需要尋找魯棒性好、反應(yīng)迅速的控制方法。模糊PID控制結(jié)合了PID算法魯棒性強、反應(yīng)迅速、系統(tǒng)振蕩小和模糊控制算法簡潔、不依賴于被控對象的精確數(shù)學(xué)模型的優(yōu)點[3],可以滿足溫控系統(tǒng)對于準確快速穩(wěn)定的要求,近些年來模糊PID控制被越來越多地應(yīng)用于系統(tǒng)控制。CHAO等人[4]提出了一種基于常規(guī)PID控制和非線性因素的最優(yōu)模糊PID控制器設(shè)計方法,開發(fā)出參數(shù)較少的控制器,大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu);東華理工大學(xué)學(xué)者王恩義[5]以模擬實驗箱內(nèi)溫度為被控對象,將專家PID與大林控制算法結(jié)合,并進行前饋補償?shù)母倪M型PID控制算法;王磊等[6]學(xué)者根據(jù)滲氮爐工藝升溫過程優(yōu)化的要求提出了采用PID控制和模糊控制相結(jié)合的控溫方式并進行了仿真,結(jié)果表明,模糊PID復(fù)合溫度控制器的控溫效果比單一PID溫度控制器的控溫效果更好。

        由于模糊PID算法在系統(tǒng)控制方面具有良好的效果,因此本文采用模糊PID控制,引入PMV-PDD舒適度模型,分析了在不犧牲用戶舒適體驗的前提下,使空調(diào)能耗最低的溫度調(diào)節(jié)方案,快速穩(wěn)定地達到合理的目標溫度,以此來調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的工作功率,減少了不必要的能源消耗。

        1 系統(tǒng)物理模型介紹

        1.1 房屋尺寸及材料參數(shù)

        目標建筑位于夏熱冬冷地區(qū)(蘇州經(jīng)度:120.585289,緯度:31.298974),選取多層住宅建筑中間某層房間作為考察對象。房間的尺寸為5.8 m×4.2 m×2.7 m(長×寬×高),維護結(jié)構(gòu)的材料及具體物性參數(shù)均符合《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》[7]。

        假設(shè)房間外窗處于關(guān)閉狀態(tài),且由于臥室內(nèi)電器的發(fā)熱量較小,房間內(nèi)裝有30 W的照明燈,其散熱量算入房間得熱量。根據(jù)目標房間的面積,我們選擇1.5匹的空調(diào),空調(diào)額定功率為1 200 W,不考慮房間內(nèi)溫度不均勻性。

        1.2 室外溫度參數(shù)

        由于蘇州地區(qū)春秋溫度較為適宜,基本無溫度調(diào)節(jié)的需求,因此我們僅模擬冬季和夏季的溫度控制。我們采用METEONORM氣象軟件制作了2015-2020年蘇州的氣象平均參數(shù)作為典型氣象日。根據(jù)冬季的定義為連續(xù)五天平均溫度低于10℃,因此冬季采暖的時間區(qū)間為12月20日至2月25日;夏季的定義為連續(xù)五天平均溫度高于22℃,然而夏季空調(diào)制冷溫度一般為26℃左右,且蘇州地區(qū)有梅雨季節(jié)溫度會下降,最終確定夏季空調(diào)制冷的時間區(qū)間為6月27日至7月3日以及7月18日至8月20日。

        1.3 目標溫度參數(shù)

        荷蘭工業(yè)大學(xué)Fanger教授在1972年提出了用戶熱舒適度指標PMV模型[8]。PMV指數(shù)利用人體熱平衡原理,表明了人體對7個等級熱度感覺的平均值,見表1,當人體內(nèi)部產(chǎn)生的熱量與在環(huán)境中散失的熱量相等時,人體處于熱平衡狀態(tài)。

        表1 熱感覺標準表

        PMV指數(shù)的相關(guān)計算公式如下:

        其中,M表示人體新陳代謝速率,W/m2;P表示水蒸氣分壓力,Pa,與相對濕度有關(guān);T表示室內(nèi)溫度,℃;v表示室內(nèi)空氣流速,m/s;Icl表示服裝熱阻,clo。

        根據(jù)上式可知,當空氣流速、服裝熱阻以及新陳代謝速率為已知量時,PMV指數(shù)主要受到室內(nèi)溫度和相對濕度的影響。我們將相對濕度作為輸入量,以PMV=0為目標方程,求解得到目標溫度值。這與傳統(tǒng)溫控系統(tǒng)相比,能在滿足用戶舒適度的前提下,減少不必要的電能損耗。另外,當熱用戶愿意適當降低舒適度標準時,可以獲得更大的目標溫度范圍,從而更大程度上地減少空調(diào)能耗。

        2 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

        空調(diào)房間溫度控制系統(tǒng)具有非線性、滯后大、慣性大的特點,這使得控制過程具有嚴重的不確定性,因此我們需要采用模糊PID控制。在本節(jié)中,我們首先通過階躍響應(yīng)兩點式的方法求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù),然后設(shè)計模糊PID控制器,接著引入傳統(tǒng)溫控系統(tǒng)與模糊PID溫控系統(tǒng)形成對比,最后搭建兩種系統(tǒng)的仿真模型。

        2.1 系統(tǒng)模型化簡及傳遞函數(shù)求解

        室內(nèi)溫度為本系統(tǒng)的主要控制對象,其實際動態(tài)特性為高階微分方程。為了簡化分析過程,在保證一定控制精度的前提下,可采用一階慣性模型作為空調(diào)房間溫度控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)[9],公式如下:

        其中,K為增益系數(shù);t為時間常數(shù);τ為滯后時間;3個參數(shù)與房間幾何參數(shù)和建筑材料有關(guān),可以借助階躍響應(yīng)兩點式的方法測量獲取。因此我們基于能量守恒定律,建立被控房間的傳熱方程:

        其中,m為室內(nèi)空氣總質(zhì)量;c為空氣的比熱容;T為室內(nèi)溫度;Tout為室外溫度;Rroom為目標房間的等效熱阻;PHVAC為空調(diào)功率;q˙為房間得熱量。在系統(tǒng)輸入中加入單位階躍干擾,并確保整個研究過程始終處于被激勵狀態(tài)。根據(jù)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值以及兩個特殊觀測點,即可計算出增益K、時間常數(shù)T和滯后時間τ。

        2.2 模糊PID控制器設(shè)計

        模糊PID溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,整個系統(tǒng)由溫度傳感器、比較器、模糊PID復(fù)合溫度控制器和空調(diào)功率調(diào)節(jié)器(執(zhí)行機構(gòu))4個部分構(gòu)成,其中模糊PID復(fù)合溫度控制器是系統(tǒng)的核心,而設(shè)計模糊控制器是設(shè)計模糊PID復(fù)合溫度控制器的主要內(nèi)容,分為模糊化設(shè)計和模糊規(guī)則制定兩部分。

        圖1 模糊PID溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

        2.2.1 模糊化設(shè)計

        模糊化是將模糊控制器輸入量的確定值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模糊語言變量值的過程。我們采用的模糊化方法為隸屬度值法,設(shè)定輸入變量為偏差絕對值E和偏差變化率絕對值Ec,輸出量則為PID參數(shù)中的Kp、Ki、Kd。E和Ec的語言參數(shù)值選定為NL、NM、NS、ZE、PS、PM、PL共7個隸屬度,其含義依次為負大、負中、負小、零、正小、正中、正大。各模糊語言變量的隸屬度函數(shù)選用如圖2所示,各隸屬度函數(shù)均采用三角模糊函數(shù)。

        圖2 模糊語言變量的隸屬度函數(shù)

        2.2.2 模糊規(guī)則的制訂

        在本系統(tǒng)中,我們根據(jù)溫度偏差和偏差變化率,結(jié)合比例、積分、微分三種調(diào)控作用的特點,綜合確定了模糊規(guī)則,并計算每條控制規(guī)則的模糊關(guān)系,再通過解模糊化處理,分別得到ΔKp,ΔKi,ΔKd的模糊控制表,共147條規(guī)則,見表2。

        表2 模糊控制規(guī)則表

        2.3 溫控系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)圖搭建

        在完成模糊控制器以及PID控制器的設(shè)計后,我們可以在MATLAB SIMULINK仿真平臺下,依照結(jié)構(gòu)原理圖(圖1),構(gòu)建空調(diào)房間模糊PID溫度控制系統(tǒng),結(jié)構(gòu)如圖3所示。隨后在相應(yīng)模塊輸入模塊參數(shù),將系統(tǒng)多次投入運行,調(diào)整各個參數(shù),完成整定。

        圖3 模糊PID溫度控制的仿真結(jié)構(gòu)圖

        為了將傳統(tǒng)模式的溫度控制系統(tǒng)與模糊PID進行對比,我們也建立了傳統(tǒng)溫控系統(tǒng),仿真結(jié)構(gòu)如圖4所示。對于傳統(tǒng)溫控系統(tǒng),冬季目標溫度恒為20℃,夏季目標溫度恒為27℃,當實際溫度與目標溫度存在±1℃偏差時,空調(diào)以額定功率1 200 W工作,直至達到目標溫度。

        圖4 傳統(tǒng)溫度控制的仿真結(jié)構(gòu)圖

        3 模糊PID溫控系統(tǒng)的仿真與結(jié)果分析

        3.1 溫度調(diào)控結(jié)果分析

        我們分別將兩種控制系統(tǒng)在夏、冬兩個季度投入模擬運行,冬季累計運行1 608 h,夏季累計運行984 h,最終得出仿真曲線變化情況如圖5所示。我們分別從穩(wěn)定性、準確性以及快速性3個角度對仿真結(jié)果進行分析。

        穩(wěn)定性要求是控制系統(tǒng)最基本的要求,只有具備良好的穩(wěn)定性,系統(tǒng)才能正常工作。對于每個分時段的調(diào)節(jié),本系統(tǒng)均為非周期調(diào)節(jié)過程,即衰減率為1,這意味著在每個調(diào)節(jié)時段中,系統(tǒng)均能夠在振蕩較小的情況下達到目標溫度。

        準確性是反映調(diào)節(jié)過程中被調(diào)量與給定值之間偏差的程度。我們采用動態(tài)偏差溫度作為穩(wěn)定性的評判標準,動態(tài)偏差溫度是實際調(diào)節(jié)溫度與目標溫度之間的差值,冬季模糊PID控制器最大動態(tài)偏差溫度為1.9℃,夏季為1.5℃。

        快速性是反映調(diào)節(jié)過程持續(xù)時間的長短,通常采用調(diào)節(jié)時間作為評價指標,我們將調(diào)節(jié)時間定義為從初始溫度到調(diào)節(jié)至與目標溫度誤差不超過5%的調(diào)節(jié)時間。經(jīng)過對仿真結(jié)果的分析,冬季模糊PID控制器的調(diào)節(jié)時間為0.21 h,夏季為0.13 h。

        由此可見,本模糊PID控制器達到了較高的抗參數(shù)變化適應(yīng)性和控制精度,同時也確保該系統(tǒng)具備較快調(diào)節(jié)速率,具有較好的穩(wěn)定性、準確性和快速性,實現(xiàn)了溫控系統(tǒng)動態(tài)化性能的全面改善。

        3.2 能耗結(jié)果分析

        溫度控制系統(tǒng)的能耗量是檢測其工作合理性的標準,在提高用戶舒適性的同時,也需要關(guān)注能耗是否得到了控制。因此,我們將模糊PID控制系統(tǒng)與圖5所示的傳統(tǒng)溫控系統(tǒng)的能耗進行了對比,冬、夏兩季模糊PID溫控系統(tǒng)與傳統(tǒng)溫控系統(tǒng)的能耗對比圖6所示。在冬季和夏季兩個季度結(jié)束時,模糊PID控制器相比于傳統(tǒng)控制器分別能節(jié)約8.77%和12.31%的能耗。另外,在運行過程也可以看出,隨著時間的增加,模糊PID系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu)勢更加明顯。這主要得益于模糊PID控制器具有更加舒適合理的目標溫度,并能快速、準確地達到該目標溫度。

        圖5 冬季和夏季模糊PID溫度控制結(jié)果

        圖6 冬季和夏季模糊PID溫控與傳統(tǒng)溫控能耗對比

        4 結(jié)束語

        本文針對非線性、滯后大、慣性大的室內(nèi)空調(diào)溫度控制系統(tǒng),研究了在較長時間、較大溫度范圍內(nèi)的模糊PID控制算法。在本次研究中,通過PID控制與模糊控制的有效結(jié)合,實現(xiàn)了動態(tài)溫度控制,在冬、夏兩季,控制系統(tǒng)的偏差分別小于1.9℃及1.5℃,誤差率5%的調(diào)節(jié)時間分別為0.21 h以及0.13 h,符合居民對空調(diào)房間溫度的控制要求。隨后,在能耗對比中,本模糊PID控制系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)溫控系統(tǒng),在冬、夏兩季分別能節(jié)省能耗8.77%和12.31%。綜上,通過借助模糊PID技術(shù)的空調(diào)房間溫度控制,能夠有效克服傳統(tǒng)溫度控制器的局限,同時也能夠在計算機中快速實現(xiàn),更加適用于空調(diào)系統(tǒng)的實時控制,具備了極為廣泛的運用價值。

        猜你喜歡
        系統(tǒng)
        Smartflower POP 一體式光伏系統(tǒng)
        WJ-700無人機系統(tǒng)
        ZC系列無人機遙感系統(tǒng)
        北京測繪(2020年12期)2020-12-29 01:33:58
        基于PowerPC+FPGA顯示系統(tǒng)
        基于UG的發(fā)射箱自動化虛擬裝配系統(tǒng)開發(fā)
        半沸制皂系統(tǒng)(下)
        FAO系統(tǒng)特有功能分析及互聯(lián)互通探討
        連通與提升系統(tǒng)的最后一塊拼圖 Audiolab 傲立 M-DAC mini
        一德系統(tǒng) 德行天下
        PLC在多段調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用
        国产精品久久久免费精品| 18禁国产美女白浆在线| 热综合一本伊人久久精品| 久久综网色亚洲美女亚洲av| 美女张开腿让男人桶爽| 中文文精品字幕一区二区| 91国产自拍视频在线| 精品亚洲一区二区三区四区五| 性xxxx18免费观看视频| 久久艹影院| 成人黄网站免费永久在线观看| 在线视频中文字幕一区二区三区| 国产喷水1区2区3区咪咪爱av| 国产乱视频| 国产日产免费在线视频| 国产一级一级内射视频| 日本老熟妇毛茸茸| 丰满少妇爆乳无码专区| 国产在线视频一区二区三区不卡| 深夜爽爽动态图无遮无挡| 无码久久精品国产亚洲av影片| 免费无码又爽又刺激又高潮的视频| 色小姐在线视频中文字幕| 中文人妻av久久人妻水蜜桃| 欧洲熟妇色xxxx欧美老妇多毛网站| 国产在视频线精品视频二代| 东风日产车是不是国产的| 一区二区三区av波多野结衣| 久草视频国产| 少妇隔壁人妻中文字幕| 99久久无码一区人妻| 国产高潮国产高潮久久久| 四虎国产精品成人影院| 免费播放成人大片视频| 午夜精品久久久久久99热| 亚洲毛片αv无线播放一区| 免费黄网站一区二区三区| 成人麻豆日韩在无码视频| 四虎影院在线观看| 日本国主产一区二区三区在线观看| 日本在线精品一区二区三区|