摘 要
随着科学技术的不断进步，现代工业和工程项目中的被控对象越来越复杂，这些系统大多数具有多变量、强耦合、时变和非线性等特点，很难建立精确数学模型。中央空调系统就是一个典型的例子。空调控制系统是智能建筑中楼宇自动化的一个非常重要的组成部分，在各个行业、各个部门中得到了广泛的应用，因此对空调控制系统的研究十分必要。采用基于精确数学模型的传统控制理论难以达到空调系统建模和控制的要求。模糊控制以其结构简单、鲁棒性强、不需要被控对象的数学模型等优点得到了广泛应用。因此，有理由将模糊控制用在中央空调系统的控制中。然而模糊控制也存在控制精度不高、 “规则爆炸”等问题，变论域模糊控制算法的提出在一定程度上解决了这些问题。 关键字：中央； 系统； 控制； 模糊； 智能
ABSTRACT
With the development of science and technology, the controlled object is more and more complicated modern industries and projects, most of these systems has the characteristics
of multivariable, strong coupling, time-varying and nonlinear, it is difficult to establish accurate mathematical model. The central air-conditioning system is a typical example. Air conditioning control system is a very important part of building automation system in intelligent building, has been widely used in various industries, various departments, therefore it is necessary to study on the air conditioning control system. The modeling and control of air conditioning system based on the traditional control theory is difficult to achieve accurate mathematical model of the requirements. Fuzzy control with the advantages of simple structure, strong robustness, does not need the mathematical model of the controlled plant widely used. Therefore, there is reason to apply the fuzzy control in the control of the central air conditioner system. However, fuzzy control also has the control accuracy is not high, "rule explosion" problem, variable universe fuzzy control algorithm to solve these problems.
Keywords: Central; system; fuzzy control; intelligent;
第一章 黑龙江卫生信息网概述
空调系统是一个多干扰、大惯性的高度非线性系统，难于建立实际的控制模型。因此，基于模型控制的传统PD控制较难取得良好的控制效果。而模糊控制器是一种近年来发展很快的新型控制器，它能够方便地将专家的经验与推理输入到计算机中，使计算机在控制时可以像人一样思考并解决问题，从而达到控制被控对象的目的。实践证明呐(模糊)控制器有更快的响应和更小的超调，对过程参数的变化也不敏感，具有很强的鲁棒性，可以克服非线性因素的影响，但在控制精度方面，模糊控制没有PD控制理想。因此如果采用模糊控制与经典PD小川控制相结合的控制策略，使系统既有PD控制的精度高的特点，又具有模糊控制的灵活、适应性强的特点。本文提出了中央变频空调模糊控制系统的设计方案。
第二章 国内外空调研究发展及状况
2.1国内外空调的发展
随着智能建筑的兴起以及人们生活水平的提高， 在建筑中大量采用了空调系统及相关设备， 规模日益庞大， 空调系统成为智能建筑中楼宇自动化的一个非常重要的组成部分。 空气调节技术己成为我国科学技术发展中的重要学科， 近年来， 空气调节技术在国民经济各个领域和人民生活的各个方面得到了广泛应用。空调即空气调节，主要是通过一定的空
调设备和调节手段对空气进行处理。空气调节的任务就是在任何自然环境下， 将室内空气维持在一定的温度、 湿度、catia创成式外形设计 气流速度以及一定的洁净度， 在各个行业、各个部门中得到了广泛的应用。目前中央空调的主要研究内容和控制手段目前对于中央空调的研究主要集中在以下几个方面：
（1）中央空调系统的结构；
（2）冷源和制冷机的研究；
（3）大型中央变频空调；
（4）使空调工作在节能和最有效状态的控制方法；
（5）高性能空调的自动控制技术。
在硬件实现手段上，就目前而言，中央空调控制系统正从设施集成型向系统集成型方向飞速发展，呈现出以下新的技术和发展趋势：
（1）应用既有硬件又有软件的多功能的微处理器指令，控制空调过程的运行。与传统的模
拟量的电动气动自控系统相比大大改善了自动控制的功能控制逻辑和精度。
（2）中央空调系统是一个具有强烈动态特点的时变性、变量多、非线性系统干扰因素多。因此，传统的基于精确数学模型的定量控制方法在其中的应用受到一定的限制。 难以达到满意的控制效果。 将智能控制系统应用于中央空调控制系统，是解决这个问题的较好方法。
（3）运用新的微机技术及网络数据通讯技术，发展和完善中央空调自控系统中自动化管理软件的模块功能，以实现最优控制。
（4）可编程控制器 PLC 在空调自动控制领域中的深入应用，为空调控制系统提供了便利的条件。
2.2国内外空调研究的状况
2.2.1国内研究状况
20 世纪 70 年代， 常规 PID 控制在空气调节中的应用比较广泛， 但是由于 PID 算法只有
在系统模型参数不随时间变化的情况下才取得理想效果。当一个已经调好参数的 PID 控制器被应用于另外一个具有不同模型参数的系统时，系统的性能就会变差，甚至不稳定。再加上空调系统的高度非线性以及温湿度之间的强耦合关系，研究者们转向了其它高级控制方法，如模糊控制、自适应控制、最优控制及神经网络控制模糊控制与传统的 PID 控制相比，它不完全或不依赖于被控对象的精确数学模型，同时具有自寻优特点，并且在整个控制过程中，计算机在线获取信息和实时处理并给出控制决策，通过不断的优化参数和寻控制器的最佳结构形式，以获取整体最优控制性能。国内学者对模糊控制在空调中的应用研究和空调建模方面做了大量的工作。吴爱国等研究了参数自寻优模糊控制器在中央空调温度控制系统中的应用， 该控制器在综合了输入的比例因子和输出的比例因子对系统的影响后，采用了在输入的比例因子后加入加权因子的方法，优化了控制效果。同时很多文献也给出了广义预测控制、神经网络控制在空调系统中的应用。香港理工大学王盛卫等在 1999 年通过分析空调系统各个环节的热力学特性，用 RC 模型代替空调系统各个环节的模型，此模型便于实验分析。南京建筑工程学院的王建明工程师在 2002 年通过对空调房间的热力学特性的分析给出了变风量系统空调房间的数学模型。 随着控制系统的发展， 人们开始关注基于现代智能控制理论的各环节的模型。同济大学孟华老师在 2004 年从热力学
和传热传质的基本原理出发，以 TRANSYS 溴化锂机组为仿真平台，建立了表冷器的数学模型。文献[10]则针对广义预测控制，推导了空调房间的 CARIMA 模型(受控的自回归积分滑动平均模型)。
2.2.2国外研究状况
许多国家在中央空调的控制领域采用智能控制的研究越来越活跃， 越来越受到人们的重视， 其应用领域也不断扩大。从 80 年代末以来，日本的各空调设备制造公司陆续推出了带有模糊控制的空调器新机型空调器的模糊控制包括从人体舒适感的角度， 模糊判断最佳房间温湿度， 模糊控制房间温湿度及除霜等操作过程1985 年日本“三菱重工”就开发出了以温度恒定为目标的模糊变频空调控制器。在日本，模糊控制技术己被广泛地应用在暖通空调控制系统中西方一些国家针对空调控制的效果， 提出了基于舒适性指标的中央空调控制系统， 其中的关于舒适性指标的测量是一个复杂的问题，出现了直接用来测量舒适性指标的传感器， Albert.P.So 等人于 1994拉美债务危机年开发出空调机组的热舒适性模糊逻辑控制器。同年， S.Huang 和美国的 Nelso 对基于规则的模糊逻辑控制在空调系统的应用做了实验研究， 给出了建立和校正模糊控制规则的策略， 并分析了控制器的多阶继电器特性。Ghiau
s[20]则证明了热交换过程这一非线性过程可以用模糊控制来较好的实现，并且可以克服 PID 控制过程出现的超调。丹麦 Madsen 舒适性测试仪，西德 Lutz 的气候电子探测器，西德 Frank的舒适度仪表，西德 Schdhter 室内气候分析仪，西德 E.Mayer 的舒适性测量仪，日本生产的舒适度传感器等。1999 年 Kashara等设计了自适应 PID 控制器，此控制器可以应用于被控模型不太精确的场所。这些传感器大多数都是采用智能控制的方法，并且多数都是基于神经网络来预测舒适性指标值。可见基于模糊控制的中央空调控制系统设计在西方国家智能控制在空调控制领域内的应用己经很广泛了。综上可知，模糊控制是今后控制界发展的必然趋势，随着计算机技术和智能控制理论的发展，模糊控制必将在空调系统中得到广泛的应用。
第三章 中央空调系统
要讨论空调控制技术，就必须对控制对象即空调系统有全面、深入的了解。只有掌握了其原理、特性、要达到的目的及实现手段才能决定采用何种控制策略。
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3.1空气调节系统
空气调节系统的一般组成空气调节就是把经过一定处理之后的空气，以一定方式送入室内，将室内空气的温湿度、流动速度和洁净度等控制在一定范围内。 通过空气调节的作用， 可以在人们长期停留的地方保持适宜的气候条件，创造良好的劳动、工作和生活环境，或满足某些科学实验、工业生产过程的特殊要求。空气调节的形式很多，按照空气处理设备的设置情况，一般可分为：集中式空调系统(灯光王愿坚又称中央空调)、半集中式空调系统和全分散式空调系统。其中，集中式空调系统的所有空气处理设备(包括风机、冷却器、加热器、加湿器、过滤器等)都设在一个空调集中的空调机房内，其特点是，经集中设备处理后的空气，通过风道分送到各空调房间，因而，系统便于集中管理、维护。此外还具有节能、卫生、噪音小、使用方便等特点，目前已被广泛采用。为了达到空调的目的，发挥空调的作用，就必须有对空气进行处理和调节的措施和方法，一般的空气调节的基本措施，要求其系统的结构组成应包括以下几部分 [23]：
1．进风部分
空调系统在运行过程中必须采用一部分室外的新鲜空气，根据生理卫生对空气新鲜度的要求，空调系统必须有一部分空气取自室外，常称新风。新风必须满足室内工作人员所需要的最小新鲜空气量，其导入口一般设在周围不受污染影响的地方。
2．空气净化部分
由进风部分取入的新风，必须经过一次预过滤，以除去颗粒较大的尘埃。空调系统其用途不同，对空气的净化处理方式也不同。根据过滤的效率不同可以分为初效过滤器、中效过滤器和高效过滤器。因此，在一般空调净化系统中有设置初效过滤器和中效过滤器，还有设置一级初效过滤器，一级中效过滤器和一级高效过滤器的三级过滤装置的高净化系统。
3．空气热湿处理部分
对空气进行加热、降温、加湿和祛湿等有关的处理过程组合在一起统称为空调系统的热湿处理部分。
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