神经网络控制技术在变风量空调中的应用.研究

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1、同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：磊二q枷甲年3月2乃Et第1章绪论1．1引言空调系统的目的是为了给室内人员创造舒适的室内环境。通常而言，系统的设计是以满负荷为基准的，因而在运行中大多数情况是偏离设计工况的。于是，为了在负荷不断变化的情况下保持舒适的室内环境，适

2、合稳定的控制系统及良好的控制策略就显得很重要了。同样，通过准确地控制室内参数(温度、压力、相对湿度等)也能起到节约能耗的作用。空调系统的效率取决于系统形式和控制策略，如控制参数的设定、控制顺序及控制器的调试方式等。近几年来，变风量空调受到了重视，越来越多的建筑选择使用该空调形式，其中很重要的原因在于变风量系统与传统的空调形式(定风量系统)相比较节能的效果是很明显的。但另一方面，系统的控制是很困难的。随着计算机能耗管理和控制系统(EMCS)的普及，它和直接数字控制技术(DDC)的结合能够达到较复杂的上位机控制。目前，空调控制系统的研究主要包括节能控制、空调系统的动态性能、调

3、试方式、各控制回路之间的相互影响以及控制系统的优化。许多学者围绕变风量控制系统的设计、动态性能和控制策略展开了研究。其中，模拟以及实验研究结果都表明，除了能耗较低的优点，该系统还具有温湿度控制精度高，能较好地满足室内环境品质要求的特点n1。但为了使系统达到预期的控制效果，系统还需要鲁棒控制策略口1。变风量空调系统是在70年代能源危机后受到重视的。但在使用的初始阶段，和很多新技术的发展一样，碰到了许多问题，如设计不当、控制不善等导致许多运行问题，这给人们留下了负面的影响。但随着经验的积累和技术的进步，变风量系统的运用将会更加高效口1。为全面了解系统的特点，需要深入理解设备部

4、件的理论、控制系统的设计标准和使用情况。变风量系统的本质是通过改变末端设备送风量来满足逐时变化的室内冷负荷或热负荷。在集中式空调运用中，一般通过变风量末端(VAVBox)来控制送风量的变化。该系统运行的优劣主要取决于设计者所选用的变风量末端的形式及控制方式。具体来讲，送风量的控制是通过变风量末端设备来实现第1章绪论的，室内温度控制器通过调节变风量末端设备中风阀的位置来改变送入室内的风量。运行良好的变风量系统能够准确地控制室内的温湿度，但如果设备不能按照设计意图运行的话，就很难达到要求的室内环境品质口1。这种情况下，系统的运行成本往往也会大大增加。因此，变风量系统的控制研究

5、仍是空调领域一个重要的话题。至此，本节主要通过一些现状来阐明变风量系统在空调发展。本篇论文的研究重点主要分为三块：1)变风量空调系统及其设备的性能和特点；2)变风量控制方式的实验研究；3)控制方式的研究和比较认证。1．2变风量空调系统及其设备的动态性能大多数变风量空调系统是通过末端的风阀开度或风机转数变化来控制送入室内的风量。从控制的观点来讲，室内的温度到达设定值需要一个缓慢的过程，这主要是由建筑维护结构的热惰性决定的。T．Matsuba¨3等人通过简单地建立房间模型来研究房间空调。114工t-台月匕u。该房间假设为无冷风渗透的，空调形式是无经济器的变风量空调系统。数值系

6、统模型是由带滞后的双线性反馈模型和一个参数稳定分析器构成。文中论述了保持系统稳定的参数变化范围，以及确定了控制参数的标准。但论文并没有分析实际系统的硬件设备，因此对实际工程的应用是不适合的。Maxwell嵋1等人对冷盘管的动态性能和控制方式进行了一系列理论和实验研究。他们通过实验台的实际运行数据建立了盘管的模型。通过分析还得出了PID控制器参数并在实验台上通过验证。但在研究中，冷盘管被看作单一的孤立系统来研究，这在实际空调系统中是不现实的，因为空调系统的各个控制回路间往往是相互影响的。Mehta哺1对风机盘管空调系统控制动态性能做了研究。文章主要从建筑能耗和室内人员热舒适

7、角度，使用比例积分控制器研究系统控制的效果。通过建立合理的系统模型来描述系统的调节范围、比例带、启停时间、盘管制冷量和部分负荷性能等参数之间的关系，并通过实验研究这些参数对建筑能耗和室内人2第1章绪论员热舒适的影响效果进行了研究。这些研究对减少系统能耗的控制策略是十分有意义的。但不足的是，上述结果只对使用风机盘管的空调区域有借鉴作用，而对集中式空调的贡献不大。Virk盯1等人提出一种先进的预测控制技术来对房间温度进行控制，并将这种技术与传统的控制的开关控制及PID控制进行了比较。基于某空调房间实验结果，文中对预测开关控制、传统