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智能控制技术在中央空调系统节能中的应用探讨

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：高磊

[导读] 摘要：由于中央空调系统的能耗高，系统比较复杂，传统的控制技术达不到有效的节能控制，从而引进了智能控制技术。

        广东省中山市TCL空调器（中山）有限公司 528427
        摘要：由于中央空调系统的能耗高，系统比较复杂，传统的控制技术达不到有效的节能控制，从而引进了智能控制技术。运用智能控制理论中的模糊控制及神经网络控制原理，探讨研究智能控制技术在中央空调系统运行节能中的应用，并具体分析了模糊控制在定风量和变风量空调系统中的应用情况。
        关键词：智能控制技术；中央空调系统；节能应用
        引言
        科学技术的飞速前行，让人们的生活质量和各方面都得到提升，所以日常生活中对环境有着更高的要求，由此中央空调的系统应用呈现出广泛快速发展的态势，但是由于中央空调功能耗电量比较大，因而需要在使用过程中通过智能化系统控制能源消耗，不仅方便百姓生活，也能节约能耗，一举两得。
        1 智能控制
        1.1 智能控制概念
        智能控制是自动控制发展的高级阶段，是控制论、系统论、信息论和人工智能等多种学科交叉和综合的产物，为解决那些用传统方法难以或不能很好解决的复杂系统的控制提供了有效的理论和方法。智能控制系统主要包括模糊控制系统、神经网络控制系统等，近年来研究较多的智能控制技术主要是模糊控制和神经网络控制。
        1.2 智能控制技术
        在中央空调节能控制中，模糊逻辑控制和神经网络的应用主要是构造控制器。用它们控制的变频调速，可以实现中央空调水系统或者风系统真正意义上的变温差，变压差变流量运行，使控制系统具有高度的跟随性和应变能力。可根据对被控动态过程特征的识别，自适应地调整运行参数，实现在线调节，以获得最佳的节能控制效果。专家系统则是用于系统建模，通过“技术集成”，将各种智能技术有机地结合在一起，实现中央空调系统节能控制。
        1.2.1 模糊控制
        模糊控制FLC（FuzzyLogicControl）是人工智能领域中形成最早、应用最广泛的一个重要分支，适合于结构复杂且难以用传统理论建模的问题。模糊控制的核心是模糊控制器，它是按照人的实际操作
        经验通过模糊算法模仿人的操作策略，实现以机器代替人的生产过程的自动控制设备。实质上反映的是输入语言变量和输出语言变量以及语言规则的模糊定量关系和算法结构。设计一个模糊控制器主要需完成以下三个任务，即精确量的模糊化、模糊推理、反模糊化。
        传统的PID控制流程是：
        给定参数——PID控制器——执行机构——被控对象
        模糊控制流程是：
        采集参数——A/D转换——模糊控制器——D/A转换——执行机构——被控对象
        因此，传统的PID控制无法根据参数的变化自适应地控制输出，而模糊控制是不断采集参数，根据参数的变化，自动地根据压差、温差等的变化调节变频器的开度，控制输出。因此，能获得更好的节能效果。模糊控制系统结构图如图1所示。

        图1 模糊控制系统结构图
        1.2.2 神经网络控制
        在神经网络控制中，模仿的是人类大脑中的神经系统，建立类似与以神经细胞为基础的模型，其节点为神经元，其活动网络为网络拓扑结构，在神经网络系统中，最简单的处理单元是神经元，采用神经网络控制，在理论上可以实现与非线性映射的一一对应，也就是无限逼近非线性映射，从而解决了复杂和不确定的系统控制问题，并且保证了整个系统的稳定性，鲁棒性以及容错性，在该网络中，有多个输入和多个输出，因此实现了对环境变化的实时控制，在中央空调节能控制中应用神经网络具有十分重要的现实意义，通过传感器得到各个房间内的湿度、温度以及人数等信息，并输入神经网络控制系统中，通过相关程序计算出人体的舒适度值，通过反馈控制实现最优化控制。
        2 中央空调系统节能控制的要点分析
        中央空调系统主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统、空调机组中的空气加热、冷却、去湿、加湿以及冷热源设备等组成，其节能控制的关键就在于实际输出量与实际负荷量的相适应。因此中央空调系统技能控制的要点首先就是控制参数的调节，包括空气的压力、温差、湿度和温度等等，中央空调控制系统会自动根据预定的控制参数来调节系统覆盖范围之内的各项参数指标。
        而对于冷热水温度和蒸汽压力的测量则是测量回水流量、温度和压力的重要环节，通过对于此环节的智能化控制，则能够有效的实现中央空调覆盖范围之内的舒适性与自身的能耗相适应。另外节能控制的关键还在于对于冷冻水系统和冷却水系统的控制统，冷冻水和冷却水能够实现中央空调系统的正常运行，但是同时也会造成中央空调系统重复能量的消耗，对于冷冻水系统和冷却水系统的智能控制可以在确保中央空调正常运行的状态之下，有效的降低系统的能量消耗。
        3　中央空调系统智能控制应用要点
        3.1　定风量系统控制
        定风量空调系统风量稳定性强，可无视负荷变化带来的影响，风机持续维持全风量运行状态，以改变送风温度的方式来对室内冷热负荷进行调节，达到调节室内温湿度的目的。一般中央空调系统包括供暖、供冷、除湿以及加湿等基础功能，利用智能控制技术来控制排风口、回风机以及电动风门，满足不同情况下的全新风、循环式以及自动混合式运行需求，具有比较明显的节能效果。将模糊控制技术应用到定风量系统中，可实现空调回风温度自动调节、回风阀与排气阀比例调节、空调回风湿度自动调节等。第一，回风温度调节。其为定值控制系统，由智能模糊控制器比较回风温度传感器所测得回风温度，同时按照控制规律来对表面式换热器回水调节阀开度进行调节，控制好冷冻水添加量，控制室内温度维持在设定的恒定值。在这个过程中可将新风温度看作为系统扰动量，调节后保证其可以滞后于新风温度的变化，并且将新风温度传感器反映的新风温度作为前馈信号加入回风温度调节系统中看，还可以提高系统调节可靠性。第二，回风湿度调节。调节控制模式与回风温度调节系统相似，以提前设定的控制规律来对加湿器阀开度进行调节，改变加湿蒸汽流量大小，来达到控制室内湿度的目的。
        3.2　变风量系统控制
        变风量系统主要是空调房间内的冷热负荷在出现变化以后，调节风量的系统，但是调节时不是通过转变风的温度维系室内的温湿状况，是要借于风量的转变让室内的温度状况达到合理化，进而调整室内的状况，在变风量空调系统中，每一个房间内都要设置一个末端装置，该装置的本质是一个可靠风阀，通过该风阀控制送入室内的风量大或者小，这样能够单独控制整个房间的湿度状况。由于变风量空提系统的提点是在送风温度保持不变的情况下，即表冷器的回水调节阀开度状况稳定的时候，借助于变频器调整送风机的运转速度，目的是转变实际预定好的送风量。
        结束语
        随着人们节能意识的增强，对于建筑中具有高能耗的空调系统节能控制提出了更高的要求。智能控制是自动控制发展的高级阶段，其在实际中央空调系统的控制中表现出了很好的节能效果，具有广阔的发展前景。由于中央空调系统的复杂性，加上智能控制技术本身存在着不足，所以各种智能控制方法之间或者智能控制与经典控制和现在控制方法相互结合，构建成性能更好的智能控制系统（如模糊神经网络控制、模糊PID控制、神经PID控制等），才能取得更好的节能控制效果。由此可见，这些新型的智能控制技术在中央空调系统节能控制中将具有更广泛的应用前景。
        参考文献：
        [1]中央空调监控系统中应用智能控制技术研究[J].陈运宜. 无线互联科技.2016（12）
        [2]组态软件下的中央空调监控系统研发机制探讨[J].陈均云，汪林飞，卢怀玉. 科技展望.2016（16）
        [3]如何跳出中央空调维修的五大误区？[J].盛学章. 机电信息.2017（34）
        [4]中央空调系统节能中的智能控制技术探讨[J].徐洋. 山东工业技术.2017（23）
        [5]中央空调制造商远程监控方式探究[J].张春华，于忠森，吕祥彬. 机电信息.2017（13）