基于模糊PID与预测控制算法的变风量室温控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模糊PID与预测控制算法的变风量室温控制方法，包括：将期望室温与实际室温两者的温度偏差输入模糊自适应PID控制器，计算得出末端风阀开度的PID参数增量，输出校正后的末端风阀开度；利用延时环节将模糊自适应PID控制器末端风阀开度与上一时刻的末端风阀开度相减，得到末端风阀开度的变化量；将末端风阀开度变化量经预测控制算法得到末端风阀实际开度，并使房间温度维持在设定值保持不变。本发明专利技术采用模糊PID和预测控制算法相结合的控制方法，解决了现有技术中空调系统参数整定难度大、工况适应能力差、自适应能力不强的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于模糊PID与预测控制算法的变风量室温控制方法，包括：将期望室温与实际室温两者的温度偏差输入模糊自适应PID控制器，计算得出末端风阀开度的PID参数增量，输出校正后的末端风阀开度；利用延时环节将模糊自适应PID控制器末端风阀开度与上一时刻的末端风阀开度相减，得到末端风阀开度的变化量；将末端风阀开度变化量经预测控制算法得到末端风阀实际开度，并使房间温度维持在设定值保持不变。本专利技术采用模糊PID和预测控制算法相结合的控制方法，解决了现有技术中空调系统参数整定难度大、工况适应能力差、自适应能力不强的技术问题。【专利说明】基于模糊PID与预测控制算法的变风量室温控制方法
本专利技术涉及一种室温控制方法，特别涉及一种基于模糊PID与预测控制算法的变风量室温控制方法。
技术介绍
对于变风量空调系统而言，目前已存在许多控制方式，如常规PID、模糊PID、神经网络控制方式等已成为较为常见的控制技术，但由于传统的PID控制方式对空调系统室温数学模型的精度要求非常高，因此对于具有大时滞、非线性等特性的变风量空调而言，在参数整定方面具有较大难度。在常规PID控制方式基础上发展出的模糊PID控制方式虽然能够在一定程度上适应空调系统室温控制的非线性，但是由于模糊PID主要采用的是由专家经验得出的模糊规则库，在工程实际的应用中不能够对多种工况的变化有较强的适应能力。 预测控制算法作为一种新兴的控制算法，能够利用所辨识出的空调系统室温模型对未来时刻的系统输出进行预测，达到较好的控制效果，但由于单纯预测控制算法在非线性控制方面的自适应能力不够强，在空调系统发生微小负荷变化时，还有可能陷入死区，不能够及时对工况的变化做出响应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于模糊PID与预测控制算法的变风量室温控制方法，解决现有技术中空调系统参数整定难度大、工况适应能力差、自适应能力不强的技术问题。 为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是: 基于模糊PID与预测控制算法的变风量室温控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:预设期望室温； 步骤二:将期望室温与实际室温相比较，计算两者温度偏差； 步骤三:将温度偏差输入模糊自适应PID控制器，计算得出末端风阀开度的PID参数增量，输出校正后的末端风阀开度； 步骤四:利用延时环节将模糊自适应PID控制器末端风阀开度与上一时刻的末端风阀开度相减，得到末端风阀开度的变化量； 步骤五:通过末端风阀开度变化量利用预测控制算法得到末端风阀实际开度，并使空调房间内的温度维持在设定值。 所述预测控制算法包括如下步骤: 步骤101:构建某一时刻实际室温与末端风阀开度变化量的动态响应模型: i CiAu(k-1) I < / < ρ yO<)^ \ ),，其中:y(k)表示k时刻的实际室温，Λu(k-1)表示k-1时刻末端风阀开度变化量，Au (k-1) = u(k-1)-u(k-1_l), a1； a2, a3,..., ap为描述系统动态特性的动态系数，P表示预测控制的时域长度； 步骤102:根据动态响应模型推导得出实际室温的η步预估计算公式: f = + 7。，其中ρ为当前时刻末端风阀开度变化量对室温的η步预估值;Α为由动态系数构成的动态特性矩阵；η为最大预测步长，η〈ρ ；Υ0为过去时刻末端风阀开度变化量对室温η步预估初值；AU为末端风阀开度变化量的矩阵表示； 步骤103:采用滚动优化策略求取AU: 确定代价函数:./=Z + 之/l〔j)[Aw(k+j-l)j，取加权系数 /=1M λ (j)为常数λ，y(k+j)为k+j时刻的实际室温，w(k+j)为k+j时刻的期望室温； 若令W= T，则代价函数表示为: J= (Y-W)T (Y-W) + λ Δ Ut Δ U ； k+j时刻期望室温w(k+j)可表示为: w (k+j) = bJy (k) + (l_bJ) yr ； 其中:y(k)为k时刻的实际室温，yr为预设期望室温，b为柔化系数，其取值范围为 0〈b〈l ； ^ / 今兮并令^7 = 0，则可得: Y=-f， O AU AU= (ΑΤΑ+ λ I) ^1At (W-Y0) 每次只采用AU中的第一个值付诸实施，则k时刻末端风阀开度变化量: Λ u (k) = Ct (AtA+ λ I) ^1At (W-Y0) = dT (W-Y0) 式中:Ct=，dT = Ct (AtA+λ I)-1At; 若矩阵A和λ都已确定的情况下，dT可在离线情况下解出，从而求得末端风阀开度变化量； 步骤104:误差校正:k+l时刻，实际室温y (k+1)与预估室温.沖<+1)之间的偏差r^k+') = v(l<+D-v(l<+l),用此误差加权修正对未来时刻室温进行预测: Yp = (aAu(k) + Yp{))H-hr(k + 1)- K, + hr(k + I) 式中，fp=7为 t = (k+1)T 时刻经过误差修正后所预估的室温，YptI= T表示在t = KT时刻预测的无Au(k)作用时的未来P个时刻所预估的室温，a = T,h = 1为误差校正矢量，Ii1 = 1，T为室温采样周期； 经过校正后的A作为下一时刻的预估初值，令凡(k+z’ + 1) = Mk+A /=I 2 3…，P-1)，从而求得下一时刻的预估初值: v() (/c + / +1) = v(/c + /) + Hj 丨 I r(/c + / ),(/ = 1,2,3...? /? — I) Vο Vn(/: + /) + 1)-y(k + P) +■ hp r(k + ρ) 与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是:采用非参数模型，解决了传统的PID控制方式对室温数学模型精度要求较高的技术问题，并且能够在运行工况受到约束的情况下对空调房间的室温起到良好控制效果；将温度偏差直接输入模糊自适应PID控制器，进而得到末端风阀的开度，能够较好的适应空调系统的负荷变化，对空调系统的非线性特性具有较好的适应能力；本专利技术将模糊PID和预测控制算法技术相结合，既避免了对室温模型的高精度要求，也摆脱了单单靠工程经验的模糊控制规则，还具有一定程度的非线性适应能力，并且当空调房间负荷变化极小时，也不会出现死区现象，即该控制技术的控制精度得到了提高；除此之外，在控制效果上消除了超调量，能快速消除扰动，缩短调节时间，还提闻系统的稳态性能。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术的控制原理图。 图2是模糊控制器工作原理图。 图3是模糊自适应PID在线自校正流程。 图4是室温被控对象的单位阶跃响应曲线。 图5是基于模糊PID与预测控制算法的变风量室温控制算法仿真结果。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。 本专利技术为针对变风量空调系统的室温的控制方法，变风量空调系统是固定送风温度，根据室内负荷的变化自动调节房间的送风量，从而维持房间的温度能够满本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于模糊PID与预测控制算法的变风量室温控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：预设期望室温；步骤二：将期望室温与实际室温相比较，计算两者温度偏差；步骤三：将温度偏差输入模糊自适应PID控制器，计算得出末端风阀开度的PID参数增量，输出校正后的末端风阀开度；步骤四：利用延时环节将模糊自适应PID控制器末端风阀开度与上一时刻的末端风阀开度相减，得到末端风阀开度的变化量；步骤五：通过末端风阀开度变化量利用预测控制算法得出末端风阀实际开度，并使得空调房间温度维持在设定值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白建波，李洋，王孟，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32