基于模糊自适应pid的室温控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于模糊自适应PID的室温控制装置，其特征在于，包括：温度传感器、风量传感器、模糊自适应PID控制器装置、送风风机、变频器、末端风阀；温度传感器、风量传感器分别与模糊自适应PID控制器装置的输入端相连；模糊自适应PID控制器装置的输出端分别连接末端风阀和变频器的输入端，变频器输出端连接送风风机，变频器的输出端连接模糊自适应PID控制器装置的输入端。本实用新型响应速度加快，超调量明显减小，在线参数自整定能力强，具有较好的抗干扰性和较强的自适应能力，同时能在房间部分负荷运行条件下降低风机的能耗，具有较好的节能效果。
【专利说明】基于模糊自适应PID的室温控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种室温控制装置，具体涉及一种基于模糊自适应PID的室温控制装置，本实用新型属于室温控制领域。
【背景技术】
[0002]中央空调系统是一个具有时滞、时变、非线性和大惰性的复杂系统，其复杂性导致中央空调系统难以用精确的数学模型或方法来描述；且由于中央空调系统的动态特征，只有所采用的控制系统能够在空调系统运行过程中在线地积累与综合有关的信息，并即时地修正或调节系统的控制参数，才能使空调系统始终处于最优或接近最优的工作状态。很明显，常规的PID控制是无法做到的，而且其对中央空调系统的控制难以获得较好的节能效果。此外，采用常规的PID控制时，比例、积分和微分三个参数的调整通常依靠经验，是一项非常费时费力的工作，且难以找到一组合适的PID常数。
[0003]随着模糊控制技术应用的日渐成熟，又由于模糊控制不依赖于被控对象的精确数学模型，能够克服非线性因素的影响，对调节对象的参数变化具有较强的鲁棒性，所以将模糊控制与传统的PID控制结合已应用于许多领域。但是现有技术中尚不存在基于模糊自适应PID的室温控制装置及控制方法。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于模糊自适应PID的室温控制装置。
[0005]为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案:
[0006]基于模糊自适应PID的室温控制装置，其特征在于，包括:温度传感器、风量传感器、模糊自适应PID控制器装置、送风风机、变频器、末端风阀；温度传感器、风量传感器分别与模糊自适应PID控制器装置的输入端相连，温度传感器用于检测室内温度，风量传感器用于检测房间风量；模糊自适应PID控制器装置的输出端分别连接末端风阀和变频器的输入端，变频器连接送风风机，变频器的输出端连接模糊自适应PID控制器装置的输入端。
[0007]前述的基于模糊自适应PID的室温控制装置，其特征在于，所述模糊自适应PID控制器装置包括工业控制计算机、可编程控制器，工业控制计算机连接可编程控制器，温度传感器、风量传感器和变频器的输出端分别与可编程控制器的输入端相连，可编程控制器的输出端分别连接末端风阀和变频器的输入端。
[0008]前述的基于模糊自适应PID的室温控制装置，其特征在于，所述模糊自适应PID控制器装置还包括第一转换模块、第二转换模块、第三转换模块、通信模块，工业控制计算机经通信模块连接可编程控制器，温度传感器、风量传感器和变频器的输出端分别经第一转换模块连接所述可编程控制器，可编程控制器经第二转换模块连接末端风阀，可编程控制器经第三转换模块连接变频器的输入端。
[0009]前述的基于模糊自适应PID的室温控制装置，其特征在于，工业控制计算机和通信模块之间通过串行通信总线相连；所述可编程控制器为西门子S7-200型PLC或西门子S7-300 型 PLC。
[0010]前述的基于模糊自适应PID的室温控制装置，其特征在于，所述可编程控制器包括变频风机模糊自适应PID控制器和末端模糊自适应PID控制器；温度传感器连接第一比较器的输入端，第一比较器用于检测室温设定值和温度传感器检测温度之间的差值，第一比较器的输出端连接风阀开度判断器的输入端，风阀开度判断器用于检测末端风阀的风阀开度是否处于最值，本实用新型不限制风阀开度判断器的具体实现方式，本领域技术人员可以参照现有的风阀的通用开度信号判断方式进行设置；风阀开度判断器的输出端分别与变频风机模糊自适应PID控制器和末端模糊自适应PID控制器相连；变频风机模糊自适应PID控制器的输出端连接变频器；风量传感器连接第二比较器的输入端，第二比较器用于比较现有风机风量和房间风量的差值，第二比较器的输出端连接末端模糊自适应PID控制器的输入端，末端模糊自适应PID控制器的输出端连接末端风阀。
[0011]本实用新型的有益之处在于:本实用新型将模糊控制与常规的PID控制相结合，根据实时工况调整对象的控制参数值，使系统的响应速度加快，超调量明显减小，在线参数自整定能力强，具有较好的抗干扰性和较强的自适应能力，弥补了常规PID控制存在的较大延迟和惯性等问题，同时能在房间部分负荷运行条件下降低风机的能耗，具有较好的节能效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型基于模糊自适应PID的室温控制装置的整体结构示意图；
[0013]图2是本实用新型基于模糊自适应PID的室温控制装置的一个优选结构示意图；
[0014]图3是本实用新型模糊自适应PID控制的原理图；
[0015]图4是本实用新型模糊自适应PID控制的室温控制系统的一种控制流程图。
[0016]图中附图标记的含义:
[0017]1、模糊自适应PID控制器装置。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。
[0019]参照图1所示，本实用新型基于模糊自适应PID的室温控制装置，其特征在于，包括:温度传感器、风量传感器、模糊自适应PID控制器装置1、送风风机、变频器、末端风阀；温度传感器、风量传感器分别与模糊自适应PID控制器装置I的输入端相连，温度传感器用于检测室内温度，风量传感器用于检测房间风量；模糊自适应PID控制器装置I的输出端分别连接末端风阀和变频器的输入端，变频器连接送风风机，变频器的输出端连接模糊自适应PID控制器装置I的输入端。
[0020]本实用新型采用了模糊控制技术，由于模糊控制不依赖于被控对象的精确数学模型，能够克服非线性因素的影响，对调节对象的参数变化具有较强的鲁棒性，所以本实用新型将模糊控制与传统的PID控制结合，得到基于模糊自适应PID的室温控制装置。
[0021]实际运行时，模糊自适应PID控制器装置I用于控制末端风阀的开度，控制变频器的频率，而变频器控制送风风机，以此来最终控制房间的温度。温度传感器用于检测房间温度，风量传感器设置在末端风阀处，用于检测房间的进风量，而变频器的输出端连接模糊自适应PID控制器，给模糊自适应PID控制器提供一个变频器频率的反馈信号。
[0022]作为进一步的改进，模糊自适应PID控制器装置I包括工业控制计算机、可编程控制器，工业控制计算机连接可编程控制器，温度传感器、风量传感器和变频器的输出端分别与可编程控制器的输入端相连，可编程控制器的输出端分别连接末端风阀和变频器的输入端。这样，本实用新型的模糊自适应PID控制器装置I具有很强的在线参数自整定能力。
[0023]实际中，本实用新型的各模块之间还需要通过一些用于信号转换的模块。作为优选，如图1所示，模糊自适应PID控制器装置I还包括第一转换模块、第二转换模块、第三转换模块、通信模块，工业控制计算机经通信模块连接可编程控制器，温度传感器、风量传感器和变频器的输出端分别经第一转换模块连接可编程控制器，可编程控制器经第二转换模块连接末端风阀，可编程控制器经第三转换模块连接变频器的输入端。
[0024]本实用新型不限制各模块的具体物理装备的型号，但作为优选，工业控制计算机和通信模块之间通过串行通信总线相连；可编程控制器为西门子S7-200型PLC或西门子S7-300 型 PLC。
[0025]图2是本实用新型基于图1的一个优选结构示意图。如图2所示，可编程控制器包括变频风机模糊自适应PID控制器和末端模糊自适应PID控制器；温度传感器连接第一比较器的输入端，第一比较器用于检测室温设定值和温度传感器检测温度之间的差值，第一比较器的输出端连接风阀开度判断器的输入端，风阀开度判断器用于检测末端风阀的风阀开度是否处于最值；风阀开度判断器的输出端分别与变频风机模糊自适应PID控制器和末端模糊自适应PID控制器相连；变频风机模糊自适应PID控制器的输出端连接变频器；风量传感器连接第二比较器的输入端，第二比较器用于比较现有风机风量和房间风量的差值，第二比较器的输出端连接末端模糊自适应PID控制器的输入端，末端模糊自适应PID控制器的输出端连接末端风阀。
[0026]图2在实际运行时，可以按照如下步骤进行:将从温度传感器实时采集到的温度信号送入可编程控制器中，通过末端模糊自适应PID控制器和变频风机模糊自适应PID控制器中的算法进行计算处理，得出相应的控制信号用于对末端风阀的开度及变频器进行控制，通过调节送入房间的风量大小进而实现对房间温度的控制。从图2所示的变风量空调系统的室温控制原理图中可知，本实用新型优先调节末端风阀的开度，从所述可编程控制器比较风阀开度，当风阀开度未处于最值状态时，则由所述末端模糊自适应PID控制器发出控制信号控制末端风阀开度，调节送入房间的风量对室温进行调节，此时所述风机变频器不做任何动作，这里所谓风阀开度最值是指风阀处于开度最大或者最小的时候；当风阀开度处于最值状态时，保持末端风阀开度不变，由所述变频风机模糊自适应PID控制器发出控制信号调节变频器的频率，以调节送风风机的转速，从而达到调节室温的目的。
[0027]图3给出了本实用新型模糊自适应PID控制的原理图。其基本思想是找出PID三个参数与系统误差e和误差变化率ec之间的模糊关系，在运行中不断检测e和ec，然后根据模糊控制原理对3个参数进行在线修改，满足不同e和ec时对控制参数的不同要求，从而使被控对象具有良好的动、静态性能。图4是本实用新型模糊自适应PID控制的室温控制系统的一种控制流程图。其具体步骤为:
[0028]步骤一、数据预处理，通过温度传感器测得的数据，与预先设定的室内温度对比，计算得出温度偏差e和温度偏差变化率ec ；
[0029]步骤二、温度偏差变量e和温度偏差变化率ec变量模糊化，根据计算得到的温差和温度偏差变化率，按照预先编制好的程序计算得出温度偏差及温度偏差变化率模糊量E和EC ；
[0030]步骤三、模糊推理及反模糊化，根据得到的温度偏差及温度偏差变化率模糊量E和EC，按照预先编制好程序在模糊规则库中查表计算得出模糊控制量，根据计算得到的模糊控制量，按照预先编写的程序反模糊化计算得出输出量，即PID的三个参数变化值ΛΚΡ、AK1, AKd ；
[0031]步骤四、控制器新参数的计算，根据计算获得的输出量，按照预先编写的程序及预先设定的控制器参数，计算得出新的参数KP、K1、KD ;
[0032]其中新参数的获得是通过下式计算得出的:
【权利要求】
1.基于模糊自适应PID的室温控制装置，其特征在于，包括:温度传感器、风量传感器、模糊自适应PID控制器装置、送风风机、变频器、末端风阀；温度传感器、风量传感器分别与模糊自适应PID控制器装置的输入端相连，温度传感器用于检测室内温度，风量传感器用于检测房间风量；模糊自适应PID控制器装置的输出端分别连接末端风阀和变频器的输入端，变频器连接送风风机，变频器的输出端连接模糊自适应PID控制器装置的输入端。
2.根据权利要求1所述的基于模糊自适应PID的室温控制装置，其特征在于，所述模糊自适应PID控制器装置包括工业控制计算机、可编程控制器，工业控制计算机连接可编程控制器，温度传感器、风量传感器和变频器的输出端分别与可编程控制器的输入端相连，可编程控制器的输出端分别连接末端风阀和变频器的输入端。
3.根据权利要求2所述的基于模糊自适应PID的室温控制装置，其特征在于，所述模糊自适应PID控制器装置还包括第一转换模块、第二转换模块、第三转换模块、通信模块，工业控制计算机经通信模块连接可编程控制器，温度传感器、风量传感器和变频器的输出端分别经第一转换模块连接所述可编程控制器，可编程控制器经第二转换模块连接末端风阀，可编程控制器经第三转换模块连接变频器的输入端。
4.根据权利要求3所述的基于模糊自适应PID的室温控制装置，其特征在于，工业控制计算机和通信模块之间通过串行通信总线相连；所述可编程控制器为西门子S7-200型PLC或西门子S7-300型PLC。
5.根据权利要求2至4任一项所述的基于模糊自适应PID的室温控制装置，其特征在于，所述可编程控制器包括变频风机模糊自适应PID控制器和末端模糊自适应PID控制器；温度传感器连接第一比较器的输入端，第一比较器用于检测室温设定值和温度传感器检测温度之间的差值，第一比较器的输出端连接风阀开度判断器的输入端，风阀开度判断器用于检测末端风阀的风阀开度是否处于最值；风阀开度判断器的输出端分别与变频风机模糊自适应PID控制器和末端模糊自适应PID控制器相连；变频风机模糊自适应PID控制器的输出端连接变频器；风量传感器连接第二比较器的输入端，第二比较器用于比较现有风机风量和房间风量的差值，第二比较器的输出端连接末端模糊自适应PID控制器的输入端，末端模糊自适应PID控制器的输出端连接末端风阀。
【文档编号】F24F11/02GK203396032SQ201320353988
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2013年6月19日
【发明者】卢萍, 白建波, 卢建, 李洋 申请人:河海大学常州校区