一种地铁车站公共区温度节能控制方法与流程

本发明属于地铁车站温度自动化控制，特别涉及一种地铁车站公共区温度节能控制方法。

背景技术：

1、空间的温度调节都是复杂、滞后、非线性控制系统，地铁车站公共区温度调节便是此种情况。当地铁车站开闭站公共区设备上电运行、停止运行，或早晚间出现乘客进站高峰，车站公共区热源发热量发生急剧变化。公开号为cn1869532的中国发明专利公开了一种集中供冷系统的自动化控制方法，其在调节集中供冷站调节阀时，首先将实时收集车站现场温度，作为第一个pid调节器的反馈输入，与实际操作给定的车站环境温度进行比较，通过pid调节器消除实际环境温度与给定环境温度的偏差，实现对车站环境温度的精确控制。并将冷冻水温度、车站客流量等作为末端空调机及其调节阀控制的扰动变量。如该专利公开的这类利用传统pid控制器进行公共区温度调节的方式，滞后性严重，影响乘客地铁出行体验，造成电能浪费。因此，有必要计算公共区热源发热量，在热源变化时进行超前调节，抵消车站公共区的温度调节的滞后性。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种地铁车站公共区温度节能控制方法，基于发热量的前馈控制器及pid参数的模糊自适应组合应用，对传统pid控制器进行优化，应对车站公共区控制的滞后性和非线性，提高温度调节的快速性、准确性和稳定性。并针对车站公共区人员发热量难以确定的问题，通过视频分析、自动售检票闸机过闸统计、车辆载重综合信息确定车站出入口、换乘通道及地铁列车到站进出乘客人数，确定车站公共区人员总数量，进而确定人员发热量。

2、本发明采用的技术方案是：一种地铁车站公共区温度节能控制方法，基于人员设备发热量前馈补偿-模糊自适应pid控制器，适用于全封闭站台门的地铁车站公共区，包括以下步骤：

3、步骤1：采集公共区实际温度，公共区设定温度与所述公共区实际温度作差得到控制偏差e，

4、步骤2：将所述控制偏差e及控制偏差e随时间变化率de/dt的值ec输入pid模糊逻辑控制器，根据δkp/δki/δkd模糊规则表计算得到变化因子δkp/δki/δkd，进而得到参数kp、ki和kd，

5、表1δkp/δki/δkd模糊规则表

6、

7、步骤3：通过参数kp、ki和kd确定pid控制器gk(s)，将所述控制偏差e输入pid控制器gk(s)，计算得到pid控制器的输出，

8、步骤4：将地铁车站公共区的人员和设备的发热量输入前馈控制器gf(s)，计算得到前馈控制器的输出，

9、步骤5：将所述前馈控制器的输出和pid控制器的输出相减叠加输入至空调器，所述空调器产生冷量作用于地铁车站公共区，

10、步骤6：不断重复上述步骤1-步骤5，实现对地铁车站公共区温度的控制，使公共区实际温度尽可能与公共区设定温度一致。

11、进一步的，所述pid控制器gk(s)的计算公式为：

12、gk(s)＝kp(1+1/kis+kds)

13、式中，s为复频率，系统频域数学模型的自变量。

14、进一步的，所述前馈控制器gf(s)的计算公式为：

15、gf(s)＝k(c1+c2)(1-g2(s))

16、式中，k为放大系数，c1为人员发热量，c2为设备发热量，g2(s)为空调器在工程应用时的空调温度输出冷量的模型。

17、进一步的，人员发热量的计算公式为：

18、c1＝(n1+n2+n3)c1

19、式中，n1为乘客人数，n2为安检员人数，n3为站务员人数，人体发热量在工程上依据经验近似为c1。

20、进一步的，乘客人数通过自动售检票闸机过闸统计、列车载重变化测量和视频分析手段综合确定。

21、进一步的，设备发热量通过能源管理系统确定，或者按照设备的额定功率、工作模式及工作时段对其发热量进行估算。

22、进一步的，所述空调器在工程应用时的空调温度输出冷量的模型传递函数为

23、g2(s)＝k2e-τ2s/(t2s+1)

24、其中：k2为放大系数，τ2为延迟时间，t2为时间常数。

25、进一步的，

26、kp＝kp(1+δkp)

27、ki＝ki(1+δki)

28、kd＝kd(1+δkd)

29、kp、ki、kd为通过试凑法得到的pid参数的初始值。

30、车站公共区热源主要为乘客、安检员、站务员和设备，其中乘客人数、设备发热量均可以通过技术手段得到，安检员人数、站务员人数每天对应时段一般较为固定。在传统pid控制器并联基于地铁车站公共区当前发热量前馈控制器进行补偿，消除人数设备对地铁车站公共区温度控制的影响，同时在传统pid控制器基础上增加pid参数的模糊自适应功能，应对公共区的温度控制的非线性。

31、因非封闭站台门公共区存在活塞风，公共区人员、设备发热量因受活塞风影响而难以准确统计，同时，国内大部分城市站台门主流方案为全封闭站台门，因此本发明仅考虑全封闭站台门情况。

32、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

33、1、本发明通过统计公共区人员和设备发热量，设置基于发热量的前馈控制器，消除因人员及设备发热量变化产生的公共区温度控制的滞后性；增加pid参数的模糊自适应功能，应对公共区的温度控制的非线性，使公共区温度调节具有更好的快速性、准确性和稳定性，提高乘客地铁出行体验及地铁运营服务水平。

34、2、本发明具有节能效果，可以避免传统pid控制器进行公共区温度调节滞后性严重，在公共区人员设备发热量突然增加时出现时公共区温度上升，人员设备发热量消失时温度仍在降低，因此造成的电能浪费。

技术特征：

1.一种地铁车站公共区温度节能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种地铁车站公共区温度节能控制方法，其特征在于，所述pid控制器gk(s)的计算公式为：

3.如权利要求1所述的一种地铁车站公共区温度节能控制方法，其特征在于，所述前馈控制器gf(s)的计算公式为：

4.如权利要求3所述的一种地铁车站公共区温度节能控制方法，其特征在于，所述人员发热量的计算公式为：

5.如权利要求4所述的一种地铁车站公共区温度节能控制方法，其特征在于，所述乘客人数通过自动售检票闸机过闸统计、列车载重变化测量和视频分析手段综合确定。

6.如权利要求3所述的一种地铁车站公共区温度节能控制方法，其特征在于，所述设备发热量通过能源管理系统确定，或者按照设备的额定功率、工作模式及工作时段对其发热量进行估算。

7.如权利要求1或3所述的一种地铁车站公共区温度节能控制方法，其特征在于，所述空调器在工程应用时的空调温度输出冷量的模型传递函数为

8.如权利要求1所述的一种地铁车站公共区温度节能控制方法，其特征在于，

技术总结
本发明提供了一种地铁车站公共区温度节能控制方法，属于地铁车站温度自动化控制技术领域，包括以下步骤：采集公共区实际温度，与公共区设定温度作差得到控制偏差；将控制偏差及控制偏差随时间变化率输入PID模糊逻辑控制器，计算得到参数k<subgt;p</subgt;、k<subgt;i</subgt;和k<subgt;d</subgt;；再连同控制偏差计算得到PID控制器的输出；将地铁车站公共区的人员和设备的发热量输入前馈控制器，计算得到前馈控制器的输出；两个输出相减叠加输入至空调器，所述空调器产生冷量作用于地铁车站公共区。基于发热量的前馈控制器及PID参数的模糊自适应组合应用，对传统PID控制器进行优化，应对车站公共区控制的滞后性和非线性，提高温度调节的快速性、准确性和稳定性。

技术研发人员：朱敏达,党晓勇,顾亚超,衡衍峰,舒移民,薄华新,张英利,张振杰,何友鹏,徐建,兰明明,段博伟,马博超
受保护的技术使用者：中铁电气化勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13