建筑冷熱源系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化控制模型的研究.pdf

1、在HVAC系統(tǒng)能耗中，冷熱源的能耗占了相當(dāng)大的比重，HVAC系統(tǒng)的冷熱源運(yùn)行能耗直接影響了系統(tǒng)的能耗特點(diǎn)，并對系統(tǒng)初投資、運(yùn)行費(fèi)用和環(huán)境等產(chǎn)生重要的影響。 在冷熱源優(yōu)化控制研究中，大部分研究都集中在冷熱源系統(tǒng)的單個(gè)組件或某個(gè)子系統(tǒng)的優(yōu)化控制，沒有從系統(tǒng)角度考慮冷熱源系統(tǒng)優(yōu)化控制問題；小部分研究雖然對冷熱源系統(tǒng)提出了優(yōu)化控制方法，但還存在一定的不足，不能較好地運(yùn)用于實(shí)際工程。而在實(shí)際工程中，冷熱源的優(yōu)化控制大部分集中在機(jī)組開啟臺(tái)數(shù)

2、的控制、水溫控制和流量控制等簡單控制，沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的優(yōu)化控制，因此有必要尋找一種優(yōu)化控制方法，既能達(dá)到優(yōu)化的效果，又適合實(shí)際工程的需要。 空調(diào)冷熱源優(yōu)化控制的研究目前主要包括數(shù)學(xué)模型的建立、模型參數(shù)辨識(shí)和優(yōu)化算法等三方面，并且三者是密不可分的。 冷熱源設(shè)備的性能特性分析計(jì)算是冷熱源優(yōu)化控制的基本依據(jù)之一，建立相關(guān)的設(shè)備模型，對冷熱源的優(yōu)化控制具有十分重要的意義。在冷熱源自適應(yīng)優(yōu)化控制研究中，本文以長沙某出版社的冷熱

3、源系統(tǒng)為研究對象，建立了冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔和鍋爐的數(shù)學(xué)模型。 為了解決模型參數(shù)辨識(shí)精度和計(jì)算時(shí)間的矛盾，本文在傳統(tǒng)的遞推最小二乘法基礎(chǔ)上，提出了HVAC系統(tǒng)的遺忘因子模糊自整定的系統(tǒng)辨識(shí)法。在變遺忘因子法中，為了跟蹤模型的時(shí)變參數(shù)，不同的設(shè)備模型需要確定不同的遺忘因子準(zhǔn)則函數(shù)，而運(yùn)用遺忘因子模糊自整定的系統(tǒng)辨識(shí)法后，各設(shè)備模型可通用一個(gè)遺忘因子準(zhǔn)則函數(shù)，既可以減少確定各模型遺忘因子準(zhǔn)則函數(shù)所帶來的繁瑣性，又能保證計(jì)算精度。在

4、運(yùn)用遺忘因子和模糊控制的方法后，整個(gè)過程的計(jì)算量增加不大。本文分別以小型蒸汽吸收式溴化鋰機(jī)組、渦旋式風(fēng)冷熱泵機(jī)組和螺桿式冷水機(jī)組為實(shí)驗(yàn)對象，對遺忘因子模糊自整定的系統(tǒng)辨識(shí)法和相關(guān)文獻(xiàn)l中的變遺忘因子法進(jìn)行了比較。計(jì)算結(jié)果表明，遺忘因子模糊自整定法在快速跟蹤變化的參數(shù)同時(shí)，也保證了參數(shù)估計(jì)的精度，通用性強(qiáng)。 在遺忘因子模糊自整定系統(tǒng)辨識(shí)的基礎(chǔ)上，提出了冷熱源系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化控制模型。冷熱源系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化控制模型包括三個(gè)部分：參數(shù)估計(jì)

5、模型、系統(tǒng)設(shè)備模型和優(yōu)化控制模型。在參數(shù)估計(jì)模型中，為了節(jié)約計(jì)算時(shí)間和減少計(jì)算的復(fù)雜性，采用遺忘因子模糊自整定遞推最小二乘法，對設(shè)備模型的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。系統(tǒng)設(shè)備模型采用辨識(shí)模型，對設(shè)備進(jìn)行能耗計(jì)算。在優(yōu)化模型中，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和約束條件，構(gòu)造懲罰函數(shù)，把原來的約束問題轉(zhuǎn)化為無約束的優(yōu)化問題。在優(yōu)化算法模型中，為了能較好地處理離散參數(shù)和約束條件，采用二進(jìn)制編碼的遺傳算法，對冷熱源系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。為了驗(yàn)證冷熱源系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化控制模型的有

6、效性，利用某出版社的空調(diào)冷源系統(tǒng)對優(yōu)化控制模型進(jìn)行了檢驗(yàn)。經(jīng)計(jì)算分析，優(yōu)化后的系統(tǒng)能耗比優(yōu)化前節(jié)能約7％。為了減少冷熱源系統(tǒng)在線優(yōu)化控制問題的復(fù)雜性和節(jié)約計(jì)算時(shí)間，運(yùn)用近似優(yōu)化控制策略，對冷熱源自適應(yīng)優(yōu)化控制模型進(jìn)行簡化，得到簡化模型。在此基礎(chǔ)上，再運(yùn)用本文提出的優(yōu)化算法對建筑冷熱源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。本文對簡化的系統(tǒng)優(yōu)化控制模型與未簡化的系統(tǒng)優(yōu)化控制模型進(jìn)行了對比，在對比分析中發(fā)現(xiàn)，兩種模型的平均節(jié)能率相差不大，說明系統(tǒng)優(yōu)化控制模型在運(yùn)用近

7、似優(yōu)化策略進(jìn)行簡化后，既可以簡化計(jì)算，又能達(dá)到較好的節(jié)能效果。 在冷熱源優(yōu)化控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場控制也是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。除了開/關(guān)控制，常規(guī)PID控制器是現(xiàn)場控制中應(yīng)用最為廣泛最基本的控制器。但是常規(guī)的PID控制主要是控制具有確切模型的線性過程，而對于非線性、時(shí)變的系統(tǒng)，則很難達(dá)到滿意的控制效果。提出了自適應(yīng)模糊PID控制器模型，可以根據(jù)系統(tǒng)誤差和誤差變化率不斷對PID控制器的輸出進(jìn)行在線調(diào)整。以某空調(diào)房間溫度控制系統(tǒng)為研究對象，

8、對自適應(yīng)模糊PID控制器和常規(guī)PID控制器進(jìn)行了對比。計(jì)算結(jié)果表明，自適應(yīng)模糊PID控制器具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能，并且魯棒性較強(qiáng)。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： (1)冷熱源系統(tǒng)的設(shè)備模型對冷熱源優(yōu)化控制具有重要的影響，考慮到計(jì)算速度的約束，提出了冷卻塔進(jìn)、出水溫差的辨識(shí)模型。 (2)為了辨識(shí)HVAC系統(tǒng)設(shè)備模型的時(shí)變參數(shù)，在傳統(tǒng)的帶遺忘因子遞推最小二乘法基礎(chǔ)上，提出了HVAC系統(tǒng)的遺忘因子模糊自整定系統(tǒng)辨識(shí)法。運(yùn)用遺

9、忘因子模糊自整定的系統(tǒng)辨識(shí)法后，各設(shè)備模型可共用一個(gè)遺忘因子準(zhǔn)則函數(shù)，既可以減少確定各模型遺忘因子準(zhǔn)則函數(shù)所帶來的繁瑣性，又能保證計(jì)算精度。在運(yùn)用遺忘因子和模糊控制的方法后，整個(gè)過程的計(jì)算量增加不大。 (3)在遺忘因子模糊自整定系統(tǒng)辨識(shí)的基礎(chǔ)上，提出了冷熱源系統(tǒng)在線自適應(yīng)優(yōu)化控制模型。 (4)為了能更好地將冷熱源自適應(yīng)優(yōu)化控制模型運(yùn)用于實(shí)際工程，對冷熱源優(yōu)化控制問題進(jìn)行了簡化，提出了冷熱源自適應(yīng)優(yōu)化控制簡化模型。