神經(jīng)元PID在空調(diào)機(jī)組性能試驗(yàn)室溫度控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、本文從空調(diào)機(jī)組性能試驗(yàn)室溫度控制系統(tǒng)特殊性的角度出發(fā)，主要采用理論分析、模型構(gòu)建、MATLAB軟件仿真及實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法將神經(jīng)元PID控制器首次直接應(yīng)用于空調(diào)機(jī)組性能試驗(yàn)室環(huán)境控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，通過仿真計(jì)算及實(shí)驗(yàn)研究均驗(yàn)證了神經(jīng)元PID控制器在空調(diào)機(jī)組性能試驗(yàn)溫度控制系統(tǒng)中的實(shí)用性和有效性。 采用房間式空氣焓差法對(duì)單元式空調(diào)機(jī)組進(jìn)行性能試驗(yàn)時(shí)，要求在特定的試驗(yàn)工況下進(jìn)行，即要求環(huán)境模擬系統(tǒng)須維持一定的溫濕度條件并保持一定的時(shí)

2、間。因此試驗(yàn)工況的穩(wěn)定性和控溫精度的大小將直接影響到測(cè)試的效率及可靠性，同時(shí)也是衡量試驗(yàn)臺(tái)水平的一個(gè)重要標(biāo)志。由于被控對(duì)象為熱工參數(shù)，具有非線性、大時(shí)滯、慢時(shí)變等特性，并受各種不確定性因素(人員流動(dòng)、門窗啟閉、設(shè)備散熱等)的影響，因此對(duì)控制系統(tǒng)提出了更高的要求。 PID控制是最早發(fā)展起來的應(yīng)用領(lǐng)域至今仍然很廣泛的控制策略之一，其優(yōu)點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單、魯棒性好和可靠性高，但在對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的控制中，常規(guī)的PID控制器不能達(dá)到理想的控制效果。

3、在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中由于受到參數(shù)整定不良、性能欠佳的影響對(duì)運(yùn)行工況的適應(yīng)性很差，故實(shí)際的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍然采用試湊的方法對(duì)其加以解決，因此控制精度必然受到制約。為了克服常規(guī)PID控制中的弱點(diǎn)并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論人們開始探索將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID控制結(jié)合起來實(shí)行對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的控制。通過調(diào)研和查閱資料，針對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，本文將具有自學(xué)習(xí)能力的單神經(jīng)元和傳統(tǒng)PID結(jié)合起來形成的神經(jīng)元PID控制器在空調(diào)機(jī)組性能試驗(yàn)室溫度控制系統(tǒng)中的實(shí)際

4、應(yīng)用為核心內(nèi)容，并涉及到了參數(shù)的選擇與優(yōu)化方面。 首先從人工神經(jīng)元的生物模型及數(shù)學(xué)模型開始逐步地介紹神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)算法等，為神經(jīng)元PID控制器的構(gòu)建奠定了理論基礎(chǔ)；其次為了實(shí)現(xiàn)具有最佳組合的PID控制，通過具有任意非線性表示能力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了PID控制器，通過神經(jīng)元的自學(xué)習(xí)功能，從而使其穩(wěn)定狀態(tài)對(duì)應(yīng)于某種最優(yōu)控制規(guī)律下的PID控制器參數(shù)。 本文在空調(diào)房間傳熱模型的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了房間溫度被控對(duì)象的傳遞函數(shù)模型及電加熱

5、器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，通過MATLAB軟件的SIMULINK平臺(tái)構(gòu)建了數(shù)字PID控制器及利用MATLAB中S函數(shù)的擴(kuò)展功能自建了神經(jīng)元PID控制器，并分別對(duì)兩種控制器控制下溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。通過仿真證明了神經(jīng)元PID比傳統(tǒng)PID具有更優(yōu)的性能，同時(shí)通過仿真分析得出了控制器的最佳參數(shù)值，為實(shí)際控制系統(tǒng)參數(shù)選擇提供了依據(jù)。 為了驗(yàn)證神經(jīng)元PID控制器的實(shí)際使用效果，作者建立了溫度控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，利用VisualBasic6.0

6、編制了普通PID和神經(jīng)元PID算法的通用程序并編寫了數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)軟件，然后在此實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)兩種控制器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)在驗(yàn)證仿真結(jié)果的同時(shí)比較了兩種控制器對(duì)房間溫度控制的不同效果，通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元PID控制器從各個(gè)方面都要優(yōu)于常規(guī)PID控制器，驗(yàn)證了其對(duì)溫度控制的實(shí)用性和有效性；同時(shí)，提出了神經(jīng)元增益系數(shù)的在線調(diào)整方法及提高神經(jīng)元PID控制器控溫精度的措施。仿真和實(shí)驗(yàn)證明，單神經(jīng)元PID控制器是一種將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單神經(jīng)元和