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大的比重，HVAC系統(tǒng)的冷熱源運行能耗直接影響了系統(tǒng)的能耗特點，并對系統(tǒng)初投資、運行費用和環(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)的單個組件或某個子系統(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，不能較好地運用于實際工程。而在實際工程中，冷熱源的優(yōu)化控制大部分集中在機組開啟臺數(shù)

2、的控制、水溫控制和流量控制等簡單控制，沒有實現(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，既能達到優(yōu)化的效果，又適合實際工程的需要。 空調(diào)冷熱源優(yōu)化控制的研究目前主要包括數(shù)學模型的建立、模型參數(shù)辨識和優(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，建立了冷水機組、水泵、冷卻塔和鍋爐的數(shù)學模型。 為了解決模型參數(shù)辨識精度和計算時間的矛盾，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)辨識法。在變遺忘因子法中，為了跟蹤模型的時變參數(shù)，不同的設(shè)備模型需要確定不同的遺忘因子準則函數(shù)，而運用遺忘因子模糊自整定的系統(tǒng)辨識法后，各設(shè)備模型可通用一個遺忘因子準則函數(shù)，既可以減少確定各模型遺忘因子準則函數(shù)所帶來的繁瑣性，又能保證計算精度。在

4、運用遺忘因子和模糊控制的方法后，整個過程的計算量增加不大。本文分別以小型蒸汽吸收式溴化鋰機組、渦旋式風冷熱泵機組和螺桿式冷水機組為實驗對象，對遺忘因子模糊自整定的系統(tǒng)辨識法和相關(guān)文獻l中的變遺忘因子法進行了比較。計算結(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，也保證了參數(shù)估計的精度，通用性強。 在遺忘因子模糊自整定系統(tǒng)辨識的基礎(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部分：參數(shù)估計

5、模型、系統(tǒng)設(shè)備模型和優(yōu)化控制模型。在參數(shù)估計模型中，為了節(jié)約計算時間和減少計算的復雜性，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)進行估計。系統(tǒng)設(shè)備模型采用辨識模型，對設(shè)備進行能耗計算。在優(yōu)化模型中，根據(jù)目標函數(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，采用二進制編碼的遺傳算法，對冷熱源系統(tǒng)運行參數(shù)進行優(yōu)化。為了驗證冷熱源系統(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)化控制模型進行了檢驗。經(jīng)計算分析，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)化控制問題的復雜性和節(jié)約計算時間，運用近似優(yōu)化控制策略，對冷熱源自適應(yīng)優(yōu)化控制模型進行簡化，得到簡化模型。在此基礎(chǔ)上，再運用本文提出的優(yōu)化算法對建筑冷熱源系統(tǒng)進行優(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)化控制模型在運用近

7、似優(yōu)化策略進行簡化后，既可以簡化計算，又能達到較好的節(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、時變的系統(tǒng)，則很難達到滿意的控制效果。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控制器進行了對比。計算結(jié)果表明，自適應(yīng)模糊PID控制器具有良好的動、靜態(tài)性能，并且魯棒性較強。 本文的主要創(chuàng)新點如下： (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，考慮到計算速度的約束，提出了冷卻塔進、出水溫差的辨識模型。 (2)為了辨識HVAC系統(tǒng)設(shè)備模型的時變參數(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)辨識法。運用遺

9、忘因子模糊自整定的系統(tǒng)辨識法后，各設(shè)備模型可共用一個遺忘因子準則函數(shù)，既可以減少確定各模型遺忘因子準則函數(shù)所帶來的繁瑣性，又能保證計算精度。在運用遺忘因子和模糊控制的方法后，整個過程的計算量增加不大。 (3)在遺忘因子模糊自整定系統(tǒng)辨識的基礎(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)化控制模型運用于實際工程，對冷熱源優(yōu)化控制問題進行了簡化，提出了冷熱源自適應(yīng)優(yōu)化控制簡化模型。