变频风机调速在中央空调控制系统中的应用的论文


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变频风机调速在中央空调控制系统中的应用的论文

作者：佚名点击数：更新时

间：2008-1-2 【字体：小大】

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关键词：变频技术　智能控制　变风量节能随着高层建筑的不断增加，中央空调的使用量也不断增加，在整个建筑能耗中的比重越来越大，其送风机经常运行在设计容量下，而在日常运行中的实际负荷大部分时间里只是设计负荷的70％，因此节能运行就显得格外重要。商场、办公楼等区域的空调负荷随着时间变化会有较大不同，如晚间由于人员的离开，需要实际风量远小于白天人员高峰期的风量。基于对实时的风量需要，应对风机进行控制管理，用改变送风机转速来改变送风量，使送风量能随着空调负荷变化而变化，达到节能效果，即采用变风量(Variable Air Volume，VAV)系统，变频调速节电效果明显，因此在中央空调中越来越多地使用变频技术，采用变风量系统节电率可达到50％以上。一 VAV空调系统中变频技术和控制技术的结合1. 变频调速控制原理 VAV空调系统也是在自动控制和变频技术大力发展的基础上产生的。风机功率与转速的三次方成正比关系，因此采用变频器控制其转速可实现节电目的。实际应用中是通过调节供电频率改变送风风机和回风风机转速，从而调整送风量，改变风机功率。变频后的风机转速可在很大范围内变化，实现无级变速，风机运行根据不同时刻所需不同风量而适时改变其转速，最大限度工作在所需功率上；同时可降低空调机组噪声，变频器的软启动和平稳调速减少了对电网的冲击。变频技术和控制技术的结合是VAV空调系统运行稳定的关键，变频技术的不断发展成熟以及控制技术的进步解决了空调控制领域的大部分问题。以全新变风量系统中的风机出口温度控制为例，介绍变频器在空调控制系统中的应用。其工作原理如图1所示，具体做法是在风机出口安装温度变送器用来检测其温度，并与温度设定值作比较；然后以该温度变化量作为调节参数，送入调节器，进行本文提出的复合模糊PID算法计算，调节器给出控制信号送给变频器，变频器根据此信号给出电源频率调节风机的速度，改变送风风量，从而使风机出口处的温度稳定在设定值上。2. 节能送风控制系统控制算法设计本文提出了一种复合模糊智能控制方案，继续参照图1。其中以风机出口温度与设定温度之间的偏差和偏差变化量作为输入量，输出控制量为电源频率F，从而控制风机转速，改变风量，稳定风机出口温度。模糊控制近年在空调领域得到越来越多的应用，模糊控制鲁棒性好，且无需知道被控制对象的数学模型。但模糊控制从本质上讲是PD控制，不具有积分环节控制，因此单独使用模糊控制不可避免地要产生稳态误差。目前应用成功的数字PID控制具有简单、稳定性好、可靠性高的优点。但对于空调这样的非线性、时变系统，显然得不到很好的控制效果。因此，将两者结合使用可发挥各自优点，本文提出了一种复合模糊控制方法，当系统处于过渡阶段时采用模糊控制；进入稳态过程，如有稳态误差就切换到数字PID控制，消除稳态误差后再切换到模糊控制。模糊控制就是模拟人脑思维决策方式进行控制，依赖专家控制经验，总结模糊控制算法中的模糊控制规则。以制冷为例，如果风机出口温度高于设定温度，且温度还在不断升高时，根据专家经验，就应多增加风量，也就是要提高电源频率的控制信号，变频器根据该信号提高风机内电动机转速，增加风量，使风机出口温度不断接近设定温度值。而当出口温度低于设定值，且还在持续下降时，就要多降低风机转速。这里的“多增加”“多降低”就是模糊概念。传感器测得温度与设定温度进行比较得出偏差量E(k)和偏差变化量DE(k)＝E(k)-E(k-1)。F代表调节器给出的控制量电源频率。语言分档分别以下列方式给出：E(k)：NB(负大)，NS(负小)，ZE(零)，PS(正小)，PB(正大)。ΔE(k)：NB(负大)，NS(负小)，ZE(零)，PS(正小)，PB(正大)。F：NB(负大)，NS(负小)，ZE(零)，PS(正小)，PB(正大)。模糊控制规则如表所示。由模糊规则表可得到具体模糊关系，经过模糊推理及模糊判决后可得到模糊查询表，当输入不同E(k)和DE(k)组合时就可通过查询模糊表得到具体控制量。二仿真实验为验证本文提出的复合模糊控制的有效性，进行了阶跃响应仿真实验证明。如图2所示。从仿真结果可看出，响应曲线光滑。无论从响应时间还是鲁棒性来看，都得到很好的试验结果；并可有效克服稳态误差，消除纯滞后对系统的影响，有较强抗干扰性和对环境的自适应能力。三软件设计中央空调一般采用直接数字控制(Direct Digital Control，DDC)技术，通过检测输入设备采集各种信号送入微机，按照事先一定程序进行运算处理，然后得到输出信号，进行处理后控制执行机构。空调系统现场数字控制器主要由单片机、EPROM、RAM、接口芯片等组成，其软件按照功能可由监控程序和控制算法组成，监控程序主要有人机界面模块、数据采集与处理模块、数据通信管理模块等。软件控制流程如图3所示。四结论智能控制方法的不断创新和变频技术的发展将是中央空调控制系统的主要解决方法，变频器的引入实现了很好的电动机调速，不仅可以节约电源，还提供了舒适的环境，从而不断提高工作效率。在提倡“以人为本”的现代社会，变频器在中央空调中的应用将是社会发展的必然趋势。