宋艷芳

摘要：采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組建溫濕度采集網(wǎng)絡(luò)，改善目前中央空調(diào)末端控制器有線、單點的數(shù)據(jù)采集方式，充分利用其靈活性和可擴展性，使之能無線采集空調(diào)房間內(nèi)多點溫濕度，以獲得更加準確的空間溫濕度，提高數(shù)據(jù)采集的靈活性與準確性。利用嵌入式系統(tǒng)的多線程任務(wù)管理機制，實現(xiàn)了多點溫濕度數(shù)據(jù)采集和溫度智能控制雙線程，大大提高了控制器的控制速度和精度。

關(guān)鍵詞：無線傳感器；中央空調(diào)末端；控制器

1、引言

變風量空調(diào)系統(tǒng)是以節(jié)能為目的發(fā)展起來的一種空調(diào)系統(tǒng)形式，它的設(shè)計是真正基于逐時負荷的設(shè)計，系統(tǒng)可根據(jù)需要隨時調(diào)節(jié)分配到各區(qū)域的送風量或供冷"供熱量，系統(tǒng)總送風量為各時段中所有區(qū)域要求的風量之和的最大值，而不是通常定風量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中所有區(qū)域在各時段要求的風量的最大值之和！前者通常只占后者的70%-90%，因此，變風量空調(diào)系統(tǒng)可顯著減少系統(tǒng)總送風量和裝機容量，達到節(jié)能和減少投資的目的！

2、實驗條件與方法

實驗材料：PID控制器、硬盤和無線網(wǎng)卡、MATLAB/Simulink

實驗儀器設(shè)備： 變風量空調(diào)試驗臺、硬盤和無線網(wǎng)卡

實驗方案：對變風量空調(diào)系統(tǒng)末端系統(tǒng)，進行了深入的研究。基于變風量空調(diào)實驗室平臺，通過大量的實驗，建立論文變風量末端系統(tǒng)的數(shù)學模型，并驗證其可靠性。根據(jù)變風量末端系統(tǒng)數(shù)學模型設(shè)計出了更具針對性的控制器算法，并對和模糊兩種算法加以比較，并分析了仿真結(jié)果。

3、實驗結(jié)果與分析

3.1變風量空調(diào)末端硬件分析

變風量空調(diào)實驗室的末端系統(tǒng)主要設(shè)備有VAVBOX（含末端控制器和風閥執(zhí)行器）及其供電和通訊電力電子系統(tǒng)組成。在對變風量實驗室末端研究的過程中，應(yīng)用研華電壓板產(chǎn)生一控制電壓信號和采集風閥開度反饋電壓信號。應(yīng)用總線式的通訊架構(gòu)輪詢每個房間的末端控制器，實時讀取溫度、壓差、開度信號。VAV末端系統(tǒng)是由房間操作面板和安裝在VAVBOX箱內(nèi)的VAV末端控制器共同組成。房間的操作面板采用大屏幕液晶顯示器，具有冷熱切換、室溫檢測等功能。房間內(nèi)的實時溫度值和人工輸入的房間溫度設(shè)定值都可以通過房間操作面板反饋給與之通訊的末端控制器。VAV末端控制器是直接控制房間末端風閥的開度以此來改變送入房間風量的自控設(shè)備。VAV末端控制器與安裝在房間內(nèi)的操作面板通訊，實時獲取溫度設(shè)定值和房間實際溫度值，同時通過安裝在風管上的兩根畢托管測量靜壓和全壓計算送風壓差。根據(jù)檢測到的房間設(shè)定溫度和實時溫度、送風風壓來調(diào)節(jié)輸出到風閥控制端的電壓大小，以此來調(diào)節(jié)送風風量?？刂扑惴ㄊ峭ㄟ^末端控制器內(nèi)的程序來實現(xiàn)的。VAV末端風閥是整個末端系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。其開度是由2-10V的電壓來控制；對應(yīng)的開度反饋是0-5V的電壓信號。為了進一步了解執(zhí)行器的運行情況，決定采用階躍相應(yīng)的方法來確定其響應(yīng)時間、超調(diào)和有無靜差的情況。

3.2變風量中央空調(diào)末端控制器算法研究

變風量中央空調(diào)各室內(nèi)風量的調(diào)節(jié)是通過末端裝置來實現(xiàn)的，用以補償室內(nèi)負荷的變動。壓力無關(guān)型的變風量空調(diào)末端控制器在結(jié)構(gòu)上與壓力有關(guān)型的控制器在空氣進入處配置了壓差傳感器或者風量傳感器。當用戶給定一個溫度設(shè)定值是，外環(huán)路的溫度控制器首先起作用，調(diào)節(jié)風閥，使室內(nèi)溫度盡快達到設(shè)定值當系統(tǒng)靜壓發(fā)生變化造成進入入口處的靜壓發(fā)生變化時，內(nèi)環(huán)路的壓差控制器風量控制器適量的調(diào)節(jié)風閥開度以維持原來系統(tǒng)靜壓變化前的風量不變。因此壓力無關(guān)型的變風量末端有補償系統(tǒng)壓力變化的功能。對于發(fā)生在副回路的增益變化和被控對象產(chǎn)生的相位滯后，副回路本身具有抑制作用，而且同時也可以改善主回路的響應(yīng)速度。在變風量中央空調(diào)的末端控制器的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)中，內(nèi)環(huán)采用調(diào)節(jié)器，外環(huán)采用調(diào)節(jié)器。對于內(nèi)環(huán)路參數(shù)和參數(shù)的整定，采用單純型法做參數(shù)粗調(diào)，然后再用工程整定法做細調(diào)。而外環(huán)路的三參數(shù)則采用工程整定法來確定。

現(xiàn)在對內(nèi)環(huán)路的被控對象來進行優(yōu)化設(shè)計，找出一組最優(yōu)的設(shè)計變量以使目標函數(shù)取值最小，因而從數(shù)學的角度上來看就是取極值的問題，而工程上稱之為“參數(shù)尋優(yōu)問題.外環(huán)路溫度控制器參數(shù)的整定。應(yīng)用算法來仿真外環(huán)路控制器，仿真結(jié)構(gòu)圖如下

應(yīng)用模糊算法的串級控制仿真：因為設(shè)計要求為無靜差控制系統(tǒng)，而被控對象具有慣性特征，為了達到設(shè)計的要求，采用模糊控制器既將串級控制系統(tǒng)的外環(huán)控制器改模糊控制器，模糊控制器的輸入是偏差和偏差變化率。

將設(shè)計的模糊控制器導(dǎo)入到串級控制仿真中，用模糊控制器來代替串級外環(huán)路控制器，調(diào)整模糊PID控制器的四個參數(shù)，使系統(tǒng)達到滿意的效果。系統(tǒng)仿真圖如下：

4、結(jié)論

首先對變風量空調(diào)末端的組成及控制系統(tǒng)進行了硬件分析，設(shè)計了其控制的原理，研究了變風量中央空調(diào)末端控制器的算法研究。包括PID控制仿真和參數(shù)調(diào)節(jié)，內(nèi)循環(huán)壓差控制器和外環(huán)路溫度控制器PID參數(shù)的整定。并對模糊控制算法的串級控制仿真。對比應(yīng)用PID算法和模糊控制理論設(shè)計的控制器的控制效果。應(yīng)用模糊PD控制加積分環(huán)節(jié)消除靜差的思想設(shè)計了更具針對性的模糊控制器。

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2017全國大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃訓練項目，項目編號：201713324060。