能源問題日益得到廣泛重視,，而建筑物又是能耗大戶,，世界各國都投入大量的人力,、物力、財力研究建筑節(jié)能,。在建筑物中,，中央空調(diào)的能耗占建筑能耗的40%以上，目前的控制方式一般都采用PID控制算法,，但中央空調(diào)系統(tǒng)是一個滯后,、時變,、非線性的系統(tǒng),，難以獲得精確的控制模型，采用常規(guī)PID控制往往難以實現(xiàn)高效,、節(jié)能的運行指標[1],。模糊控制從人的控制經(jīng)驗中總結出模糊控制規(guī)則，適合于結構復雜且難以用傳統(tǒng)理論建模的系統(tǒng),，在控制領域取得了廣泛應用,。而灰色預測控制是通過系統(tǒng)行為數(shù)據(jù)序列的提取，尋求系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律,，從而按照規(guī)律預測系統(tǒng)未來的行為,，并根據(jù)系統(tǒng)未來的行為趨勢，確定相應的控制決策進行預控制,。本文將灰色預測控制和模糊自整定PID控制結合起來,，設計一種灰色預測模糊PID控制器。通過模糊控制在線調(diào)節(jié)PID參數(shù),，增強系統(tǒng)自適應性,，通過預測控制消除系統(tǒng)的慣性和遲延，更好地解決中央空調(diào)時滯,、控制精度,、穩(wěn)定性等問題。

1 控制系統(tǒng)模型的建立
    中央空調(diào)房間溫度作為系統(tǒng)的控制對象,，它是一個二階系統(tǒng),，但在能夠滿足控制要求的情況下，建立模型時常采用帶延遲的一階模型近似描述其動態(tài)特性[2],。
    根據(jù)空調(diào)房間模型的經(jīng)驗計算公式[3],，側面送風的空調(diào)房間傳遞函數(shù)為：

    表冷器是空氣處理裝置中的重要組成部分，以冷（熱）水作為冷（熱）媒,，讓其通過金屬光管或肋片管,，從而使空氣被冷卻（加熱）甚至減濕，以維持空調(diào)房間的溫度和濕度,。因此,，表冷器的模型直接影響到空調(diào)機組的性能,，有必要將其考慮進空調(diào)房間模型中。表冷器的傳冷（熱）有一定的慣性,，所以要考慮滯后,，表冷器的傳遞函數(shù)可用一階慣性加純滯后的典型動態(tài)特性來描述，根據(jù)相關研究成果[4]建立適合系統(tǒng)模擬的傳遞函數(shù)為：  
    
2 預測模糊自整定PID控制器設計
    灰色預測是以系統(tǒng)行為數(shù)據(jù)為采樣信息,，即根據(jù)采樣時刻及此之前幾步系統(tǒng)輸出的歷史數(shù)據(jù),，按新陳代謝原理建立GM（1,1）預測模型，用所建的模型預測系統(tǒng)行為的發(fā)展,，即預測系統(tǒng)未來的一步或多步行為數(shù)據(jù),，然后將行為預測值與行為的給定值進行比較，計算系統(tǒng)誤差及誤差變化率,?；疑A測模糊自整定PID控制器將預測誤差及其變化率作為模糊PID控制器的輸入，通過模糊控制對PID控制器參數(shù)進行在線整定,，以確定系統(tǒng)的超前控制值,，進行相應的預控制?？刂瓶驁D如圖1所示,。

 
 


  圖4所示?；疑A測模塊由基于灰色預測算法編寫的M文件實現(xiàn),。模糊自整定PID模塊中，通過不斷試湊得到的PID參數(shù)的初始值為：Kp0=10,、Ki0=0.01,、Kd0=10。e和ec量化因子分別為0.4,、0.2,，ΔKp、ΔKi,、ΔKd比例因子分別1,、0.000 000 1、1,?；疑A測模塊中，采樣周期T=5 s,，預測步數(shù)k1=3,，建模維數(shù)m=5。

    為了分析比較,，將設計的灰色預測模糊PID控制器控制效果與PID控制器,、模糊PID控制器控制效果放在一個坐標系里,，觀察系統(tǒng)響應，比較控制效果,。給定輸入溫度25℃,，4 000 s時改為22℃，仿真時間為6 000 s,，仿真曲線如圖5所示,。從仿真結果看，PID最大超調(diào)約為9℃,，調(diào)節(jié)時間約為3 300 s,，模糊PID控制最大超調(diào)約為6℃，調(diào)節(jié)時間約為2 200 s,，而灰色預測模糊PID控制最大超調(diào)約為4℃,，調(diào)節(jié)時間約為2 000 s,；在溫度變化為22℃后,，灰色預測模糊PID控制的超調(diào)和調(diào)節(jié)時間也都小于PID控制和模糊PID控制，模糊PID控制超調(diào)和調(diào)節(jié)時間小于PID控制,。

    由上述結果可知,，與其他兩種控制方式相比，灰色預測模糊自整定PID控制能夠根據(jù)灰色預測得到的預測誤差及其變化率對PID控制的比例,、積分,、微分參數(shù)進行在線整定，得到較好的系統(tǒng)動態(tài)響應曲線,，系統(tǒng)具有較快的響應速度,，較高的穩(wěn)態(tài)精度，較小超調(diào)量,，控制效果得到較大改善,。
    本文設計的預測模糊自整定PID控制器將灰色預測控制與模糊自整定PID控制結合起來，采用模糊控制,，根據(jù)灰色預測控制獲得的預測誤差及其誤差變化率對PID控制器參數(shù)在線調(diào)節(jié),并采用等維新息算法,，保持建模時的數(shù)據(jù)個數(shù)不變，去掉老信息,，不斷更新灰色預測控制的參數(shù),，具有很強的自適應性。仿真結果表明,，該控制器運用于中央空調(diào)房間溫度控制系統(tǒng)中,，既解決了系統(tǒng)的大滯后問題，又保證了系統(tǒng)響應的穩(wěn)定性和精確度,。
參考文獻
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