模糊控制在地鐵地下站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘要】本文介紹地鈦地下站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在控制上所遇到的問題，以及模糊控制的概念，并以地鐵地下坫空調(diào)通風(fēng)大系統(tǒng)為控制對象闡述了模糊控制算法在地鐵環(huán)控系統(tǒng)的應(yīng)用，以及采用模糊控制的優(yōu)點。
【關(guān)鍵詞】空凋通風(fēng)系統(tǒng) 自適應(yīng) 模糊控制 查詢表
1前言
地鐵的地下站是特殊的建筑系統(tǒng)。它具有面積大、空間廣、區(qū)域應(yīng)用功能復(fù)雜、區(qū)域間人員流動性大等特點。這些特點使得地鐵地下站空調(diào)通風(fēng)大系統(tǒng)的監(jiān)控對象往往具有時變性、非線性、隨機(jī)性、大滯后的特性。目前在地鐵地下站的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中普遍采用PID控制算法，雖然PID控制算法是一種應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的控制方法，它能滿足一般工業(yè)過程控制的要求。但是采用PID算法的控制系統(tǒng)，其控制品質(zhì)的優(yōu)劣在很大程度上依賴于PID控制算法中的參數(shù)因子的整定，并且參數(shù)因子一旦計算好以后在整個控制過程中就是固定不變的。而實際控制過程中地鐵地下站環(huán)境是動態(tài)變化的，為了適應(yīng)地鐵地下站環(huán)境的特殊性，我們希望PID的參數(shù)因子能依據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的狀況來做出相應(yīng)的調(diào)整。在這方面，PID控制算法難以滿足控制系統(tǒng)的要求，尤其在系統(tǒng)參數(shù)時變和有負(fù)載擾動的情況下，這種現(xiàn)象表現(xiàn)得尤為明顯。為此，引入模糊控制技術(shù)，模糊控制技術(shù)是在模糊集合理論和模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的控制算法，這種控制技術(shù)能根據(jù)專家的知識和操作經(jīng)驗，依據(jù)偏差和偏差變化率的大小來調(diào)整PID控制算法中的參數(shù)因子大小，從而以其具有快速性和自適應(yīng)的優(yōu)點，為地鐵地下站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)控制提供了有效的解決途徑。
2 模糊控制在空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用
2．1 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的控制過程分析
空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的控制過程—般分四個階段：
(1)根據(jù)室外的溫濕度確定空調(diào)通風(fēng)大系統(tǒng)的當(dāng)前運行模式；
(2)根據(jù)當(dāng)前的運行模式確定新風(fēng)和回風(fēng)的混合比例；
(3)根據(jù)混風(fēng)溫濕度與設(shè)定值之間的偏差，自動線性調(diào)節(jié)冷水閥開度；
(4)根據(jù)地下站內(nèi)測到的溫濕度數(shù)據(jù)，通過變頻器調(diào)節(jié)回排風(fēng)機(jī)和空調(diào)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
圖1是一個典型地鐵地下站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)原理圖。

在空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的控制中，表冷器出水閥的開度控制和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制采用了PID控制，其中表冷器出水閥的開度決定了空調(diào)機(jī)的送風(fēng)溫度，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速決定了系統(tǒng)的冷量輸送的多少，這兩個控制階段控制的好壞決定了整個空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)控制品質(zhì)的優(yōu)劣。經(jīng)過分析上述空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)控制過程的特點，我們發(fā)現(xiàn)表冷器出水閥的開度控制只需測量混風(fēng)溫濕度與送風(fēng)溫濕度，測點集中，溫濕度變化均勻，受外界影響小，采用模糊控制算法意義不大。而風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制需要提供地下站內(nèi)部的溫濕度數(shù)據(jù)，由于地鐵地下站廣大的面積，使得站內(nèi)溫濕度測點分散，站內(nèi)局部溫濕度變化不均勻，受外界影響大。因此，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制階段正適合采用模糊控制，以更精確的控制空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)。

2.2模糊控制模型的建立
在建模過程中，我們以地鐵地下站溫度控制為例設(shè)計模糊控制模型，如圖2示：

在模糊控制模型結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為實施精確溫度控制，將溫度偏差E、溫度偏差變化串△E和參考模型CP作為輸入控制對象，將風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速作為輸出控制對象?？紤]到在地鐵地下站內(nèi)環(huán)境中溫度變化的不均勻性，應(yīng)該用多傳感器進(jìn)行溫度測量，為簡化說明，現(xiàn)用兩組溫度傳感器舉例。其中，一組傳感器測量站內(nèi)中心區(qū)域的溫度，另一組傳感器測量地下站出人口附近區(qū)域的溫濕度，主要感知系統(tǒng)與外界進(jìn)行熱交換時的溫度變化。將兩組溫度傳感器感知的溫度進(jìn)行融合處理，采取相應(yīng)的控制規(guī)則，以達(dá)到精確溫控和超前控制的目的。模糊化的溫度控制量分為：ZO(零)，NS(負(fù)小)，NB(負(fù)大)，PS(正小)，PB(正大）。模糊化的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速分四個控制能級：20(零)、S(小)、M(中)、B(大)。
2．3模糊控制規(guī)則 ’
我們對兩組傳感器的反饋溫度進(jìn)行模糊化處理得到E和△E解析表達(dá)式，即：

2．4 建立查詢表
按直乘運算規(guī)則求模糊關(guān)系，通過對所有模糊關(guān)系凡Ri(I＝1，2，…，n)進(jìn)行翻毗處理，可以獲取表征空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)控制規(guī)則總的模糊關(guān)系及，計算尺后，基于推理合成刪0，針對論域全部元素的所有組合，求出相應(yīng)的控制決策Y的模糊集合；再按照取隸屬度最大原則對此集合進(jìn)行判斷，得到相應(yīng)控制量，最后獲得模糊控制查詢表。將該表存人計算機(jī)中，實時控制時根據(jù)E、直接查找控制表，獲取控制量，再乘比例系數(shù)足3即可作為輸出控制量。

3結(jié)論
采用模糊控制技術(shù)對地鐵地下站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，在理論上是可行的，特9，J是針對空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)這一大滯后、非線性系統(tǒng)，更有著較傳統(tǒng)控制方法更明顯的優(yōu)勢，但要將其應(yīng)用于工程實際中，還要做好以下幾個方面：
(1)選擇適合的空調(diào)系統(tǒng)運行工況；
(2)權(quán)系數(shù)初值的選擇。正確選擇權(quán)系數(shù)初值是實現(xiàn)自動控制模式平滑轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。
(3)權(quán)系數(shù)的限幅。在進(jìn)行在線實時控制時，可能會由于權(quán)系數(shù)飽和使系統(tǒng)失去應(yīng)有的學(xué)習(xí)能力；
(4)建立一套良好的軟件和硬件仿真平臺。
如果能做好以上幾個方面，模糊控制技術(shù)將在地鐵地下站環(huán)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)
[1]趙振宇，徐用懋．模糊理淪和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)與應(yīng)用．北京：清華大學(xué)出版杜，
[2]薛定宇 控制系統(tǒng)計算機(jī)輔助設(shè)計北京：清華大學(xué)出版社，1996