变风量末端装置的基于IPSA-DE算法室温PIλDμ-送风量PI串级控制器的数值仿真

李鹏波 李绍勇 吴宗礼 李海林 魏先宏



变风量末端装置的基于IPSA-DE算法室温PIλDμ-送风量PI串级控制器的数值仿真

李鹏波 李绍勇 吴宗礼 李海林 魏先宏

（兰州理工大学土木工程学院 兰州 730050）

目前，空调房间配用的变风量末端装置（Variable Air Volume Terminal，VAV-TMN）往往采用整数阶PID-P串级调节方式，这带来了室温控制误差和超调量较大以及调节时间较长等问题。鉴于此，提出了空调VAV-TMN的室温分数阶PID-送风量PI的串级调节器设计方法。首先，综合分析空调工艺和自动控制的相关要求，对室内温度对象、温度和风量测量变送单元、送风量执行单元分别进行建模，确定主控制器为室温分数阶PID控制器（Indoor Temperature Fractional Order Proportional Integral Derivative Controller，IT-FOPIDC）和副控制器为送风量PI控制器（Sending Air Volume Proportional Integral Controller，SAV-PIC）的控制策略。其次，基于改进的自适应差分进化（Improved Parameter Self-adaptive Differential Evolution，IPSA-DE）算法来分别整定出IT-FOPIDC和SAV-PIC的控制参数最佳值。最后，借助MATLAB/Simulink工具，对该空调VAV-TMN的室温PIλDμ-送风量PI串级调节系统进行组态和数值模拟相应的控制效果。结果表明，该串级控制系统在理论上是可行的，且室温的控制效果明显优于基于Ziegler-Nichols整定法和DE算法的整数阶室温PID-送风量PI串级调节系统。

空调变风量末端装置；室温分数阶PID控制器；串级控制；改进的参数自适应差分进化算法；数值仿真

0 引言

空调系统（Air-conditioning System，ACS）在建筑空间的广泛应用，满足了人们对房间温度、湿度和洁净度等的舒适性需求，提升了工作与学习效率和生活品质。同时，ACS运行也带来了建筑能耗增大的问题[1]。随着空调工艺新技术和理念的不断出现，如变制冷剂流量方式、冷冻、冷却水泵与送、回风机的变频技术和室外新风温度补偿控制方式等在实际ACS或工程中得到了应用，起到了节能降耗的效果。……