自适应PID控制在智能楼宇空调节能系统中的应用
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＊来稿日期： 2012-02-11 ＊基金项目： 核高基科技重大专项 （2010ZX01045-001-008 ）
第12 期
自适应 PID 控制在智能楼宇空调节能系统中的应用 初 琦等：
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自适应 PID 温度控制模块的运算，自适应 PID 温度控制模块输 出参数调节数字调节阀的开度， 从而通过空调的末端送风口输出 不同风量的新风， 达到调整室内温度到预设理想值的目标。自适 应 PID 空调温度控制原理图， 如图 1 所示。
图 4 预设定 PID 参数空调温度跟随曲线 Fig.4 The Follow Curve of Pre-Set PID Parameters Air Conditioning Temperature
3.2 自适应 PID 控制模式
在模式中， 我们预设定 PID 参数为： P=1， I=60， D=0； 然后进 行在线 PID； 参数的物理特性自整定， 经过运算得到 PID 参数分 别为： P=21.82， I=24.63， D=4.29 控制情景， 如图 5 所示。
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文章编号： 1001-3997 （2012 ） 12-0092-02
机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture
第 12 期 2012 年 12 月
自适应 PID 控制在智能楼宇空调节能系统中的应用 *
2 初 琦 1， 樊继红 3 李 娜 2
（1.中国矿业大学 （北京 ） ， 北京 100083； 2.北京工业职业技术学院， 北京 100042； 3.国家知识产权局 专利局， 北京 100088 ）
自适应温度控制器
图 1 自适应 PID 空调温度控制原理图 Fig.1 The Schematic of Auto-Tune-PID Air-Conditioning Temperature Control
自适应 PID 温度控制模块应用到空调机组的原理就是通过 温度传感器采集回风温度， 作为自适应 PID 温度控制模块的反馈 输入参数， 与用户的设定温度值进行比较得到输入误差值， 经过
9 建筑节能形成 （1.16×10） 吨标准煤节能能力[1]。 并且指出目前发展面
2 自适应节能空调温度控制原理
2.1 控制原理
回风 温度传感器 数字调节阀 送风
临的形势为： 城镇节能建筑仅占既有建筑面积 23%， 建筑节能强制性 “三步” 建筑节能标准也只相当于德 标准水平低， 即使目前正在推行的 国 90 年代初的水平， 能耗指标则是德国的 2 倍[1]。据统计， 对于中国 夏热冬冷地区的商业以及企事业单位的大型建筑， 每年消耗在夏季 冬季取暖与供热上的能耗已经占到建筑物总能耗的 （ 40～50 ） %， 制冷、 因而针对能耗比重最大的空调系统， 通过节能技术降低能耗就变得尤 为关键。经典 PID 控制算法在工业过程控制中应用广泛， 它原则上不 依赖于被控对象具体的数学模型， 但是 PID 的比例 （Proportion ） ， 积 ） ， 及微分 （Derivative ） 算法参数的整定困难， 并且依据 分 （Integral 经验整定后的参数依赖于特定的控制模型，不具有自适应能力。 为了更好地利用 PID 的控制优势， 又能够快速、 便捷的进行 P、 I、
3.1 预设定 PID 参数控制模式
在该模式中， 预设定 PID 参数为： P=1， I=60， D=0； 控制情景 如图 3 所示。 在实际的空调温度调节过程中， 根据实际运行结果， 得到温度跟随曲线， 如图 4 所示。
PV SP 31 30 Temperature （℃ ） 29 28 27 26 25 24 0 50 100 150 200 Time （s ） 250 300
D 参数整定， 设计了自适应 PID 整定模块， 来解决空调闭环控制 中的技术难点， 达到空调系统节能减排以及人居舒适性的要求。
1 引言
在中国国民经济和社会发展的“十二五”规划中， “节能减 排” 出现在该规划的多个篇章中。2012 年 5 月， 住建部印发 《 “十 二五” 建筑节能专项规划》 ， 该 《规划》 的总体目标是： 到 “十二五” 末，
2.3 参数整定过程
如图 2 所示。 自适应 PID 温度控制模块的参数整定流程图， 描述 P、 I、 D 三个参数的整定过程。整定完成后， 系统会记录 P、 I、 D 的参数值， 指导后续的 PID 控制过程。
设定整定速度： 1=低速 2=中速 3=高速 系统 PID 参数整定 第一次， 调整 OUT=0%-100% 系统 PID 参数整定 第二次， 调整 OUT=0%-100% 系统 PID 参数整定 第三次， 调整 OUT=0%-100% 反馈整定过的 PID 参数控制端 新的 PID 参数运行 结束 图 2 自适应 PID 参数整定流程图 Fig.2 Auto-Tune-PID Parameter Tuning Flowchart
Research of Simulation Software of Planar Linkage Based on Matlab
XU Chun-lei1， PAN Hong-xia1， LI Ran2， TIAN Yuan3 （1.School of Mechanical Engineering and Automation ， North University of China， Taiyuan 030051， China； 2.School of Mechanical Engineering， Heibei University of Science and Technology， Shijiazhuang 050018， China； 3.Beijing Beijing 100076， China ） Precision Mechanical and Electrical Control Equipment Research Institute ， 111111111111111111111111111111111111111111 【摘 要】Matlab 是工程中常用的数学分析软件， 它的面向对象的(GUI)平台能非常容易的实现面 向对象和可视化软件设计。为了实现对平面连杆机构运动性能仿真， 依据实时求解位置约束方程组确 定出连杆机构的运动的轨迹， 再运用差分法和插值法获得运动曲线。以面向对象的形式搭建机构模型， 实现了对常见的连杆机构的运动特性分析和仿真。这种方法编程容易实现， 操作简单易行， 运算精度 对于设计者简化优化模型， 提高设计效率具有很大帮助。 高， 并能输出 AVI 格式动画， 关键词： Matlab； 平面连杆机构； 运动性能仿真 【Abstract】Matlab is commonly used in engineering mathematical analysis software.Its object oriented （GUI ） platform can be very easy to realize object oriented and visualization software design.In order to ac － complish the planar linkage mechanism motion performance simulation， the research solved real-time Posi－ tion-Constraint equations to get motion trace, then a differential and interpolation method is used to get it brings about the analysis and simu－ movement curve. Building model in the form of object-oriented form， lation of the commonly seen link mechanism’ s the motion characteristics.With the method the programming is easier to achieve， and the operation is simple and feasible， and operation precision is high， and it can which can help designers simplify optimization model and improve the design output AVI format animation， efficiency. Key Words： Matlab； Planar Linkage Mechanism； Sports Performance Simulation
开始
参数初始化
N
检查参数 有效性 Y 原始 PID 参数运行 N 是否进行 PID 参数整定
Y
图 5 自适应 PID 空调温度控制情景 Fig.5 Auto-Tune-PID Air Conditioning Temperature Control Scenarios
在实际的空调温度调节过程中， 根据实际运行结果， 得到温 度跟随曲线， 如图 6 所示。
图 6 自适应 PID 空调温度跟随曲线 Fig.6 The Follow Curve of Auto-Tune-PID Air Temperature
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文章编号： 1001-3997 （2012 ） 12-0094-03
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3 性能对比
以普通 PID 的控制效果和自适应 PID 的控制效果进行对 比， 来验证自适应 PID 的控制特性。
2.2 技术原理
自适应 PID 温度控制模块的设计原理： 利用等比例建模原理， 等比例缩放系统响应过程， 通过记录系统的响应速度、 精度等信息， 最后还原被控对象的真实受控模型。自适应 PID 温度控制模块运 行的具体步骤如下： （1 ） 在参数整定过程中， 当前值 PV 与设定值 SP 的误差值 ΔErr<=-0.02 时，输出为 OUT=100%； （2 ） 当前值 PV 与设 定值 SP 误差值 ΔErr>=+0.02 时， 输出 OUT=0%； （3 ） 通过重复三次 进行 OUT=0%到 OUT=100%的剧变输出，得到系统的响应跟随参 数； （4 ） 最后对三次输出效果进行综合评估， 整定出该受控对象的 PID 控制参数。 实践表明， 方法整定速度快， 对受控对象跟随性能 好， 并且操作简单易用， 能够很好的在空调控制中推广利用。
