摘 要： 針對中央空調系統(tǒng)房間溫度控制系統(tǒng)的大慣性、純滯后和時變性特點，設計了將等維新息灰色預測控制與模糊自整定PID相結合的新型控制器，建立中央空調房間溫度控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，介紹灰色預測模糊PID控制器結構，并對該控制方案進行了數(shù)字仿真。仿真結果表明,該控制器比PID控制器、模糊PID控制器有更多優(yōu)越性，調節(jié)迅速，超調小，有更好的動、靜態(tài)性能，具有一定的可行性。
關鍵詞： 中央空調； 模糊PID； 灰色預測； 仿真

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)空調房間模型的經驗計算公式[3]，側面送風的空調房間傳遞函數(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，以維持空調房間的溫度和濕度。因此，表冷器的模型直接影響到空調機組的性能，有必要將其考慮進空調房間模型中。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。控制框圖如圖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。