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基于模糊PID算法的中央空调温度控制系统设计

【摘要】随着现代社会的不断发展，人们对于自身的生活水平有了更高的要
求，其中人们对于中央空调的基本性能也有了更为实际的要求，例如中央空调的
舒适程度、节能效果等等。本文现在就基于模糊PID算法的中央空调温度控制
系统设计进行了简单的探讨，并提出了自己的意见及其建议。

【关键词】中央空调;模糊PID算法;温度控制设计

空调的出现意味着人们的生活水平又上升到了另一个高度，人们对于物质的
享受又进入了另一个阶段。在城市化步伐不断推进的今天，中央空调的使用是非
常广泛的。

但是从节能效果方面分析，中央空调所需要消耗的能源远远大于其他类型的
空调，为此，我们必须要从降低空调循环水系统的输配电耗这方面着手，从而降
低中央空调的整个能源消耗。

一、中央空调的现状分析

现在，人们常见的重要空调的系统一般是由制冷机组、冷却水循环、冷冻谁
循环、风机盘管和散热塔系统组成的，如图1所示，中央空调系统主要结构。其
中，中央空调的重要耗能部位是压缩机、风机及其水泵。若是选用变频调速技术
来维持室内温度温度，使人感觉舒适的话，能够节约大概30%的能源消耗。这样
就是为什么中央空调选用变频调速技术来进行室内温控的原因之一。

在设计中央空调的冷冻水和冷却水系统时，一定要将原有的滞后性、惯性都
考虑在内。其中，中央空调的控制难度非常多，如：

（一）缺乏确定的模型

一般情况下，被控过程的数学模型都是用来设计控制系统和整定调节器参数
的，其中建模方式主要有有机理建模和实验建模这2种方法。但是，现在存在
的问题就是人类的认知能力不足，加上中央空调容易受到多方面的影响，复杂的
物理问题很难全部用机理知识来解释其存在的规律，这样的问题在中央空调运作
的各个环节中都存在，以至于难以对其建立模型。

（二）系统的非线性

实际系统中都存在程度不同的非线性问题。针对问题不严重的非线性，可以
直接用线性系统来代替，这也是大众普遍可以接受的;针对问题较为严重的非线
性问题时，就不能选用线性系统来代替，否则就极易出现数据偏差，所得出的结
论也会截然不同。线性系统中有很多反馈信息的机制，能够减少控制系统对于对
象模型的一种依赖。但这种方法的缺点就是回对被控对象产生延迟作用，这样就

会使得反馈的信息难以及时的反映出来，最终还会导致PID控制器的输出难以
跟上对象模型和扰动的变化。一般常用的PID控制器的控制效果不够明显;再者，
一个比较耐用的PID控制器最起码需要有一个两自由度的控制器，在选用工程
整定法来整定参数的时候，因为参数的控制之间本身存在耦合作用，所以一定要
人工来进行不断的调试和实验，这样虽然能够保证质量，但是在某种方面又是降
低了工作的效率。

要想解决存在的问题，就必须要设计人员不断的改进技术和PID控制方案，
要尽快将智能控制加入到重要空调的控制中去，使之能够加快中央空调的安全运
行。

二、模糊PID控制系统设计的方法研究

在设计模糊PID控制系统时，其主要的工作就是要设计出较为合适的被控
系统的模糊PID控制器，其任务主要有2个：一是要根据输入量的大小，选用
PID控制器所设定好的模糊推理来得出PID参数;而是利用PID控制器来得出想
要的PID参数及其输入量，从而计算出输出量的大小。

（一）模糊PID控制器的结构设计

在设计模糊PID控制的结构时，最主要的是要能够确定模糊控制器的输入
模块和输出模块这两个重要工作。在输入模块的确定过程中，一般是根据模糊
PID控制器的输入变量的个数来区分模糊PID控制为类搞死曲线，这是一条连续
函数。因为模糊化函数在控制系统中扮演着比较重要的地位，在选定的过程中一
定要能够按照实际的情况来不断试验，从而选择比较合适的。当模糊化函数已经
选定时，就要确定输入量中每一个模糊自己的模糊函数的定义域，确保模糊子集
的数目及其范围能够充满所有的输入了的论域，最终保证所有的输入量都能够对
应到模糊函数中去。

（二）模糊PID控制规则设计

模糊PID控制中的重要部分是控制的规则，其中，该控制规则包括以下3
个方面：

1.选择描述输入及其输出变量的词集

一般情况下，模糊PID控制器的控制规则一般就是表现出一组较为模糊的
条件语句，而被称为变量词集的一般就是条件语句中描述的一些表示变量状态的
某些词汇的集合。因此，选用较为日常话的语言来对此进行描述更有作用。所以，
在描述模糊PID控制器中的输入和输出的变量状态时，会选用“大、中、小”这三
个，然后再在这三个词汇中分别加上正负两个方向及其零状态，就总共有7个词
汇，分别如下：

{负大、负中、负小、零、正小、正中、正大}

在编程过程中为了方便，也常常选用因为字母的缩写来表示，如下所示：

{NB、NM、