混沌蚁群算法在中央空调冷冻水控制系统中的应用研究

摘要

建筑能耗、工业能耗和交通能耗是我国能源消耗“三大”户，其中建筑能耗约占社会总能耗的30％，而建筑能耗中的空调系统能耗占60~70%左右，可见空调能耗在整个社会能耗占较大比重。目前中央空调(Central Air-Conditioning)控制系统的设计都是按照满足用户额定最大负荷需求进行设计，但是由于中央空调是时变系统，系统负荷随季节、时间等外界因素变化，传统的定工作点控制方式不能跟踪负荷的变化，是导致空调能耗高的重要原因。怎样保证空调的制冷量与用户负荷相一致是研究的关键问题。综上所述，研究利用智能算法寻找系统在以最佳工作点运行，对降低空调系统能耗具有重要的意义。
　　中央空调冷冻水控制系统是一个复杂的控制系统，采用传统的PID控制方法，无法满足控制系统的性能要求，而且能耗比较大。本文设计了模糊自适应PID控制器，并将群体智能算法应用到该控制器的参数寻优中。首先深入研究中央空调冷冻水系统过程特性及系统能耗特点，并制定该系统控制策略；其次根据节能控制策略设计模糊PID控制器，并对模糊自调整系统的输入输出变量进行选取与量化，结合专家经验建立了模糊控制规则集合，完成了控制系统规则库的设计，并采用MIN-MAX-重心法进行模糊推理与解模糊；最后针对模糊控制器设计存在的缺陷，研究了蚁群算法与混沌算法在参数优化中的应用，结合蚁群算法与混沌算法在参数优化中各自的优点，使其具有更好全局搜索能力，在精确度和搜索速度方面的能力也得到提高。将混沌蚁群算法应用到模糊控制器参数(量化因子、比例因子)寻优中，并设计编写其算法程序。
　　通过在MATLAB软件中对设计的模糊PID控制器进行仿真实验，同时利用混沌蚁群优化算法程序对模糊PID控制器参数进行寻优，将寻优后的参数应用到模糊PID控制器中，得到二阶响应曲线，并与优化参数前的仿真曲线进行比较，在各方面性能都有很好的改善。此外还在变负荷的情况下进行仿真，响应曲线能够快速稳定。经仿真研究，将混沌蚁群算法应用到模糊PID控制器的参数寻优中，可以较好适应冷冻水系统的时变性，验证了该算法在中央空调冷冻水系统中的可行性，本论文研究为空调系统节能控制的设计提供了一定的理论指导。

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1 绪论

1.1 课题的来源及背景

1.2 国内外研究现状

1.3 中央空调系统节能措施分析

1.4 论文的主要研究内容

2 中央空调系统特性

2.1 中央空调系统的组成及工作原理

2.2 中央空调系统的能耗技术特点

2.3 中央空调冷冻水系统控制策略

2.4 本章总结

3 中央空调冷冻水控制器的设计研究

3.1 中央空调冷冻水控制系统模型建立

3.2 模糊PID控制器设计

3.3 模糊自适应PID控制器的设计

3.4 基于混沌蚁群算法模糊PID控制器的优化

3.5 本章总结

4 中央空调冷冻水系统控制仿真研究

4.1 引言

4.2 模糊PID控制系统仿真

4.3 混沌蚁群优化模糊PID控制器的仿真研究

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 论文总结

5.2 后续工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

附录 参数优化程序