基于模糊T—S模型的中央空調(diào)優(yōu)化控制策略

白強(qiáng) 李海闊 康蕓瑋

【摘 要】本文基于模糊T-S模型分析冷卻負(fù)載、系統(tǒng)效率、耗電量與變量之間復(fù)雜的不確定性關(guān)系，同時(shí)基于實(shí)際數(shù)據(jù)檢驗(yàn)了模型的合理性。針對(duì)實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)，基于模糊T-S模型建立優(yōu)化模型得到空調(diào)的控制策略，結(jié)果表明空調(diào)耗電量明顯降低，系統(tǒng)效率提高。

【關(guān)鍵詞】模糊T-S模型；冷卻負(fù)載；系統(tǒng)效率；耗電量

中圖分類號(hào)： TL353.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）20-0141-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.062

【Abstract】In this paper， the fuzzy T-S model is used to analyze the complex uncertainty relationship between the cooling load， the system efficiency， the power consumption and the variable， and the rationality of the model is tested on the basis of the actual data. According to the actual air conditioning system， the control strategy of air conditioning is obtained based on the fuzzy T-S model. The result shows that the power consumption of air conditioning is obviously reduced and the efficiency of the system is improved.

【Key words】Fuzzy T-S model； Cooling load； System efficiency； Power consumption

0 引言

當(dāng)下全球氣候不斷變換，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，空調(diào)技術(shù)可滿足范圍越來(lái)越廣，發(fā)展前途存在擴(kuò)大趨勢(shì)，中央空調(diào)在各大領(lǐng)域中也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。因此，中央空調(diào)[1-2]系統(tǒng)在運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)性、高效性和合理性也成為了值得研究的問(wèn)題。每一套中央空調(diào)系統(tǒng)都包含內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩個(gè)熱交換循環(huán)系統(tǒng)。在內(nèi)循環(huán)中，冷水泵將冷卻裝置中由冷卻器冷卻的冷水推進(jìn)大樓， 通過(guò)熱交換對(duì)大樓內(nèi)部的空氣進(jìn)行降溫和除濕。循環(huán)水在吸收了室內(nèi)空氣中的熱量以后溫度升高，重新回流至冷卻器中冷卻降溫，并通過(guò)冷卻裝置將其熱量傳送到外循環(huán)。在外循環(huán)中，冷凝器水泵推動(dòng)冷凝器中的水來(lái)吸收冷卻器降溫所產(chǎn)生的熱量到冷卻塔，冷卻塔把水中的熱量排放到室外空氣中，水流再流回冷凝器。依次循環(huán)。內(nèi)循環(huán)中的冷卻器和外循環(huán)中的冷凝器被封裝在一起，稱為中央空調(diào)系統(tǒng)的冷卻裝置。中央空調(diào)通過(guò)能量轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)將室內(nèi)的熱量吸收并輸送至室外，從而實(shí)現(xiàn)換氣降溫的功效。

1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文數(shù)據(jù)源于2017年全國(guó)大學(xué)數(shù)據(jù)挖掘競(jìng)賽B題。附件1中給出了時(shí)間跨度為17天的中央空調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，不存在缺失值，用SPSS做描述統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)的差異性較大，存在一定的異常數(shù)據(jù)，因此需要對(duì)原數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。采用四分位數(shù)的方法，剔除附件1中的極端值，降低異常數(shù)據(jù)帶來(lái)的誤差。

2 模糊T-S模型

基于模糊規(guī)則的系統(tǒng)能夠逼近高度非線性系統(tǒng)。在Takagi-Sugeno模糊系統(tǒng)中，規(guī)則后件是模型輸入的函數(shù)。

基于模糊T-S模型[3-4]，通過(guò)模糊劃分對(duì)所求的變量建立多個(gè)線性關(guān)系，對(duì)多個(gè)模型的輸出再進(jìn)行模糊推理和判定，利用模糊T-S模型的萬(wàn)能逼近能力，從而對(duì)需要研究的冷卻負(fù)載、系統(tǒng)效率、耗電量與變量之間復(fù)雜的不確定性關(guān)系進(jìn)行一個(gè)很好的近似表述。

3 模型檢驗(yàn)與應(yīng)用

3.1 模型檢驗(yàn)

為檢驗(yàn)?zāi)：齌-S模型的合理性，基于預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，將后1/3的數(shù)據(jù)代入模型，用這2萬(wàn)條左右的數(shù)據(jù)得出預(yù)測(cè)值與真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖1。

通過(guò)圖1的分析發(fā)現(xiàn)，根據(jù)數(shù)據(jù)，基于所建模型計(jì)算得出的系統(tǒng)效率的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)基本吻合，同時(shí)調(diào)用模型對(duì)耗電量、冷卻負(fù)載的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果表明與原始數(shù)據(jù)的吻合度均較高，進(jìn)而也說(shuō)明了模型的合理性。

3.2 模型應(yīng)用

為使得中央空調(diào)耗電量盡量降低，同時(shí)提高系統(tǒng)效率，需要針對(duì)可控的變量設(shè)計(jì)優(yōu)化控制策略。在中央空調(diào)工作時(shí)，冷凝水泵的開關(guān)狀態(tài)可影響其功率，而功率可以進(jìn)一步影響流入流出冷凝裝置的水流速度，由此可得出，開關(guān)的閉合間接影響了水流速度。由此我們可以找出受到冷凝水泵開關(guān)直接影響的變量的表達(dá)式，并找出受開關(guān)間接影響的變量及其表達(dá)式，基于模糊T-S模型，建立以下優(yōu)化模型：

分析圖2可知，經(jīng)優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的耗電量明顯下降，系統(tǒng)效率也有明顯降幅，說(shuō)明優(yōu)化效果良好，體現(xiàn)了結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語(yǔ)

由于中央空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部變量較多且關(guān)系較為復(fù)雜，本文基于模糊T-S模型研究冷卻負(fù)載、系統(tǒng)效率、耗電量與變量之間的不確定性關(guān)系，通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算表明，模糊T-S模型下預(yù)測(cè)值與真實(shí)值的相似度較高，表明該模型能夠較高地分析變量間的非線性關(guān)系，同時(shí)運(yùn)用于實(shí)際問(wèn)題中設(shè)計(jì)優(yōu)化控制策略，能夠較好地降低耗電量，提高系統(tǒng)效率。

【參考文獻(xiàn)】

[1]俞炳豐.中央空調(diào)新技術(shù)及其應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]顏全生.中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2003，15（1）：91-94.

[3]尹作友，張化光.基于模糊T-S模型的非線性系統(tǒng)的H_∞魯棒容錯(cuò)控制[J].控制與決策，2009，24（6）：813-818.

[4]楊謀存，殷晨波，孫后環(huán)，等.一類基于模糊T-S模型的輸出反饋控制系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性分析[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2008，30（3）：26-29.