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模糊控制在地铁地下站空调通风系统中的应用

1前言
地铁的地下站是特殊的建筑系统。它具有面积大、空间广、区域应用功能复杂、区域间人员流动性大等特点。这些特点使得地铁地下站空调通风大系统的监控对象往往具有时变性、非线性、随机性、大滞后的特性。目前在地铁地下站的空调通风系统中普遍采用PID控制算法，虽然PID控制算法是一种应用广泛、技术成熟的控制方法，它能满足一般工业过程控制的要求。但是采用PID算法的控制系统，其控制品质的优劣在很大程度上依赖于PID控制算法中的参数因子的整定，并且参数因子一旦计算好以后在整个控制过程中就是固定不变的。而实际控制过程中地铁地下站环境是动态变化的，为了适应地铁地下站环境的特殊性，我们希望PID的参数因子能依据当前系统的状况来做出相应的调整。在这方面，PID控制算法难以满足控制系统的要求，尤其在系统参数时变和有负载扰动的情况下，这种现象表现得尤为明显。为此，引入模糊控制技术，模糊控制技术是在模糊集合理论和模糊数学基础上发展起来的控制算法，这种控制技术能根据专家的知识和操作经验，依据偏差和偏差变化率的大小来调整PID控制算法中的参数因子大小，从而以其具有快速性和自适应的优点，为地铁地下站空调通风系统控制提供了有效的解决途径。
2 模糊控制在空调通风系统中的应用
2．1 空调通风系统的控制过程分析
空调通风系统的控制过程—般分四个阶段：
(1)根据室外的温湿度确定空调通风大系统的当前运行模式；
(2)根据当前的运行模式确定新风和回风的混合比例；
(3)根据混风温湿度与设定值之间的偏差，自动线性调节冷水阀开度；
(4)根据地下站内测到的温湿度数据，通过变频器调节回排风机和空调风机的转速。
图1是一个典型地铁地下站空调通风系统原理图。

在空调通风系统的控制中，表冷器出水阀的开度控制和风机转速的控制采用了PID控制，其中表冷器出水阀的开度决定了空调机的送风温度，风机转速决定了系统的冷量输送的多少，这两个控制阶段控制的好坏决定了整个空调通风系统控制品质的优劣。经过分析上述空调通风系统控制过程的特点，我们发现表冷器出水阀的开度控制只需测量混风温湿度与送风温湿度，测点集中，温湿度变化均匀，受外界影响小，采用模糊控制算法意义不大。而风机转速的控制需要提供地下站内部的温湿度数据，由于地铁地下站广大的面积，使得站内温湿度测点分散，站内局部温湿度变化不均匀，受外界影响大。因此，风机转速的控制阶段正适合采用模糊控制，以更精确的控制空调通风系统。

2.2模糊控制模型的建立
在建模过程中，我们以地铁地下站温度控制为例设计模糊控制模型，如图2示：

在模糊控制模型结构设计中，为实施精确温度控制，将温度偏差E、温度偏差变化串△E和参考模型CP作为输入控制对象，将风机的转速作为输出控制对象。考虑到在地铁地下站内环境中温度变化的不均匀性，应该用多传感器进行温度测量，为简化说明，现用两组温度传感器举例。其中，一组传感器测量站内中心区域的温度，另一组传感器测量地下站出人口附近区域的温湿度，主要感知系统与外界进行热交换时的温度变化。将两组温度传感器感知的温度进行融合处理，采取相应的控制规则，以达到精确温控和超前控制的目的。模糊化的温度控制量分为：ZO(零)，NS(负小)，NB(负大)，PS(正小)，PB(正大）。模糊化的风机转速分四个控制能级：20(零)、S(小)、M(中)、B(大)。
2．3模糊控制规则 ’
我们对两组传感器的反馈温度进行模糊化处理得到E和△E解析表达式，即：

2．4 建立查询表
按直乘运算规则求模糊关系，通过对所有模糊关系凡Ri(I＝1，2，…，n)进行翻毗处理，可以获取表征空调通风系统控制规则总的模糊关系及，计算尺后，基于推理合成删0，针对论域全部元素的所有组合，求出相应的控制决策Y的模糊集合；再按照取隶属度最大原则对此集合进行判断，得到相应控制量，最后获得模糊控制查询表。将该表存人计算机中，实时控制时根据E、直接查找控制表，获取控制量，再乘比例系数足3即可作为输出控制量。

3结论
采用模糊控制技术对地铁地下站空调通风系统进行控制，在理论上是可行的，特9，J是针对空调通风系统这一大滞后、非线性系统，更有着较传统控制方法更明显的优势，但要将其应用于工程实际中，还要做好以下几个方面：
(1)选择适合的空调系统运行工况；
(2)权系数初值的选择。正确选择权系数初值是实现自动控制模式平滑转换的关键。
(3)权系数的限幅。在进行在线实时控制时，可能会由于权系数饱和使系统失去应有的学习能力；
(4)建立一套良好的软件和硬件仿真平台。
如果能做好以上几个方面，模糊控制技术将在地铁地下站环控系统中得到广泛的应用。