积分控制在酒店HVAC系统中的仿真分析

积分控制在酒店HVAC系统中的仿真分析

王攀藻

王攀藻

（四川旅游学院四川成都610100）

摘要针对某星级酒店中央空调(HVAC)系统，受多干扰，调控滞后和稳态精度差的特点，为了让客房等环境温、湿度适宜，提出一种积分过程的PID参数调控方式，把酒店HVAC分为主、副双回路，通过PI反馈校正把积分环节转变成副回路平衡反馈系统，扩展到主回路中，形成一个闭环平稳的系统，同时多变量过程辨识出系统模型，基于鲁棒性能指标，设计PID控制器，不仅保证了抗干扰性，而且加强了对中央空调的稳定性调控，通过MATLAB对积分过程参数调控进行了仿真分析，分析结果说明，该方法具有有效性和实用性，对提升酒店HVAC的响应精度和滞后校正具有较大的帮助。

关键词酒店HVAC积分过程PID参数控制仿真分析

中图法分类号TP23；文献标别码A

中央空调HVAC系统属于星级酒店智能化系统之一，为入住酒店的客人，提供清新、舒适的环境。据酒店行业协会统计，每年HVAC系统能耗占酒店总能耗的40%以上，其是否节能、环保，直接关系着酒店的未来发展。由于客人频繁入住酒店客房等情况，酒店HVAC系统是一个多干扰，控制滞后的闭环系统，采用何种控制器对其如何控制，至关重要。目前多数星级酒店的HVAC系统使用传统PID控制器，传统PID控制对平衡系统工作效果好，但是对于积分过程控制输出误差较大，对客房的温、湿度控制精确度不够，不能满足客人需求，同时还需要酒店工程技术人员具有调整PID参数的经验，耗时、费力，而且又不利于HVAC系统处于最佳工作状态。针对酒店HVAC系统的这一特点，提出一种积分过程的PID整定方式，设计PI内回路控制器，把积分过程转换成内部稳定回路，构造成二阶加纯滞后模型，根据鲁棒性能指标，基于该模型设计PID控制器，使用近似设定值加权方式，控制积分过程，自动整定参数，模型控制较精确，降低能耗，体现出酒店智慧性。

1.PID控制简介

PID控制[1]是最早发展起来的控制方式之一，其鲁棒性好，算法简单和可靠性高，被大量运用到过程和运动控制中，适应用于精确模型控制。PID控制器将系统控制的偏差比列P、积分I和微分D通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。根据给定值响应与实际响应之间的偏差来进行调节:

式中，Ti—积分时间；TD—微分时间；Kp—比例系数。PID控制器的每个校正环节的作用包含三部分：（1）比例环节校正；（2）积分环节校正；（3）微分环节校正。PID控制器的核心内容就是参数控制，如果参数控制的好，系统的工作状况就会达到理想状态。

2.星级酒店HAVC系统的结构

中央空调系统分为变风量和定风量中央空调系统，星级酒店多采用变风量HVAC系统，其HVAC系统[2]包括：客房等环境的温、湿度传感部分、PID控制部分、变频轴流风机部分和房间风机盘管等。系统工作原理为：客房温湿度传感器把采集到的信号传给控制器，控制器进行分析计算后向执行器（如变频轴流风机、加湿器等）发出指令，通过进入客房的风量大小来控制房间的温湿度。

3.HVAC系统积分过程PID整定仿真分析

先辨识出星级酒店HVAC系统积分过程的模型,建立双回路[3]，根据鲁棒性能指标N，设计PID控制器，由于是在MATLAB环境下运行仿真，这里给出程序图，如图1所示。

3.1积分整定过程

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（2）主回路PID控制器的设计[5]

如图1，主回路GC1的采样控制周期T1和副回路的采样周期T2基本相同，根据副回路选择采样周期，因为副回路控制的对象响应速度快，将干扰加到副回路中，副回路中参数的变化，由副回路来控制，对控制量G的影响将会减小，副回路的惯性由副回路调节，提高回路响应速度，最后将副回路加到主回路中，形成全闭合回路，基于鲁棒性能指标[6]N=1.1～2.5设计PID控制器。这里给出主回路PID控制器的仿真算法图，如图2所示。

4.结论：

星级酒店中央空调HVAC，是一个闭环、滞后和多干扰的系统，针对这种系统的积分过程，给出了一种简单、实用的积分PID整定方法，首先辨识出系统模型，形成主、副双回路，基于鲁棒性能指标设计PID控制器，整定出参数，与设定值加权的结果相似，既保证了控制器的抗干扰性，又保证了对系统的可控性，通过仿真表明了这种方法的有效性和PID控制器的实用性。

参考文献

[1]K.JA,TH.PIDcontrollers:Theory,Design,andTuning[M].2nded.ResearchTrianglePark.NC:InstrumentSocietyofAmerica,1995.122-203

[2]孙景芝，张铁东.楼宇智能化技术.武汉：武汉理工大学出版社，2011

SunJingzhi,ZhangTiedong.Intelligentbuildingtechnology.Wuhan:WuhanUniversityofTechnologypress,2011

[3]王学雷．基于双通道继电反馈的过程建模与控制研究[D]．上海：上海交通大学自动化系，2002.

WangXuelei.ResearchonModelingandcontrolofprocess[D].Shanghai:twochannelrelayfeedbackbasedAutomationDepartmentofShanghaiJiaoTongUniversity,2002

[4]王广雄，何朕.控制系统设计.北京：清华大学出版社，2008

WangGuangxiong,heZhen.Designofcontrolsystem.Beijing:TsinghuaUniversitypress,2008

[5]韩京清.从PID技术到自抗扰控制技术.控制工程，2002，9（3）：14-17.

HanJingqing.FromPIDtotheactivedisturbancerejectioncontroltechnique.Controlengineering,2002,9(3):14-17.

[6]WANGYG，SHAOHH．OptimaltuningforPIcontrollers[J]．Automatica，2000，36(1)：147-152．

[7]TANW，LIUJ，TAMPKS．PIDTuningbasedonloop-shapingH∞control[J]．1EEProc.-ControlTheoryAppl，1998，l45(6)：480-489．

SimulationanalysisontheintegrationprocessofPIDcontrolHVACofStarsHotel

Wangpanzao

SichuanTourismuniversity,Sichuan,610100

[Abstract]AimingattheStarsHotelcentralairconditioning(HVAC)system,themultipleinterference,regulatorylagandsteadyprecisioncharacteristics,inordertomaketheroomenvironmenttemperature,humidity,proposesthePIDparameterregulationanintegralprocess,thehotelHVAC,pairofloops,thePIfeedbackcorrectiontointegralintoviceloopbalancefeedbacksystem,extendedtothemaincircuit,theformationofaclosedloopsystemwithsmooth,atthesametimemultivariableprocessidentificationsystembasedonthemodel,therobustperformanceindex,designofPIDcontroller,notonlytoensurethattheanti-jamming,stabilityandstrengthentheregulationandcontrolofthecentralairconditioning,throughtheMATLABoftheintegralprocessparametercontrolsimulationanalysis,analyzingtheresults,themethodiseffectiveandpractical,isofgreathelptopromotethehotelHVACresponseaccuracyandlagcorrection.

[Keywords]HotelHVACintegrationThePIDparametercontrolSimulationanalysis