MultivariableDecouplingLoopControlofVAVAirConditioningSystem Based onPID Control Technology
ZHAO Huiling
( Department of Irtermet of Things Technology Shanxi Voeational & Technical College of Finance & Trade Taiyuan Shanxi O30000 China)
Abstrat: T VAV air diing sem ilds my clpsach ll illde sg lig fet in tion and decpling cotrol loop is need to ensure system stability. Te mltivariable deculing loop cotrl method of VAV air con ditioning system hased PID control techolgy is studied. Based n the PID ctral techology he relative matrix of loop gin is es-talished he mltiriale deing mde of air cditing is dd by the dial theoy of relatie matrix he decling loop of cmeating signal cnrol stem is set p by er cet nles nd tbe deling lop cl mhd is designed. Theexperimnts of deing rl f mltiariable lp is caried t by ing te ppd mhd and the tradiion method Te aiale air e air cdiiing stem inldefie ses f l l xhih are r tmpee an pe statc pese f tsets of roms carbon dixide concentratioe and suply air temperature. When the se vale af supply air temperature s 11 °℃ J8 “C and 14 °℃C respectively and the set value of carbon dioxide concntration is 400×10 700× 10~ and 1 000×10° he decupling contel under tbe prpe method will t be afete by other ctrl lpsandit ca he beter follup prpety and red the ineferne anxl influence of other coetrol loops.
usis uupu Y AVA uo unp doo udno do ue :lopup pouo Id spuom ayEEACC: 7210B; 7220 doi: 10.3969 /j.issn..2023.02.031
赵慧玲
（山西财贸职业技术学院物联网技术系山西太原030000)
摘要：变风量空调系统包含多个控制回路各组控制回路在运作时会产生强烈耦合效果为保证系统稳定需要解耦控制回路，研究基于PID控制技术的变风量空调系统多变量解耦回路控制方法.基于PID控制技术建立回路增益相对矩阵根据相对矩阵 对角理论推导空调多变量解耦方式根据误差校正规则设置补偿信号控制系统解耦回路完成解耦回路控制方法设计，实验以变风量空调系统为测试对象运用所提方法和传统方法对多变量回路进行解耦控制设定变风量空调系统中包含五组控制回度设定值为400×10°、700×10~以及1000×10*时在所提方法下进行解耦控制不会受到其他回路的影响能够具备较好跟随 路分别为2组房间室温和管道静压以及二氧化碳浓度和送风温度当送风温度设定值为11℃、18℃以及14C时二氧化碳浓性减少其他控制回路的干扰和影响.
关键词：PID控制技术；多变量回路：耦合回路：解耦控制：变风量空调系统
中图分类号：0231 文献标识码：A 文章编号：1005-9490(2023)
展自动化控制方法研究，能够提高化工生产的安全定需要对其进行解耦回路控制.赵振华和肖亮以 PID控制技术被应用在各种化工领域，通过开时若末端存在耦合现象，会导致系统运行的不稳性和生产效率.梁代华和杨茂平以及陈玉虹等人，及曹东等人在文献[3]中针对回路解耦，分别在回路通道之间的解耦实现各个通路之间的轨迹跟踪.DialloA等人在文献[4]中提出了一种针对炎热和人在文献[2]中对变风量空调系统的运行全过程法即利用两相热虹吸管回路完成空间制冷并通过安全运行需要对多变量解耦回路进行控制本文以
在文献[1]中提出基于PID控制器的自动控制方路位置和构造位置安置逆转装置，以此控制不同回法通过多模型稳态方案，对不同工况特性进行整定建立对应工况下的数字控制模型可以产生较为 稳定的运行数据-孟庆龙和王文强以及葛俊伶三干燥气候国家房屋的被动式空调系统回路控制方进行分析，以其实际运行时的实体变风量为基准研仿真实验对控制回路的传热和导热性能研究该方究风量改变情况下变风系统的强化动态特性以及法可保证系统安全运行.为保证变风量空调系统的末端之间的耦合特性.当变风量空调系统发生变风
此为基础研究基于PID控制技术设计解耦回路控制方法实现对多组变风通路的轨迹跟踪为变风量 空调系统管理提供理论支持.
1基于PID控制技术的变风量空调系统多 变量解耦回路控制方法
1.1基于PID控制技术建立回路增益相对矩阵
变风量空调系统在应用过程中受多种控制变量影响在整个系统中含有多个回路每组回路分别对变量进行控制而产生的变量又会反作用于回路.一般情况下回路控制的变量相互之间会产生影响，而一个变量的改变会影响其他不变的因素进行变 化导致空调系统在运行过程中产生振荡将变量影响后产生的振荡现象称作耦合需要对其进行解耦.
通过PID控制技术建立回路增益矩阵按照间接法对回路信号进行放大，以倍数放大关系求解回路增益信号设置矩阵中存在传递函数分别为 n（6）和n（b）以及n（6）和n（6b）其对应静态信号为m和m以及m和m
对静态信号进行处理在其稳态状态下第一级放大倍数表示为：
式中：静态信号的一级放大倍数信号用u来表示；信号经过上行回路产生的信号用T，来表示：信号经过下行回路产生的信号用H来表示；PID控制参数用来表示
按照相对矩阵对信号进行转换，由此得到回路信号之间的关系表示为：
放大信号用表示如下式所示： 根据第二级放大倍数定义信号，可以得到二级
引入增益函数对相对矩阵进行定义四组静态的增益情况为表达式如下： 信号对应的增益情况，用n来表示.其中m对应
umm=m同理对其他三组静态信号进行对应分别为和以及n表示为：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
常规模式下对输入和输出的空调变风系统能够对送风回路信号进行整合在相对矩阵的对角线量耦合方式 上对产生的影响关系进行推导以此获取回路的变
1.2相对矩阵对角理论推导空调多变量解耦方式
相对矩阵中的对角形式，能够对变风空调系统之间的回路关系进行各种通量的信息传递以此形 成各变量之间的传递函数矩阵，将其设置为（y）利用数字表达式完成推导将回路解耦控制转化为对角矩阵用A（y）来表示.
通过矩阵表达式进行推演将存在耦合关系的路各组耦合变量的传递函数矩阵可假设为： 各个回路转化为相互独立且不受影响的单变量回
式中：将耦合回路分为两组，建立2×2对角矩阵.该矩阵下解耦传递函数矩阵表达式如下：
式中：对应建立的对角矩阵用g（y)来表示.
以此设置解耦的目标矩阵假定为：
根据被控制对象的等量输出原则，将回路的具体输出向量完成等价交换表达式如下：
的输出值对应每组回路的实际向量通过式（10) 将等价转换进行解耦以此对两个假定回路和和式（11）推导出多变量解耦方式表示为[：
通过假定的目标矩阵A（y）上的对角线在其线上的各个耦合元素进行传递，使其处于同一个单位矩阵中利用误差校正规则，设置回路解耦信号完成控制-
1.3误差校正规则设置补偿信号控制系统解耦回路 结合PID控制机理能够构成神经元自适应控
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
y((c](，（ = (11)（）（）]g（y）g（）][x]
( 12)
形成PID控制通路具体如图1所示. 制策略对变风量空调系统的控制器进行状态转化，
图1神经元PID自适应控制通路
根据图中所示空调系统变风通路的导入信号，用来表示；神经元比例系数用r来表示[）.在正负极转化过程中利用状态变换进行通路控制按照P和/以及D的系数体现网络权重实现综合变风信号输出
控制回路中不同神经元的输入状态用g（a）来表示其中u=123-对每个状态进行设定表达式如下：
式中：控制神经元的输入状态变量分为三组通路分别用g（a）和g（a）以及g（a)来表示].对每条通路中的信号加以控制对应表示为r和r以及r将每个信号输出的神经元作出补偿用，来表示.
引用响应函数/x）=x进行线性求解，神经元解耦补偿算法表达式如下：
式中：神经元的实际输出用r（a）来表示；回路解耦状态用d表示.需要根据神经元情况对其进行设定表达式如下
d(a1) =d(a) β( [ (a) r (a) ](a)( 15) 式中：神经元学习的速率用β来表示：神经元的期望输出值用r（a）来表示此信息属于未知数据.
对d的初始值进行选择分为两种形式.如下所示：
为避开实际值与期望值之间的矛盾按照三输入三输出的多变量对象为控制基础对上述信号描述表达式如下"
( 13)
( 14)
( 16)
( 17)
式中：输出测量量用c来表示分别为c和c以及c对控制对象用：来表示.
通过神经元转化解耦关系表达式如下：
将两组包括神经元在内的控制对象，同时进行转换表达式如下：
当空调中的神经元回路补偿与控制对象被视作同一类型时即可将误差作为补偿信号对变风空调系统进行解耦控制.
至此，基于PID控制技术建立相对矩阵推导空调多变量解耦方式，设置补偿信号控制系统解耦回路完成变风量空调系统多变量解耦回路控制方法设计.
2实验测试与分析
本文以PID控制技术为基础，重新研究了变风量空调系统的多变量解耦回路控制方法将全新的控制方法作为实验组测试对象将两组传统控制方和模糊算法控制方法在多轮测试中对比不同方法 法作为对照组测试对象分别为动态分级控制方法的回路解耦控制效果
2.1选择变风量空调系统控制回路参数
选择美国CARNES品牌的变风空调系统为测试对象没定其中包含至少五组控制回路在不同控制回路同时工作时，会发生耦合现象.分别运用三 组控制方法进行回路解耦，以此保证空调系统能够按照原有设定值完成运行其电路图如图2所示具体参数如表1所示.
设定送风
图2变风量空调系统控制回路
(18)
(19)
根据图3所示对空调系统进行解耦控制后在本文方法下送风温度与设定值匹配效果较好其可 在28：内达到设定值具备控制回路抗干扰能力
表1变风量空调系统控制回路参数
控制回路送风温度 10.0 °℃ ~20.0 °℃ 参数 冷水间门 设备 6.25 V 参数管道静压 1号室温 165.0 pA ~ 174.0 pA 21.0 ℃ ~28.0 ℃ 新风阁门 变频器 45.68 Hz 6.24 V2号室温 500×10~~1 700×10 3 0 00 2号间位 1号阀位 52.6%二氧化碳 34.2%
而两组传统方法下送风温度与设定值具有一定距离，且其跟随时间高于33：，且难以稳定，可能存在其他回路干扰情况，说明本文方法的控制效果 更好.
根据表1内容所示在此次选择的空调系统中，共含有五组控制通路，一般情况下对三输入三输出的回路进行控制，就能够满足空调的稳定运行.因此若能够对五输入五输出的回路进行解耦控制，可以保证空调系统的运行更加稳定
2.3二氧化碳浓度控制回路解耦效果
设定二氧化碳浓度分别为400×10和700×10以及1000×10在其运行过程中，会受到新风量影响导致其偏离设定值需要进行回路解耦
将上述参数数据代入到MATLAB测试平台中，分别设定控制回路变化数值连接三组控制方法进行回路解耦测试送风温度和二氧化碳浓度的控制回路解耦效果.
采用三组控制方法对变风量空调系统进行解耦控制具体情况如图4所示.
根据图4所示在进行解耦情况下采用本文方法对其控制能够保证二氧化碳浓度与设定值保持 一致具备较好的跟随性.
2.2送风温度控制回路解耦效果
设定送风温度分别为11℃和18℃以及14℃，在其运行过程中会受到冷冻水的流量影响，以及2组房间各自送风量的影响，导致送风温度偏离设定值需要进行回路解耦.
而两组传统方法仍会产生偏离情况说明在五组控制回路解耦时本文方法的控制效果更好具有实际应用价值.
3结束语
选用文献[2]方法和文献[4]方法为对比方法，利用三种方法对变风量空调系统进行解耦控制具体情况如图3所示.
本文以PID控制方法为基础对于变风量空调系统的多变量解耦回路设计一种新的控制方法并
图4解情况下二氧化碳浓度响应曲线
图3解耦情况下送风温度响应曲线
取得了一定成果.经过实验结果可知：在选择的测试空调系统中含有五组控制回路通过本文方法能 够有效对解耦回路进行控制，使其与设定值保持一致-但由于本人时间限制测试过程中存在不足之处即实验环节中设定的控制回路过多不能展示原有方法的有效性，测试结果具有一定的偏差性.后控制提供科学的方法. 续研究中会进行更深层次分析，为多变量解耦回路
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赵慧玲（1982一）女汉族，山西运城人供热供燃气通风与空调专业硕士. 讲师，研究方向：制冷与空调技术.zhao137_0232@0
