基于模糊T—S模型的中央空调优化控制策略

白强 李海阔 康芸玮

【摘 要】本文基于模糊T-S模型分析冷却负载、系统效率、耗电量与变量之间复杂的不确定性关系，同时基于实际数据检验了模型的合理性。针对实际空调系统，基于模糊T-S模型建立优化模型得到空调的控制策略，结果表明空调耗电量明显降低，系统效率提高。

【关键词】模糊T-S模型；冷却负载；系统效率；耗电量

中图分类号： TL353.13 文献标识码： A 文章编号： 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

当下全球气候不断变换，科学技术不断发展，空调技术可满足范围越来越广，发展前途存在扩大趋势，中央空调在各大领域中也得到越来越广泛的应用。因此，中央空调[1-2]系统在运行中的经济性、高效性和合理性也成为了值得研究的问题。每一套中央空调系统都包含内循环和外循环两个热交换循环系统。在内循环中，冷水泵将冷却装置中由冷却器冷却的冷水推进大楼， 通过热交换对大楼内部的空气进行降温和除湿。循环水在吸收了室内空气中的热量以后温度升高，重新回流至冷却器中冷却降温，并通过冷却装置将其热量传送到外循环。在外循环中，冷凝器水泵推动冷凝器中的水来吸收冷却器降温所产生的热量到冷却塔，冷却塔把水中的热量排放到室外空气中，水流再流回冷凝器。依次循环。内循环中的冷却器和外循环中的冷凝器被封装在一起，称为中央空调系统的冷却装置。中央空调通过能量转换实现将室内的热量吸收并输送至室外，从而实现换气降温的功效。

1 数据预处理

本文数据源于2017年全国大学数据挖掘竞赛B题。附件1中给出了时间跨度为17天的中央空调系统的相关数据，不存在缺失值，用SPSS做描述统计时发现，数据的差异性较大，存在一定的异常数据，因此需要对原数据进行数据预处理。采用四分位数的方法，剔除附件1中的极端值，降低异常数据带来的误差。

2 模糊T-S模型

基于模糊规则的系统能够逼近高度非线性系统。在Takagi-Sugeno模糊系统中，规则后件是模型输入的函数。

基于模糊T-S模型[3-4]，通过模糊划分对所求的变量建立多个线性关系，对多个模型的输出再进行模糊推理和判定，利用模糊T-S模型的万能逼近能力，从而对需要研究的冷却负载、系統效率、耗电量与变量之间复杂的不确定性关系进行一个很好的近似表述。

3 模型检验与应用

3.1 模型检验

为检验模糊T-S模型的合理性，基于预处理后的数据，将后1/3的数据代入模型，用这2万条左右的数据得出预测值与真实数据进行对比，结果如图1。

通过图1的分析发现，根据数据，基于所建模型计算得出的系统效率的预测数据与原始数据基本吻合，同时调用模型对耗电量、冷却负载的数据进行预测，结果表明与原始数据的吻合度均较高，进而也说明了模型的合理性。

3.2 模型应用

为使得中央空调耗电量尽量降低，同时提高系统效率，需要针对可控的变量设计优化控制策略。在中央空调工作时，冷凝水泵的开关状态可影响其功率，而功率可以进一步影响流入流出冷凝装置的水流速度，由此可得出，开关的闭合间接影响了水流速度。由此我们可以找出受到冷凝水泵开关直接影响的变量的表达式，并找出受开关间接影响的变量及其表达式，基于模糊T-S模型，建立以下优化模型：

分析图2可知，经优化空调系统运行的耗电量明显下降，系统效率也有明显降幅，说明优化效果良好，体现了结果的准确性。

4 结语

由于中央空调系统内部变量较多且关系较为复杂，本文基于模糊T-S模型研究冷却负载、系统效率、耗电量与变量之间的不确定性关系，通过实际数据计算表明，模糊T-S模型下预测值与真实值的相似度较高，表明该模型能够较高地分析变量间的非线性关系，同时运用于实际问题中设计优化控制策略，能够较好地降低耗电量，提高系统效率。

【参考文献】

[1]俞炳丰.中央空调新技术及其应用[M].化学工业出版社，2005.

[2]颜全生.中央空调节能系统的设计及实现[J].电力系统及其自动化学报，2003，15（1）：91-94.

[3]尹作友，张化光.基于模糊T-S模型的非线性系统的H_∞鲁棒容错控制[J].控制与决策，2009，24（6）：813-818.

[4]杨谋存，殷晨波，孙后环，等.一类基于模糊T-S模型的输出反馈控制系统鲁棒稳定性分析[J].南京工业大学学报（自科版），2008，30（3）：26-29.