第３２卷第３期 ２０１３年５月 建筑热能通风空调 Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｖ０ｌ３２ Ｎｏ．３ Ｍａｙ．２０１３．２０－２２ 文章编号：１００３—０３４４（２０１３）０３—０２０—４ 模糊控制集中供热控制器的ＭＡＴＬＡＢ仿真 徐彤 崔高健 曲永利 １长春经开供热集团有限公司 ２长春工业大学机电工程学院 摘 要：利用长春某公司提供的全年供热的数据，以供水流量和室外温度作为输入，以回水温度作为输出，设计出 了二维的集中供热的模糊控制器。利用ＭＡＴＬＡＢ中的模糊推理工具箱，对设计出的模糊控制器进行了仿真。解决 了集中供热系统的非线性、时变性、随机干扰及对象模型参数的不确定因素这一问题。 关键词：集中供热模糊控制ｍａｍｄａｎｉ型ＭＡＴＬＡＢ仿真 Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｏｆ Ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆｕｚｚｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｙ ＭＡＴＬＡＢ ＸＵ Ｔｏｎｇ ，ＣＵＩ Ｇａｏ—Ｊｉａｎ ，ＱＵ Ｙｏｎｇ－ｌｉ １ Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｊｉｎｇｋａｉ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． ２ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｈｅ ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｅｎｔｒａｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄａｔａ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ Ｘｉｎｇ—ｌｏｎｇ ｃｏｍｐａｎｙ ｉｎ Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，ａｆｔｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｕｔｄｏｏｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｌａｙｅｄ ａｓ ｉｎｐｕｔ，ｔｈｅ ｒｅｔｕｒｎ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｌａｙｅｄ ａｓ ｏｕｔｐｕｔ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｗｉｌｌ ｂｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｆｕｚｚｙ ｔｏｏｌｂｏｘ ｉｎ ＭＡＴＬＡＢ．Ｓｏｌｖｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ，ｔｉｍｅ－ｖａｒｙｉｎｇ，ｒａｎｄｏｍ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｍｏｄｅｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｈｅａｔｉｎｇ，ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｍａｍｄａｎｉ，ＭＡＴＬＡＢ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ０ 引言 由于集中供热系统的非线性、时变性、随机干扰 及对象模型参数的不确定因素，使得传统控制难以精 确地完成控制任务，从而存在对能源的极大浪费，而 模糊控制以其强大的函数映射能力，它能够通过输入 输出数据对过程进行有效的学习，进而可以很好地解 决这一问题，能够在很大程度上节省资源＿１＿。 １ 模糊控制器的结构 对长春某热力公司提供的供热数据进行归纳总 结，得出供水流量 ∈［１７２８３，２３２１３］和室外温度Ｙ∈ ［＿２０，５］。模糊控制器则根据 和Ｙ的数据，选定回水温 度ｔ Ｅ【４３，６１］。因为只考虑回水温度，可以用双输入一 单输出模糊控制器完成任务［２Ｊ。 论文以供水流量和室外温度作为输入，以回水温 度作为输出，设计出了二维的集中供热的模糊控制 器。利用ＭＡＴＬＡＢ中的模糊推理工具箱，对设计出的 模糊控制器进行了仿真。 收稿Ｅｌ期：２０１２—１１－１ ２ 集中供热控制器的ＭＡＴＬＡＢ建模 ２．１模糊推理系统编辑器 由于本集中供热控制器是采用供水流量、室外温 作者简介：崔高健（１９７０－），男，教授；吉林省长春市延安大街２０５５号长春工业大学机电工程学院（１３００３１）；Ｆ＿ｍａｉｌ：ｇａｏｊｉａｎｃｕｉ＠１２６．ｃｏｍ 基金项目：吉林省科技发展计划项目（２００８０４１８） 第３２卷第３期 魏波等：基于部分负荷性能的水源热泵优化配置方案 表１大连地区某办公建筑夏季空调负荷率分布 负荷率（％） １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ １００ 根据建筑冷负荷需求，预给定以下三种水源热泵 机组配置方案：①２台９００ｋＷ机组并联运行；②３台 １０ ６００ｋＷ机组并联运行；③２台７００ｋＷ机组和１台 ４００ｋＷ并联运行，即大、小机组搭配运行。空调系统 １０％～１００％负荷率范围内，３种方案的机组运行策略如 臣．ｈ鱼曲 ｈ ． ．２０ ３口 ４０ ５Ｏ ６Ｏ ７０ 日０ ９０ ’Ｏ０ ｍ ￥／％ 图４不同部分负荷下三种机组配置方案能耗比较 在总的能耗中水泵能耗降低幅度较大，即水泵节 表２所示。 表２部分负荷率时三种方案机组运行策略 保持模拟工况不变，利用本文中的机组性能模拟 流程分别得出部分负荷下９００ｋＷ、７００ｋＷ、６００ｋＷ和 ４００ｋＷ四种型号机组功率如表３所示，四种型号机组 的水泵总功率（冷却水泵、冷冻水泵功率之和）分别为 ６８ｋＷ、５５ｋＷ、４８ｋＷ和２８ｋＷ，然后根据运行策略进行 整个空调季三种机组配置方案能耗（主要包括机组能 耗和水泵能耗）分析和对比，结果如图４和表４所示。 表３部分负荷下四种型号机组功率模拟结果 负荷率（％） １００ ９０ ８０ ７０ ６ｏ ５０ ４０ ３０ ２０ ９００ｋＷ机组功率（ｋＷ） １４３ １ ３０ ｌ１６ １０６ ９６ ８５ ７６ ７６ ７６ ７Ｃ０ｋＷ机组功率（ｋＷ） １Ｉｌ １ＣＯ ９０ ８２ ７５ ６６ ５８ ５８ ５８ ６ＣＯｋＷ机组功率（ｋＷ） ９４ ８６ ７７ ７０ ６４ ５６ ４９ ４９ ４ｑ ４００ｋＷ机组功率（ｋＷ） ６４ ５８ ５２ ４７ ４３ ３８ ３４ ３４ ３４ 表４整个空调季三种机组配置方案能耗比较 方案 制冷机能耗 相对方案１ 水泵能耗 相埘方案１ 总能耗 相对方案 （１０＊ｋＷｈ） 节能率（％） （１０￣ｋＷｈ） 节能率（％） （１０￣ｗｒａ） 能率（％ 方案１ ２５ ８８ ２０ ４３ ４６ ３Ｉ 力案２ ２４ ６７ ４ ６６ １６ ４０ １９ ７６ ４１ ０７ Ｉ１ ３ ２ 方案３ ２３ ６ｌ ９ ２０ １４ ４２ ３６ ６８ ３８ ０３ ２０１ ７ 由表４可知，方案３中机组配置方式是相对节能 的，整个空调季方案３比方案１机组配置的制冷机能 耗低９．２％，水泵能耗低３６．６８％，总能耗低２０．１７ｏ，／ｏ，由 表３和图４可知，这主要是因为在４０％负荷率以下 时，方案３中的单机负荷率较方案１中的单机负荷率 高，即方案３中的机组比方案１中的机组运行在性能 较好的范围内，避免了单机低负荷率、低性能工况。 能率是总节能率的主要部分，这是因为机组两侧水系 统定流量运行时，整个负荷率范围内水泵功耗基本不 变，所以在低负荷率时，开一台小机组比开一台大机组 不仅机组能耗降低，更重要的是水泵功耗相对大机组 的水泵也有较大幅度降低。 ４ 结论 空调系统设计阶段，冷水机组的选型优化配置要 结合空调负荷率分布和冷水机组生产厂家提供的变 工况机组性能（比如负荷变化，冷却水温度变化、室外 气象参数变化等）进行详细比较分析，通过不同的机组 搭配方式，尽量使系统运行在性能较高的负荷范围内。 参考文献 ［１］ 丁云飞，马最良．根据部分负荷性能合理选择冷水机组台数［ 哈尔滨建筑大学学报，２００１，３４（２）：８７．８９ ［２］ 左政，胡文斌．基于建筑全年动态冷负荷的冷水机组优化配置 方案［Ｊ］．暖通空调，２００９，３９（２）：９６—１００ ［３３］ 魏波，马良栋，张吉礼．部分负荷下冷冻水变流量对水源热泵机 组性能影响分析［Ｊ］．建筑热能通风空调，２０１２，３１（１）：１－５ ［４］ 丁国良，张春路．制冷空调装置仿真与优化［Ｍ】．北京：科学出版 社，２００１ ［５］ 梁彩华，张小松，梅奎，等．变冷冻水流量对冷水机组性能影响 及其节能优化控制研究［Ｊ］．建筑科学，２００８，２４（６）：４０—４４ ［６ ６］吴华根，彭学院，邢子文，等．部分负荷工况下螺杆制冷压缩机 特性试验研究［Ｊ］．机械丁程学报，２００４，４０（７）：１９５—１９８ （上接２２页） ［２］ 李国勇．智能控制及其ＭＡＴＬＡＢ实现［Ｍ］．北京：电子工业出 版社，２００５ ［３］ 闻新，周露．ＭＡＴＬＡＢ模糊逻辑Ｔ具箱的分析与应用［Ｍ］．北 京：电子工业出版社，２００２ ［４］ 张德丰．ＭＡＴＬＡＢ模糊系统设计［Ｍ］．北京：国防工业出版社， ２００９ ・ ［５］ 石辛民，郝整清．模糊控制及其ＭＡＴＬＡＢ仿真［Ｍ］．北京：清华 大学出版社，２００８ ［６］ 姚俊，马松辉．Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建模与仿真［Ｍ】．西安：西安电子科技大 学出版社，２００２