Моделирование и проектирование фаззи контроля температуры нагрева и охлаждения водяной системы

Анотация

 Z. A. Abduljabar Исследование автоколебаний при моделировании гармонического осциллятора с использованием комплексов моделирования. Разработка системы управления контроля температуры на основе фаззи регулирования.

В крациях

Была предложена модель компьютерного моделирования для контроля температуры, нагрева и охлаждения, водяной системы. Целью данной работы является нахождение подходящего решения для проектирования контроллера для регулирования температуры нагрева и охлаждения водяной системы, и исследование ее в различных условиях изменения температуры. В фаззи системе управления используется модель Мамдани для контроля системы. Предложенная система использует фаззи-логическую концепцию системы, в которой базы правил состоят из данных «Если После», что бы оперировать данными на входе и выполнять определенные действия соответственно логике. Результаты иллюстрируют надежность предлагаемой системы настроя.

1. Вступление

Компьютерное моделирование широко используется в решении проблем и принятие решений. Имитационная модель в этой статье была использована для контроля температуры. Температурный контроль системы кондиционирования очень сложный комплекс систем из-за ее своей нелинейности и неопределенности. Есть много режимов для регулирования температуры, такие как Вкл./Выкл., пропорционально производный (ПД) и пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД). На смену фаззи-логических системах (ФЛС) пришла популярная надлогическая система контроля (НСК), в большинстве случаев процессы ФЛС просты для реализации стратегии управления человеком, в отличии от НСК где все основывается на математических расчетах. Мотивация данного проекта нахождение лучшего способа управления путем изучения некорректной системы контроля температуры.

Есть много работ по поводу некорректного управления температурой. Осман и другие использовали фаззи-логическое управление системой кондиционирования автомобиля. Монгколвонгроджн и другие реализовали фаззи-логическое управление для системы конционирования воздуха. Насутион представил разработку фаззи-логической системы управления. Ван и другие показали адаптивный двухступенчатый фаззи-контроль температуры для системы электро-подогрева. Алипур и другие представили фаззи-контроль в реакторе периодической полимеризации с использованием метода ANFIS. В этой статье мы сначала иллюстрируем конфигурацию центральной системы кондиционирования воздуха. Далее процесс и компоненты управления, после этого фаззи-логический контроль. В конце будут представлены результаты моделирования и алгоритм системы управления.

2. Конфигурация системы

2.1. Центральные системы кондиционирования воздуха

Данная система используется для обслуживания одной области. На рис. 1 изображены основные компоненты центральной системы кондиционирования, как в последующих [9-10]:

• Один винтилятор;
• Один охладитель воды;
• Один нагреватель воды;
• Один градирен для охлаждения конденсатора охладительной системы;
• Насосы рециркуляции воды.

Давление воздуха может быть низкое, среднее или высокое. В зависимости от системных требований.

2.2. Система труб

Это замкнутая система труб. Насосы рециркулируют воду в кольце нагрева для зимы и охлаждения для лета. Суть данной системы в подключении кондиционера с водяным нагревом или охлаждением в момент работы насосов. Система труб может состоять из 2 или 4 труб, в зависимости от требований системы [9-10].

2.3. Клапаны

В системе труб присутствует два типа клапанов [9-10]:

• Отключатель питания круга охлаждения и нагрева или связывает их с главным медиа ресурсом (холодной или горячей водой);
• Регулирование потокового количества воды в трубах.

1. Наружный воздух.
2. Пред нагрев.
3. Возврат воздуха.
4. Фильтрация.
5. Цикл охлаждения и осушения.
6. Пост нагрев.
7. Устройство для подачи воздуха.
8. Вентилятор.
9. Система напрвления воздуха.
10. Место кондиционирования.
11. Датчик температуры.
12. Охладитель воды.
13. Водяной насос.
14. Водопроводные трубы.
15. Градирня.

3. Процесс контроля

Процесс управления включает следующие шаги:

• Регулирование нагрева котла и подключение системы труб с горячей водой в зимнее время;
• Регулирование охладителя воды и подключение труб с холодной водой в летнее время;
• Регулирование потоков воды через систему, для получения разной степени нагрева и охлаждения;
• Отключение системы кондиционирования.

3.1. Компоненты системы управления

• Пускатель воды котла;
• Пускатель воды охладителя;
• Клапан для переключения между горячей водой зимой и холодной летом, в соответствии с режимом кондиционирования (обогрев/охлаждение);
• Датчик температуры;
• Програмная система управления.

4. Фаззи–логический контроль

У системы с фаззи контролем два входа, а именно температура (Т) и изменение температуры (ИТ). Температура считывается с датчика, после рассчитывается разница между текущей и требуемой температурой (25°C). Выход из системы это соотношение потоков воды (О), которое посылается на микроконтроллер серводвигателя для управления клапаном. Внешнее воздействие значение (О) определяется типом кондиционирования нагрева и качеством охлаждения. Мамади модель, используемая в системе является интуитивно понятной, она имеет широкое распространение. Она учитывает человеческий фактор, что очень важно для задач управления, в часности для динамических нелинейных систем.

Этапы фаззи–логического управления для системы кондиционирования являются:

• Установите базу правил интерфейса системы из лингвистического описания пользователя;
• Выберите функциию принадлежности и фаззи-наборы входов и выходов в зависимости от описания предыдущей точки и опыта управления разработанной системы;
• Этапы процесса фаззификации, входы соответствия и дефаззификация. Выходы представляют собой управляющие воздействия.

4.1. База правил интерфейса системы

Лингвистическое описание оператора может быть установлено как правила (Если После). Эти правила могут быть записаны следующим образом:

• Если температура удовлетворительна и изменение температуры равно 0, то СКВ должна быть выключена;
• Если температура удовлетворительна, но ее изменение является положительным, то количество подаваемой холодной воды должно быть увеличено;
• Если температура равна 0, или ниже и ее изменение равно 0, то количество подаваемой горячей воды должно быть увеличено (нормальный нагрев);
• Другие правила могут быть записаны в таком же порядке.

4.2. Разработка функции принадлежности

Есть много типов функции принадлежности. Выбор необходимой функции принадлежности зависит от сферы применения, оператора разрабатываемой системы управления и лингвистического описания пускателя системы. Треугольная форма функции принадлежности наиболее общая, она имеет широкое распространение и у нее большая вычислительная эффективность. Данная функция будит использоваться в этой работе.

4.3. Результаты моделирования

Десять входов для системы выбираются случайным образом. Это температура (Т) и изменения температуры (ИТ). Результат системы количество циркулирующей воды которая контролируется клапаном. Возмущающим воздействием является тип нагрева и позитивное значение типа охлождения как показано в таблице ниже.

5. Обсуждения и выводы

Метод оптимизации работы системы достигается благодаря фаззи-контролю и внедрению разработанной системе. Данная система точно определяет соотношение воды циркулируемой в трубах, реагируя на внешние воздействия. Это очень важный фактор, так как после достижения состояния равновесия, температура практически не нуждается в корректировке. Обычный способ оперирует отвод горячей и холодной воды, это не нецелесообразное действие и неоптимальное использование энергии.

Фаззи–логическое управление подразумевает: Точность контроля темпереатуры и экономия енергии за счет регулирования воды

Таким образом данный метод более еффективно используется в рассматриваемой системе.

Рассмотренный метод можно применить для систем кондиционирования, которые состоят из многочисленных станций, а так же использование фаззи-систем на основе генетического алгоритма который будит использован для перенастройки параметров фаззи-системы управления.

Список источников

1. Р. Дорф, Р. Бишоп Современные системы управления. – М.: Лаборатория Базовых Знаний. – 2002 – 832 с.
2. Ч. Филлипс, Р. Харбор Системы управления с обратной связью. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001 – 616 с.
3. Е. С. Бондарь, А. С. Гордиенко, В. А. Михайлов, Г. В. Нимич Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Издательство Аванпост‑прим, 2003. – 561 с.
4. В. А. Лукас Теория управления техническими системами. Учебный курс для вузов. Екатеринбург: Издательство УГГГА, 2002. – 675 с.
5. А. Л. Нестеров Проектирование АСУТП. Методическое пособие. Книга 1. – СПб.: издательство ДЕАН, 2006. – 552 с.
6. А. Л. Нестеров Проектирование АСУТП. Методическое пособие. Книга 2. – СПб.: Издательство ДЕАН, 2009. – 944 с.
7. Simatic S7. Технические данные. Интернет издание, 2009г. – 539 с.
8. Simatic Touch Panel. Технические данные. Интернет издание, 2009г. – 80 с.
9. K. Ahmed,Engineering Principles of Air Conditioning and Chiller, Basra University Press,Iraq ,1986.
10. H. W. Stanford, HVAC Water Chillers and Cooling Towers Fundamentals, Application, and Operation, Marcel Dekker Inc., USA, 2003.