【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及hvac系統(tǒng)控制，尤其指一種基于改進蛇優(yōu)化算法的hvac溫濕度及co2濃度模糊控制方法和系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、在現(xiàn)代化的建筑和工業(yè)環(huán)境中，hvac(即供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié))系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色，它們不僅影響著室內(nèi)環(huán)境的舒適度，還直接關(guān)系到能源效率和室內(nèi)空氣質(zhì)量。隨著人們對室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，hvac系統(tǒng)的控制方法也在不斷發(fā)展和優(yōu)化。
2、hvac系統(tǒng)存在參數(shù)變化、參數(shù)之間相互作用、非線性因素和模型不確定性等特點。這些導(dǎo)致系統(tǒng)呈現(xiàn)非線性和時變特性，傳統(tǒng)的hvac系統(tǒng)控制方法，如pid(比例-積分-微分)控制，雖然在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)基本的溫度和濕度的調(diào)節(jié)，但在面對復(fù)雜多變的室內(nèi)環(huán)境和不斷變化的用戶需求時，其控制效果往往不盡如人意。很多學(xué)者經(jīng)過長時間的實驗和測試，發(fā)現(xiàn)模糊控制能夠處理具有不確定性和非線性特性的被控對象，并且不需要精確的數(shù)學(xué)模型。因此很多學(xué)者將模糊控制與pid控制相結(jié)合。例如中國專利文獻cn104019526a公開了一種改進pso算法模糊自適應(yīng)pid溫濕度控制系統(tǒng)及方法，該方案利用模糊控制自適應(yīng)輸出pid的變化值，并利用改進pso算法獲取合適的pid初始參數(shù)值，實現(xiàn)了對室內(nèi)溫濕度的控制。但該專利將模糊控制器與pid控制結(jié)合提高了生產(chǎn)成本，且只對室內(nèi)溫濕度進行控制，這在某些特定的工業(yè)環(huán)境中是不適用的(例如，將co2濃度作為被控對象的場景中)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的之一是提供一種考慮溫濕度和co2濃度的新型hvac系統(tǒng)模糊控制
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：基于改進蛇優(yōu)化算法的hvac溫濕度及co2濃度模糊控制方法，包括以下步驟：
3、一、獲取室內(nèi)溫濕度和co2濃度；
4、二、對蛇優(yōu)化算法進行改進；
5、三、構(gòu)建模糊控制器；
6、四、基于改進蛇優(yōu)化算法對模糊控制器的隸屬度函數(shù)進行優(yōu)化；
7、五、根據(jù)模糊控制器的輸出參數(shù)對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、水泵轉(zhuǎn)速和風(fēng)門執(zhí)行器的開閉大小進行調(diào)節(jié)，以達到期望的溫濕度和co2濃度。
8、其中，步驟一中，可利用傳感器(例如溫度傳感器、濕度傳感器、co2濃度傳感器)監(jiān)測室內(nèi)溫濕度和co2濃度。
9、其中，步驟三中，可根據(jù)hvac系統(tǒng)特點構(gòu)建模糊控制器。
10、進一步地，步驟一中，將獲取的室內(nèi)溫濕度和co2濃度與期望的室內(nèi)溫濕度和co2濃度分別做差，得到溫度誤差et、濕度誤差eh和co2濃度誤差ec。將這三個誤差值(et、eh和ec)作為模糊控制器的輸入。
11、進一步地，步驟二中，對蛇優(yōu)化算法的改進包括：
12、利用延遲s形函數(shù)對蛇優(yōu)化算法的參數(shù)threshold的值進行動態(tài)調(diào)整，所述延遲s形函數(shù)公式如下：
13、
14、其中，iter為當(dāng)前迭代次數(shù)，itermax為最大迭代次數(shù)，k為調(diào)節(jié)系數(shù)，當(dāng)k取不同值時，threshold隨之改變。
15、進一步地，步驟二中，改進后的蛇優(yōu)化算法包括改進的蛇蛋孵化公式，該公式如下：
16、
17、
18、a＝2×a×rand-a??(4)
19、c＝2×rand??(5)
20、
21、其中，和分別為雄性和雌性蛇的最優(yōu)位置，和分別為雄性和雌性蛇的最差位置，iter為當(dāng)前迭代次數(shù)，itermax為最大迭代次數(shù)，rand為0到1之間的隨機值。
22、具體來說，步驟二中，對蛇優(yōu)化算法進行了兩方面的改進。具體包括以下步驟：
23、(a)平衡探索與開發(fā)的改進：
24、為了平衡蛇優(yōu)化算法的探索與開發(fā)，在初始階段，獲取較大的threshold值來增強算法的搜索能力，從而提高全局搜索性能。隨著迭代次數(shù)的增加，threshold顯著降低，最終收斂為零，從而提高算法的搜索精度，防止陷入局部最優(yōu)。為此利用延遲s形函數(shù)動態(tài)調(diào)整參數(shù)threshold的值，延遲s形函數(shù)公式如公式(1)。
25、(b)蛇蛋孵化公式的改進：
26、蛇優(yōu)化算法中蛇蛋孵化公式與初始化公式相同，簡化了算法的復(fù)雜程度。然而更新方式一致可能會導(dǎo)致對同一個位置進行二次搜索，降低算法的搜索速度，且在開發(fā)階段盲目的搜索并不能提高算法搜索最優(yōu)解的能力。為預(yù)防過早收斂并加速收斂速度，需在算法后期強化蛇優(yōu)化算法的利用特性。因此，需要鼓勵蛇群在迭代后期聚集，并讓當(dāng)前最優(yōu)蛇引導(dǎo)其他蛇。改進后的蛇蛋孵化公式如公式(2)至(6)。
27、進一步地，步驟三中，構(gòu)建的模糊控制器中，以溫度誤差et、濕度誤差eh和co2濃度誤差ec作為模糊控制器的輸入?yún)?shù)，以風(fēng)扇轉(zhuǎn)速u1、水泵轉(zhuǎn)速u2和風(fēng)門執(zhí)行器的開閉大小u3作為模糊控制器的輸出參數(shù)。
28、進一步地，步驟三中，對模糊控制器的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)進行模糊化處理，并選擇三角形隸屬度函數(shù)作為隸屬度函數(shù)。
29、具體來說，步驟三中，根據(jù)hvac系統(tǒng)的特點構(gòu)建三輸入三輸出的模糊控制器。其中，三輸入為et、eh和ec，三輸出為風(fēng)扇轉(zhuǎn)速(u1)、水泵轉(zhuǎn)速(u2)和風(fēng)門執(zhí)行器的開閉大小(u3)。將輸入輸出進行模糊化，都選擇三角形隸屬度函數(shù)；模糊推理系統(tǒng)選擇mamdani；根據(jù)專家經(jīng)驗與實際情況構(gòu)建模糊規(guī)則；解模糊方法選擇重心法。
30、進一步地，步驟四中，利用改進的蛇優(yōu)化算法對模糊控制器的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)的隸屬度函數(shù)進行優(yōu)化，構(gòu)建改進蛇優(yōu)化算法的適應(yīng)度函數(shù)，公式如下：
31、
32、
33、
34、其中，ft為溫度誤差et的適應(yīng)度函數(shù)，fh為濕度誤差eh的適應(yīng)度函數(shù)，fc為co2濃度誤差ec的適應(yīng)度函數(shù)。
35、進一步地，步驟五中，采用直流電機對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、水泵轉(zhuǎn)速和風(fēng)門執(zhí)行器的開閉大小進行調(diào)節(jié)。
36、本專利技術(shù)的另一目的在于提供一種基于改進蛇優(yōu)化算法的hvac溫濕度及co2濃度模糊控制系統(tǒng)，其包括：
37、獲取單元，用于獲取室內(nèi)溫濕度和co2濃度；
38、改進單元，用于對蛇優(yōu)化算法進行改進；
39、構(gòu)建單元，用于構(gòu)建模糊控制器；
40、優(yōu)化單元，用于基于改進蛇優(yōu)化算法對模糊控制器的隸屬度函數(shù)進行優(yōu)化；
41、控制單元，用于根據(jù)模糊控制器的輸出參數(shù)對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、水泵轉(zhuǎn)速和風(fēng)門執(zhí)行器的開閉大小進行調(diào)節(jié)，以達到期望的溫濕度和co2濃度。
42、本專利技術(shù)將室內(nèi)溫濕度和co2濃度一同納入調(diào)控對象，使得該控制方法能夠?qū)κ覂?nèi)環(huán)境進行綜合調(diào)控，以滿足室內(nèi)人員對環(huán)境舒適度的要求，同時還能適用于對co2濃度有要求的工業(yè)環(huán)境中，擴大適用范圍。本專利技術(shù)的控制方法通過監(jiān)測室內(nèi)溫濕度和co2濃度，并將數(shù)據(jù)傳送給模糊控制器，再利用改進的蛇優(yōu)化算法優(yōu)化模糊控制器中的隸屬度函數(shù)，以輸出精準(zhǔn)控制量至執(zhí)行機構(gòu)，從而更加快速有效地達到期望的溫濕度本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.基于改進蛇優(yōu)化算法的HVAC溫濕度及CO2濃度模糊控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進蛇優(yōu)化算法的HVAC溫濕度及CO2濃度模糊控制方法，其特征在于：步驟一中，將獲取的室內(nèi)溫濕度和CO2濃度與期望的室內(nèi)溫濕度和CO2濃度分別做差，得到溫度誤差eT、濕度誤差eH和CO2濃度誤差eC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進蛇優(yōu)化算法的HVAC溫濕度及CO2濃度模糊控制方法，其特征在于，步驟二中，對蛇優(yōu)化算法的改進包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于改進蛇優(yōu)化算法的HVAC溫濕度及CO2濃度模糊控制方法，其特征在于，步驟二中，改進后的蛇優(yōu)化算法包括改進的蛇蛋孵化公式，該公式如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于改進蛇優(yōu)化算法的HVAC溫濕度及CO2濃度模糊控制方法，其特征在于：步驟三中，構(gòu)建的模糊控制器中，以溫度誤差eT、濕度誤差eH和CO2濃度誤差eC作為模糊控制器的輸入?yún)?shù)，以風(fēng)扇轉(zhuǎn)速u1、水泵轉(zhuǎn)速u2和風(fēng)門執(zhí)行器的開閉大小u3作為模糊控制器的輸出參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于改進
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于改進蛇優(yōu)化算法的HVAC溫濕度及CO2濃度模糊控制方法，其特征在于：步驟四中，利用改進的蛇優(yōu)化算法對模糊控制器的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)的隸屬度函數(shù)進行優(yōu)化，構(gòu)建改進蛇優(yōu)化算法的適應(yīng)度函數(shù)，公式如下：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進蛇優(yōu)化算法的HVAC溫濕度及CO2濃度模糊控制方法，其特征在于：步驟五中，采用直流電機對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、水泵轉(zhuǎn)速和風(fēng)門執(zhí)行器的開閉大小進行調(diào)節(jié)。
9.基于改進蛇優(yōu)化算法的HVAC溫濕度及CO2濃度模糊控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.基于改進蛇優(yōu)化算法的hvac溫濕度及co2濃度模糊控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進蛇優(yōu)化算法的hvac溫濕度及co2濃度模糊控制方法，其特征在于：步驟一中，將獲取的室內(nèi)溫濕度和co2濃度與期望的室內(nèi)溫濕度和co2濃度分別做差，得到溫度誤差et、濕度誤差eh和co2濃度誤差ec。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進蛇優(yōu)化算法的hvac溫濕度及co2濃度模糊控制方法，其特征在于，步驟二中，對蛇優(yōu)化算法的改進包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于改進蛇優(yōu)化算法的hvac溫濕度及co2濃度模糊控制方法，其特征在于，步驟二中，改進后的蛇優(yōu)化算法包括改進的蛇蛋孵化公式，該公式如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于改進蛇優(yōu)化算法的hvac溫濕度及co2濃度模糊控制方法，其特征在于：步驟三中，構(gòu)建的模糊控制器中，以溫度誤差et、濕度誤差eh和co2濃度誤...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：龍祖強，古嘉盈，胡智勇，孫柯，
申請(專利權(quán))人：衡陽師范學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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