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新风系统是在封闭室内空间的一侧用专用设备向室内送新风,再从另一侧将室内空气外排出,从而实现了室内空气的流动以满足室内新风换气的需要。在新风系统工作在室外温度较低的环境时,一般会将进入室内的新风进行预加热,以降低空调系统的负荷。
目前在高层大型的建筑中使用的空调新风系统多是工作在功率一定的工作状态下,但是空调新风系统所处的环境以及使用情况都会影响空调控制系统中的各项参数,让空调新风系统工作在一定的功率下对无论从使用者的舒适度还是节能的角度来讲都是不合理的。本设计针对这一情况设计了一个基于XilinxSpartan-3系列FPGA的单神经元自适应PID控制节点,以减少空调新风系统运行过程中不必要的能量损耗。
本文的研究内容主要有三个方面:首先考虑到空调新风系统响应有较大的滞后而且是其系统参数会随着时间的延续而缓慢的变化,普通的控制无法根据系统的这一特性做出及时有效的控制,因此本设计选择了自适应控制算法与PID算法相结合的控制方式。选择其中一种单神经元自适应PID控制算法作为本系统的核心控制算法,并将其应用在本设计之中;然后,选择控制芯片。根据FPGA在计算能力及计算速度有较大的优势,而且低端的FPGA成本较低而又具有高于普通计算机的可靠性等几大优势,本设计选用Xilinx Spartan-3系列的FPGA作为系统的控制芯片。最后,进行结构设计。将数字量数据采集/控制输出模块、模拟量数据采集/控制输出模块,以及控制模块进行单独设计,并通过CAN总线相连,这样的设计使单独的模块具有较小的体积。而且可以根据系统中需要检测的阀状态、设备状态、温度、压力、流量等重要数据输入,以及需要控制的阀门、泵、设备开关、模拟控制量等数据输出的数量选择使用数字量模块以及模拟量模块的数量,可以避免不必要的控制点或输入点的浪费。此外,为了给系统提供一个可见的显示部分,本设计提供了一个RS-232接口可与计算机相连,并将检测到的数据实时发送给计算机。