基于优化代理模型的精密空调出风温度控制研究

作     者：周灵川 

作者单位：东莞理工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：李川;张清

授予年度：2024年

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：精密空调 数学建模 模糊控制 优化算法 优化代理模型 

摘      要：精密空调是现代工业和信息技术基础设施的关键组成部分,广泛应用于数据中心、通信基站、医疗设备室、实验室等对温度、湿度和洁净度要求极为严苛的场所,为设备的安全与性能提供了坚实的保障,也提供了稳定的工作环境。其中,出风温度控制是精密空调中至关重要的环节,其精确性和稳定性直接决定了整个空调系统的性能与工作环境的质量。然而,精密空调的结构复杂且设备间存在相互耦合关系,同时环境因素也呈现动态变化,这些因素共同为精密空调的出风温度精确控制带来了巨大的挑战。鉴于现有出风温度控制方面存在的稳定性和精度不足,本文主要研究工作如下: 首先,本研究以水冷型精密空调为研究对象,首先深入剖析了其工作原理,并通过采集样机实验数据,构建了出风温度变化动力学模型。其次,针对精密空调系统的出风温度控制难点,本研究根据模糊控制原理,并在此基础上设计了一种增量型模糊控制器。该控制器通过引入合理的模糊规则和隶属函数,对控制量累增,有效解决了传统精密空调出风控制设计复杂、精度不高和不稳定的局限性。然后,为了显著增强增量型模糊控器在精密空调出风温度控制中的性能,本研究深度融合了粒子群优化算法与准牛顿法的核心优势,构建了一种的准牛顿粒子群优化算法(Quasi-Newton Particle Swarm Optimization,QNPSO),并在此基础上,进一步综合了一种动态调整优化策略,进而提出了基于QNPSO的动态模糊优化控制策略。最后,为了进一步提升控制器对于环境变化或不确定性的适应能力,本研究引入了优化代理模型的思想。通过建立环境与优化参数之间的关系模型。该模型能够根据实时环境数据动态调整控制器参数,使之在各种复杂环境下都能保持最优的控制器参数,维持空调出风温度稳定。 为确保出风温度变化动力学模型的精准性,本研究将模型仿真的出风温度数据与实际测量数据进行对比验证,从而为后续控制器的设计奠定了坚实的理论基础。通过仿真实验与传统控制方法的对比分析,表明增量型模糊控制器在减小稳态误差和提高控制精度方面表现出显著优势。此外,本研究进一步进行了优化算法的仿真对比实验,结果表明,基于QNPSO算法优化的增量模糊控制器在精密空调出风温度控制中展现出了最显著的性能提升,包括鲁棒性和精确性的显著改善,而基于QNPSO的动态模糊优化控制策略进一步增强了控制器的适应性。最终,通过基于环境的仿真实验和样机控制实验,验证了基于优化代理模型的增量模糊控制系统对于环境变化有较好的适应性。为现代工业和信息技术基础设施的稳定运行做出了重要贡献。