CN102052739B - 基于无线传感器网络的中央空调智能控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于无线传感器网络的中央空调智能控制系统及方法，属于中央空调控制技术领域。本发明系统包括智能信息管理中心、无线通信装置、中央空调信息监测与控制模块、房间信息监测与控制模块等；本发明方法，利用本发明系统，监测信息，建立数据库，计算系统当前负荷，结合基于相似日的短期负荷预测方法和模糊控制技术，以中央空调的冷冻(却)水供回水温度变化量为控制量，实现中央空调系统提前准确的优化控制。本发明具有通信能力强且质量有保障；网络功能强大，监测和控制空调系统的面宽量广，控制更优化；控制精度高，节能效果好等特点。本发明可广泛应用于各种楼宇的中央空调的节能优化控制，特别适用于智能楼宇的中央空调节能优化控制。

Description

基于无线传感器网络的中央空调智能控制系统及方法

一、技术领域

本发明属于中央空调控制技术领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的中央空调的智能控制系统及方法。

二、背景技术

近年来，随着社会经济的飞速发展，中央空调能耗比重迅速增加，作为电力负荷的一部分，中央空调能耗比重已经达到建筑能耗的60％以上，占到电力负荷的35％，所以建立一个中央空调节能优化控制系统及方法来实现节能，达到空调用能的高效利用具有重大意义。同时由于中央空调系统是一个复杂的系统，要实现中央空调系统的最佳运行和节能，必须针对空调系统的各个环节，包括主机、冷冻水系统、冷却水系统等，统一考虑，全面控制，使整个系统协调运行，才能实现最佳运行结果。

现有中央空调控制系统及方法，如2010年6月16日公开的公开号为CN101737899A的“基于无线传感网的中央空调控制系统及方法”专利，公开的系统由冷冻水控制子系统、冷却水控制子系统、基于无线传感器网的总控系统组成；公开的方法是鉴于冷冻(却)水系统固有的滞后特性，对出回水温度进行时间同步处理，采用模糊反馈控制调节水泵、风扇转速，改善系统的控制品质和舒适性；基于无线传感网采集空调区域的实时室温，结合红外传感器检测无人房间，依据空调的实时负荷和变化，实施前馈控制；提出风机盘管与新风机组串联的体系机构，依据冷量梯级利用的原理实现节能。该控制系统及方法的主要缺点是：①通信质量差，中央空调系统多安装于大型建筑，而混凝土墙体对无线信号的屏蔽作用很大，ZigBee的无线传感网是基于2.4GHZ的通信频段，该频段绕障能力较差，要保障网络的通信质量，就必须增大无线通信模块的功耗和增加中继模块的数量，这样就会增大网络的开销和组网技术的复杂度；②网络利用率低，无线传感网的应用仅限于采集室内温度和红外数据，通过PC机汇总信息后再反馈控制信息，并没有利用无线网络实现中央空调机组和末端的独立调控；③数据管理不善，PC机作为控制中心，并没有实现数据的数据库统一管理，只是简单的数据收集和判断，不利于系统的长期管理和精确控制；④系统滞后处理差，采用时间同步的方法来解决中央空调系统控制滞后的问题是有问题的，因为冷冻(却)水是要经过一个循环后，其温度变化才能反映出来，通常需要几十分钟，所以同时间采集的回水温度反映的是一个循环周期之前的负荷情况，利用同时刻检测的出回水温度信息作为被控参量调节，显然是有问题的。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有中央空调控制系统及方法的不足，提供一种基于无线传感器网络的中央空调智能控制系统及方法。系统基于433MHZ的无线传感器网络，确保大型建筑内部无线信号的通信质量；充分发挥无线通信网络的特点，实现多元环境信息的监测和中央空调机组及末端的独立调控；建立智能信息管理中心，完成所有信息的汇总、统计、分析和处理；基于相似日的负荷预测方法，实现中央空调系统的提前优化控制，确实解决系统控制滞后的问题。

实现本发明目的的技术方案是：一种基于无线传感器网络的中央空调智能控制系统，包括智能信息管理中心、无线通信装置、中央空调信息监测与控制模块、房间信息监测与控制模块。所述的智能信息管理中心通过无线通信装置分别与所述的中央空调信息监测与控制模块和房间信息监测与控制模块相连。一种基于无线传感器网络的中央空调智能控制系统，其特征在于：在大型建筑内部，基于433MHZ的无线传感器网络，确保被控建筑内无线监测装置对室内温湿度和二氧化碳浓度信息以及中央空调循环水系统的供回水温度和水泵风机等运行状态的信息监测，再由无线通信装置将监测的信息传送至所述的智能信息管理中心，所述的智能信息管理中心对接收的信息进行统计分析，并计算当前负荷值，再预测下一时刻负荷值，最后通过无线通信装置传达智能信息管理中心的控制命令至无线逻辑控制监测装置和智能末端控制装置，正确调控中央空调机组和末端的运行状态。

所述的智能信息管理中心，包括信息处理模块、数据库管理模块、负荷计算模块、负荷预测模块、模糊控制模块、异常报警模块，装载有计算机程序的这些模块运行在计算机上。智能信息管理中心位于大型建筑的中央空调的监控室内，通过RS232串口线与无线通信装置中的中心通信装置相连，负责所有监测信息的汇总、统计、分析和处理，并实时显示空调的运行情况和室内温湿度情况，再通过无线通信装置发送控制命令，实现对整个无线网络的控制和中央空调的优化运行。其中，所述的信息处理模块接收中心通信装置上传的信息，并解析处理；所述的数据库管理模块存储所述信息处理模块处理后的信息；所述的负荷计算模块根据所述数据库管理模块中存储的信息计算中央空调系统的负荷；所述的负荷预测模块根据所述数据库管理模块中存储的信息预测未来时刻中央空调系统的负荷；所述的模糊控制模块根据所述负荷计算模块与负荷预测模块得到的数据信息进行模糊推理，并发出控制命令；所述的异常报警模块根据所述信息处理模块得出的数据进行异常判断并报警。

所述的中央空调信息监测与控制模块，包括无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置、无线逻辑控制监测装置、可编程逻辑控制器。所述的无线循环水温度监测装置安装在中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的主机进出水口的输水管道上，监测中央空调的冷冻水和冷却水的供、回水温度，并通过无线通信装置将供、回水温度信息传送至前述的智能信息管理中心；所述的无线循环水流速监测装置安装在中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的循环水泵的输水管道上，监测中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的水流速，并通过无线通信装置将水流速信息传送至前述的智能信息管理中心；所述的无线逻辑控制监测装置通过可编程逻辑控制器的数字端口与可编程逻辑控制器相连，并通过无线通信装置上传可编程逻辑控制器的状态信息至前述的智能信息管理中心、下达前述的智能信息管理中心的控制命令至可编程逻辑控制器；所述的可编程逻辑控制器通过模拟量端口与变频器相连，通过控制循环水泵、冷却塔风机的运行状态，实现中央空调主机的智能优化控制。

所述的房间信息监测与控制模块，包括无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置、智能末端控制装置。所述的无线室内温湿度监测装置放置在被控建筑的每个房间内，监测室内的温湿度信息，并通过无线通信装置将温湿度信息传送至前述的智能信息管理中心；所述的无线室内二氧化碳监测装置放置于被控建筑的每个房间内，监测室内的二氧化碳浓度信息，并通过无线通信装置将二氧化碳浓度信息传送至前述的智能信息管理中心；所述的智能末端控制装置安装在被控建筑的每个房间的风机盘管处，并通过继电器与末端风机、末端电磁阀相连，所述智能末端控制装置接收前述智能信息管理中心下达的控制命令后，对被控建筑的每个房间的末端风机和末端电磁阀的运行状态进行控制。

所述的无线通信装置，采用433MHZ的无线通信方式，包括中心通信装置、第一中继通信装置、第二中继通信装置、普通通信装置。所述的中心通信装置放置在被控建筑的中央空调的监控室内，通过RS232串口线与前述的智能信息管理中心相连，前述的智能信息管理中心通过所述的中心通信装置组建一个基于433MHZ的无线网络，所述中心通信装置负责上传接收到的信息至前述智能信息管理中心、下达前述智能信息管理中心的控制命令到第一中继通信装置；所述的第一中继通信装置每隔七层放置一个，放置在对应楼层的楼梯间，其直接加入网络，负责转发普通通信装置和第二中继通信装置上传的信息、以及中心通信装置转发的控制命令；所述的第二中继通信装置放置在被控建筑的中央空调机组配置室内，通过所述第一中继通信装置加入网络，负责收集无线循环水温度监测装置和无线循环水流速监测装置所采集的中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的供、回水温度、水流速信息以及无线逻辑控制监测装置采集的信息，再将信息转发至第一中继通信装置，同时接收第一中继通信装置转发的控制命令，并转发至无线逻辑控制监测装置；所述的普通通信装置放置在被控建筑的每个楼层的通道处，通过所述第一中继通信装置加入网络，负责收集该楼层的所有房间的无线室内温湿度监测装置和无线室内二氧化碳监测装置采集的温湿度及二氧化碳浓度信息，再将信息转发送至第一中继通信装置，同时接收第一中继通信装置转发的控制命令，并转发至前述的智能末端控制装置。

所述的无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置、无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置，均具有无线通信功能。每个装置包括传感模块(由相应的传感器和模数转换功能模块组成)、处理模块(由微处理器CPU、存储器和嵌入式操作系统构成)、无线通信模块以及电源管理模块，根据应用目的和使用环境的不同，配置相应的传感器而形成相应的监测装置(如无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置、无线循环水温度检测装置、无线循环水流速监测装置等)。所述的处理模块为ATmega162集成芯片，分别通过其UART0与无线通信模块连接、又通过其UART1与串口模块连接、再通过其I/O口与传感模块连接、最后通过其VCC和GND引脚与电源模块连接，所述的无线通信模块为市购的HAC-LM系列的LM96C16S模块。装设在被控建筑内的每个楼层的所有房间的无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置和智能末端控制装置，以同层的普通通信装置为中心，组成一个小型网络，同时通过同层的普通通信装置加入系统网络中，所述的无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置负责周期性的监测房间环境信息；所述的无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置、无线逻辑控制监测装置通过前述的第二中继通信装置加入网络，无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置主要是周期性的监测空调设备的运行状态。

所述的中心通信装置、第一中继通信装置、第二中继通信装置、普通通信装置、无线逻辑控制监测装置，均包括处理模块(由微处理器CPU、存储器和嵌入式操作系统构成)、无线通信模块、电源管理模块。所述的处理模块为ATmega162集成芯片，分别通过其UART0与无线通信模块连接、又通过其UART1与串口模块连接、再通过其VCC和GND引脚与电源模块连接，所述的无线通信模块为市购的HAC-LM系列的LM96C16S模块。中心通信装置、第一中继通信装置、第二中继通信装置、普通通信装置负责通信网络的扩展和信号放大，是网络管理的重要组成部分。

所述的智能末端控制装置，由普通通信装置和末端控制面板改造组装而成，具有无线通信功能，能够调控末端电磁阀的通断和风机的转速，实现独立房间空调末端的智能控制。

一种基于无线传感器网络的中央空调智能控制方法，利用本发明系统，应用无线传感器组网技术，通过程序初始化将整个被控建筑的空调系统划入一个层次分明和入网规律的无线网络中；监测信息，建立数据库，计算中央空调系统的整体负荷值，同时基于相似日的短期负荷预测方法，预测中央空调系统下一时刻的负荷值；结合负荷预测方法和模糊控制技术，以中央空调的冷冻水和冷却水的供、回水温度变化量为控制量，实现中央空调系统提前准确的优化控制。其具体步骤如下：

(1)网络初始化

无线传感器网络由大量的具有无线通信功能的监测装置和无线通信装置组成，本发明采用的是基于433MHZ的无线传感器网络，根据被控建筑的大小对无线传感器网络中所装设的装置的数量进行初始化。

(2)信息监测，建立数据库

第(1)步完成后，在第(1)步初始化后的无线传感器网络中，无线循环水温度监测装置监测中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的供、回水温度，无线循环水流速监测装置监测中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的水流速信息，无线逻辑控制监测装置监测可编程逻辑控制器的状态信息；无线室内温湿度监测装置和无线室内二氧化碳监测装置监测被控建筑室内温湿度、二氧化碳浓度信息。通过其监测装置将监测的信息传送至智能信息管理中心，智能信息管理中心建立数据库并存储所有监测的信息。

(3)计算中央空调系统当前负荷值Q，并预测未来T时刻的负荷值Q_D

第(2)步完成后，先由智能信息管理中心的负荷计算模块根据第(2)步所建立的数据库中的中央空调的冷冻水的供、回水温度和水流速信息，计算中央空调系统的负荷值(即当前中央空调的负载情况)，计算公式如下：

Q＝cρG_D(T_D2-T_D1)

式中，Q为空调系统的冷负荷(kj/s)，G_D循环水的体积流量(m³/s)，c为水的比热，ρ为水的密度，T_D1为冷冻水供水温度，T_D2为冷冻水回水温度。

再由智能信息管理中心的负荷预测模块，基于相似日的短期负荷预测方法，根据第(2)步建立的数据库中被控建筑的中央空调历史负荷数据以及温湿度环境信息等预测中央空调未来时刻的负荷Q_D。

基于相似日的短期负荷预测方法是根据被控建筑地区的历史气象因素数据(即温度、湿度等)和数值化的日期类型构建日特征向量，并利用差异评价函数求日特征向量间的距离，进而得到特征相似日，再通过数据库中的历史数据分析，选取最合适的相似日，解决中央空调控制滞后的问题。具体步骤如下：

①日期类型数值化，构建日特征向量

第(2)步完成后，将第(2)步完成后所得数据库中的日期类型数值化，选取工作日为1，周末为2，节假日为3，季节为4，其它日期为5；再将温度、湿度、数值化后的日期类型等作为元素构建日特征向量。

②构造时刻特征矩阵C_k

第(3)-①步完成后，根据第(3)-①步完成后所得的日特征向量，构造时刻特征矩阵C_k，如下：

$C_k=\left[\begin{array}{c}{f}_{11},f_{12},...,f_{1n},r_{1(n+1)}\\ .......\\ f_{m1},f_{m2},...,f_{\mathrm{mn}},r_{m(n+1)}\end{array}\right]=\left[M\right|N]$

其中，C_k表示所有相似日k时刻特征矩阵，f_ik表示第i个相似日第k个天气影响因素，r_i(n+1)表示第i个相似日的日期类型值，(f_i1，f_i2，...，f_in，r_i(n+1))表示第i个相似日的日特征向量，N＝(r_1(n+1)，...，r_m(n+1))′。

③依据C_k缩小相似日搜索范围

第(3)-②步完成后，计算出每个相似日任意时刻的体感温度值，判断相似日之间的日期类型，依据第(3)-②步完成后所得的时刻特征矩阵C_k，选择与预测日日期类型相同的相似日，缩小相似日搜寻范围。

④计算绝对均差D_i，获取最终相似日集合

第(3)-③步完成后，基于第(3)-③步所搜寻的相似日的范围，如果D_i满足下式，则第i日为最终相似日，其中D_i表示第i日与预测日的体感温度绝对均差，T_ik表示第i日k时刻的体感温度值，T′_k表示预测日k时刻的体感温度值。

$D_i=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}|T_{\mathrm{ik}}-T_k^{\&prime;}|<1$

⑤最终相似日序列L(s₁，s₂，...，s_n)

第(3)-④步完成后，经过第(3)-④步搜寻所得的相似日拥有相近的体感温度和相同的日期类型，对这些相似日按时间排序，组成序列L(s₁，s₂，...，s_n)，然后根据加权平均或灰色理论进行逐时负荷预测。在L＞5时，选择灰色理论预测，可利用灰色理论强规律性得出精确的预测值；而对于L较小时，选择加权平均法优于灰色理论预测。

(4)计算负荷变量的偏差E及偏差变化量EC

第(3)步完成后，根据第(3)步完成后所得的空调未来时刻的负荷Q_D和当前空调负荷Q，计算空调负荷变量的偏差E及偏差变化量EC。

(5)模糊推理

第(4)步完成后，根据第(4)步完成后所得的负荷变量的偏差E及偏差变化量EC，利用模糊推理得到系统的优化运行参数。具体步骤如下：

①建立模糊控制规则库

②输入变量E、EC

第(5)-①步完成后，输入第(4)步所得的负荷变量的偏差E及偏差变化量EC。

③变量模糊化处理

第(5)-②步完成后，对第(5)-②步输入的变量E、EC进行模糊化处理。

④模糊推理

第(5)-③步完成后，根据第(5)-③步所得的模糊变量，利用第(5)-①步所得模糊控制规则库中的推理规则或规则表，模仿人类下判断时的方法，应用模糊逻辑和模糊推论法进行推论，得到可获得预期负荷Q_D的系统优化参数的模糊控制值。

⑤清晰化处理

第(5)-④步完成后，对第(5)-④步完成后所得的模糊控制值进行清晰化处理，转为精确控制值。

(6)调节冷冻水泵、冷却水泵、风机的运行频率及工况

第(5)步完成后，根据第(5)-⑤步完成后所得的精确控制值，通过执行器去控制被控对象，即水泵的台数和转速，以调节中央空调的冷冻水的循环流量，为时间τ后提供中央空调系统所需的负荷Q_D。

(7)比较Q_D和Q_T

第(6)步完成后，监测T时刻的实际负荷Q_T，并与预测负荷Q_D进行比较。

(8)评估、修正

第(7)步完成后，根据第(7)完成后所得的实际负荷Q_T与预测负荷Q_D的比较结果，对负荷预测控制效果进行评估，修正。通过不断地反复监测、比较和修正调节，就可以实现中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的负荷供应与末端负荷需求相适应，保障在各种条件下，循环水系统均处于最佳负荷供应状态，减少不必要的浪费。

本发明采用上述技术方案后，主要具有以下效果：

1.通信质量有保障，基于433MHZ的无线传感器网络，绕障能力强，能够克服混凝土墙体对无线信号的屏蔽作用，只需要布置少量的中继模块就可实现网络的扩展，且无论从网络的开销，还是组网技术的复杂度方面，都远强于ZigBee的无线传感网。

2.网络功能强大，基于433MHZ的无线传感器网络，不仅能够实现多元环境信息和中央空调系统运行状态的监测，而且能够通过网络实现对中央空调机组及末端运行工况的独立调控，充分发挥和扩大无线网络的功能，从而能全面监测和控制被控建筑的每层楼及每个房间的空调末端，对被控建筑中央空调系统的监测及控制范围更广、控制更优化。

3.信息管理全面，建立智能信息管理中心，完成所有信息的汇总、统计、分析和处理，从全局出发对整个中央空调系统的各个能耗设备进行协调优化控制管理，控制精确度高，节能效果好。

4.控制无滞后，应用基于相似日的负荷预测方法，提前预测系统下一时刻的负荷值，避免空调系统的时滞效应，使得控制能及时产生作用，控制模型参数能有效地实时更新，进一步提高控制精度及节能效果。

本发明，可广泛应用于各种楼宇的中央空调的节能优化控制，特别适用于智能楼宇的中央空调节能优化控制。

四、附图说明

图1为本发明控制系统的结构框图；

图2为本发明控制方法的程序流程框图。

五、具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。

实施例

某写字楼的建筑面积为70000平方米，共26层，每层17个房间，平均为45平方米/房间。每个房间配备一台FP-68H风机盘管、一个智能末端控制装置、一个无线室内温湿度监测装置、一个无线室内二氧化碳监测装置，每层楼放置一个普通通信装置；中央空调机组配置一个无线逻辑控制监测装置，一个可编程逻辑控制装置(PLC)，选用西门子S7-200系列CPU226型号和一个模拟量扩展模块EM235，变频器选择西门子MM430，中央空调的冷冻水系统和冷却水系统各自安装两个无线循环水温度监测装置、一个无线循环水流速监测装置；中央空调机组附近放置一个第二中继通信装置；在第一层、第七层、十五层、二十一层分别放置一个第一中继通信装置；中心通信装置与智能信息管理中心相连。

如图1所示，一种基于无线传感器网络的中央空调智能控制系统，包括智能信息管理中心、无线通信装置、中央空调信息监测与控制模块、房间信息监测与控制模块。智能信息管理中心通过无线通信装置分别与中央空调信息监测与控制模块和房间信息监测与控制模块相连。在该写字楼内部，基于433MHZ的无线传感器网络，确保被控建筑内无线监测装置对室内温湿度和二氧化碳浓度信息以及中央空调循环水系统的供回水温度和水泵风机等运行状态的信息监测，再由无线通信装置将监测的信息传送至所述的智能信息管理中心，所述的智能信息管理中心对接收的信息进行统计分析，并计算当前负荷值，再预测下一时刻负荷值，最后通过无线通信装置传达智能信息管理中心的控制命令至无线逻辑控制监测装置和智能末端控制装置，正确调控中央空调机组和末端的运行状态。

智能信息管理中心位于该写字楼中央空调的监控室内(1个)，包括信息处理模块、数据库管理模块、负荷计算模块、负荷预测模块、模糊控制模块、异常报警模块，装载有计算机程序的这些模块运行在计算机上。智能信息管理中心通过RS232串口线与无线通信装置中的中心通信装置相连，负责所有监测信息的汇总、统计、分析和处理，并实时显示空调的运行情况和室内温湿度情况，再通过无线通信装置发送控制命令，实现对整个无线网络的控制和中央空调的优化运行。其中，信息处理模块接收中心通信装置上传的信息，并解析处理；数据库管理模块存储信息处理模块处理后的信息；负荷计算模块根据数据库管理模块中存储的信息计算系统负荷；负荷预测模块根据数据库管理模块中存储的信息预测未来时刻系统的负荷；模糊控制模块根据负荷计算模块与负荷预测模块得到的数据信息进行模糊推理，并发出控制命令；异常报警模块根据信息处理模块得出的数据进行异常判断并报警。

该系统的中央空调信息监测与控制模块，包括无线循环水温度监测装置(共4个)、无线循环水流速监测装置(共2个)、无线逻辑控制监测装置(1个)、可编程逻辑控制器(1个)。无线循环水温度监测装置安装在中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的主机进出水口的输水管道上，监测中央空调的冷冻水和冷却水的供、回水温度，并通过无线通信装置将供、回水温度信息传送至智能信息管理中心；无线循环水流速监测装置安装在中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的循环水泵的输水管道上，监测中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的水流速，并通过无线通信装置将水流速信息传送至智能信息管理中心；无线逻辑控制监测装置通过可编程逻辑控制器的数字端口与可编程逻辑控制器相连，并通过无线通信装置上传可编程逻辑控制器的状态信息至智能信息管理中心、下达智能信息管理中心的控制命令至可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器通过模拟量端口与变频器相连，通过控制循环水泵、冷却塔风机的运行状态，实现中央空调主机的智能优化控制。

该系统的房间信息监测与控制模块，包括无线室内温湿度监测装置(共442个)、无线室内二氧化碳监测装置(共442个)、智能末端控制装置(共442个)。无线室内温湿度监测装置放置在该写字楼的每个房间内，监测室内的温湿度信息，并通过无线通信装置将温湿度信息传送至智能信息管理中心；无线室内二氧化碳监测装置放置于该写字楼的每个房间内，监测室内的二氧化碳浓度信息，并通过无线通信装置将二氧化碳浓度信息传送至智能信息管理中心；智能末端控制装置安装在该写字楼每个房间的风机盘管处，通过继电器与末端风机、末端电磁阀相连，接收智能信息管理中心下达的控制命令后，对该写字楼每个房间的末端风机和末端电磁阀的运行状态进行控制。

该系统的无线通信装置，采用433MHz的无线通信方式，包括中心通信装置(1个)、第一中继通信装置(共4个)、第二中继通信装置(1个)、普通通信装置(共26个)。中心通信装置放置在该写字楼的中央空调的监控室内，通过RS232串口线与智能信息管理中心相连，智能信息管理中心通过中心通信装置组建一个基于433MHZ的无线网络，中心通信装置负责上传接收到的信息至智能信息管理中心、下达智能信息管理中心的控制命令到第一中继通信装置；第一中继通信装置在该写字楼中每隔七层放置一个，放置在对应楼层的楼梯间，其直接加入网络，负责转发普通通信装置和第二中继通信装置上传的信息、以及中心通信装置转发的控制命令；第二中继通信装置放置在该写字楼的中央空调机组配置室内，通过第一中继通信装置加入网络，负责收集无线循环水温度监测装置和无线循环水流速监测装置所采集的中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的供、回水温度、水流速信息以及无线逻辑控制监测装置采集的信息，再将信息转发至第一中继通信装置，同时接收第一中继通信装置转发的控制命令，并转发至无线逻辑控制监测装置；普通通信装置放置在该写字楼每个楼层的通道处，通过第一中继通信装置加入网络，负责收集该楼层的所有房间的无线室内温湿度监测装置和无线室内二氧化碳监测装置采集的温湿度及二氧化碳浓度信息，再将信息转发送至第一中继通信装置，同时接收第一中继通信装置转发的控制命令，并转发至智能末端控制装置。

该系统中的无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置、无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置，均具有无线通信功能。每个装置包括传感模块(由相应的传感器和模数转换功能模块组成)、处理模块(由微处理器CPU、存储器和嵌入式操作系统构成)、无线通信模块以及电源管理模块，根据应用目的和使用环境的不同，配置相应的传感器而形成相应的监测装置(如无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置、无线循环水温度检测装置、无线循环水流速监测装置等)。处理模块为ATmega162集成芯片，分别通过其UART0与无线通信模块连接、又通过其UART1与串口模块连接、再通过其I/O口与传感模块连接、最后通过其VCC和GND引脚与电源模块连接，无线通信模块为市购的HAC-LM系列的LM96C16S模块。装设在该写字楼内的每个楼层的所有房间的无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置和智能末端控制装置，以同层的普通通信装置为中心，组成一个小型网络，同时通过同层的普通通信装置加入系统网络中，无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置负责周期性的监测房间环境信息；无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置、无线逻辑控制监测装置通过第二中继通信装置加入网络，无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置主要是周期性的监测空调设备的运行状态。

该系统中的中心通信装置、第一中继通信装置、第二中继通信装置、普通通信装置、无线逻辑控制监测装置，均包括处理模块(由微处理器CPU、存储器和嵌入式操作系统构成)、无线通信模块、电源管理模块。处理模块为ATmega162集成芯片，分别通过其UART0与无线通信模块连接、又通过其UART1与串口模块连接、再通过其VCC和GND引脚与电源模块连接，无线通信模块为市购的HAC-LM系列的LM96C16S模块。中心通信装置、第一中继通信装置、第二中继通信装置、普通通信装置负责通信网络的扩展和信号放大，是网络管理的重要组成部分。

该系统中的智能末端控制装置(共442个)，由普通通信装置和末端控制面板改造组装而成，具有无线通信功能，能够调控末端电磁阀的通断和风机的转速，实现独立房间空调末端的智能控制。

如图2所示，一种基于无线传感器网络的中央空调智能控制方法，利用该写字楼基于无线传感器网络的中央空调智能控制系统，应用无线传感器组网技术，通过程序初始化将该写字楼的空调系统划入一个层次分明和入网规律的无线网络中；监测信息，建立数据库，计算中央空调系统的整体负荷值，同时基于相似日的短期负荷预测方法，预测中央空调系统下一时刻的负荷值；结合负荷预测方法和模糊控制技术，以中央空调的冷冻水和冷却水的供、回水温度变化量为控制量，实现中央空调系统提前准确的优化控制。其具体步骤如下：

(1)网络初始化

无线传感器网络由大量的具有无线通信功能的监测装置和无线通信装置组成，本发明采用的是基于433MHZ的无线传感器网络，根据该写字楼的大小对无线传感器网络中所装设的装置的数量进行初始化，具体为：无线室内温湿度监测装置为442个、无线室内二氧化碳监测装置为442个、智能末端控制装置为442个、无线循环水温度监测装置为4个、无线循环水流速监测装置为2个、无线逻辑控制监测装置为1个、中心通信装置为1个、第一中继通信装置为4个、第二中继通信装置为1个、普通通信装置为26个。

(2)信息监测，建立数据库

第(1)步完成后，在第(1)步初始化后的无线传感器网络中，无线循环水温度监测装置监测中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的供、回水温度，无线循环水流速监测装置监测中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的水流速信息，无线逻辑控制监测装置监测可编程逻辑控制器的状态信息；无线室内温湿度监测装置和无线室内二氧化碳监测装置监测被控建筑室内温湿度、二氧化碳浓度信息。通过其监测装置将监测的信息传送至智能信息管理中心，智能信息管理中心建立数据库并存储所有监测的信息。

(3)计算中央空调系统当前负荷值Q，并预测未来T时刻的负荷值Q_D

第(2)步完成后，先由智能信息管理中心的负荷计算模块根据第(2)步所建立的数据库中的中央空调的冷冻水的供、回水温度和水流速信息，计算中央空调系统的负荷值(即当前中央空调的负载情况)，计算公式如下：

Q＝cρG_D(T_D2-T_D1)

式中，Q为空调系统的冷负荷(kj/s)，GD循环水的体积流量(m³/s)，c为水的比热，ρ为水的密度，T_D1为冷冻水供水温度，T_d2为冷冻水回水温度。

再由智能信息管理中心的负荷预测模块，基于相似日的短期负荷预测方法，根据第(2)步建立的数据库中被控建筑的中央空调历史负荷数据以及温湿度环境信息等预测中央空调未来时刻的负荷Q_D。

基于相似日的短期负荷预测方法是根据被控建筑地区的历史气象因素数据(即温度、湿度等)和数值化的日期类型构建日特征向量，并利用差异评价函数求日特征向量间的距离，进而得到特征相似日，再通过数据库中的历史数据分析，选取最合适的相似日，解决中央空调控制滞后的问题。具体步骤如下：

①日期类型数值化，构建日特征向量

第(2)步完成后，将第(2)步完成后所得数据库中的日期类型数值化，选取工作日为1，周末为2，节假日为3，季节为4，其它日期为5；再将温度、湿度、数值化后的日期类型等作为元素构建日特征向量。

②构造时刻特征矩阵C_k

第(3)-①步完成后，根据第(3)-①步完成后所得的日特征向量，构造时刻特征矩阵C_k，如下：

$C_k=\left[\begin{array}{c}{f}_{11},f_{12},...,f_{1n},r_{1(n+1)}\\ .......\\ f_{m1},f_{m2},...,f_{\mathrm{mn}},r_{m(n+1)}\end{array}\right]=\left[M\right|N]$

其中，C_k表示所有相似日k时刻特征矩阵，f_ik表示第i个相似日第k个天气影响因素，r_i(n+1)表示第i个相似日的日期类型值，(f_i1，f_i2，...，f_in，r_i(n+1))表示第i个相似日的日特征向量，N＝(r_1(n+1)，...，r_m(n+1))′。

③依据C_k缩小相似日搜索范围

第(3)-②步完成后，计算出每个相似日任意时刻的体感温度值，判断相似日之间的日期类型，依据第(3)-②步完成后所得的时刻特征矩阵C_k，选择与预测日日期类型相同的相似日，缩小相似日搜寻范围。

④计算绝对均差D_i，获取最终相似日集合

第(3)-③步完成后，基于第(3)-③步所搜寻的相似日的范围，如果D_i满足下式，则第i日为最终相似日，其中D_i表示第i日与预测日的体感温度绝对均差，T_ik表示第i日k时刻的体感温度值，T′_k表示预测日k时刻的体感温度值。

$D_i=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}|T_{\mathrm{ik}}-T_k^{\&prime;}|<1$

⑤最终相似日序列L(s₁，s₂，...，s_n)

第(3)-④步完成后，经过第(3)-④步搜寻所得的相似日拥有相近的体感温度和相同的日期类型，对这些相似日按时间排序，组成序列L(s₁，s₂，...，s_n)，然后根据加权平均或灰色理论进行逐时负荷预测。在L＞5时，选择灰色理论预测，可利用灰色理论强规律性得出精确的预测值；而对于L较小时，选择加权平均法优于灰色理论预测。

(4)计算负荷变量的偏差E及偏差变化量EC

第(3)步完成后，根据第(3)步完成后所得的空调未来时刻的负荷Q_D和当前空调负荷Q，计算空调负荷变量的偏差E及偏差变化量EC。

(5)模糊推理

第(4)步完成后，根据第(4)步完成后所得的负荷变量的偏差E及偏差变化量EC，利用模糊推理得到系统的优化运行参数。

智能模糊控制变频调速，是以中央空调的冷冻水和冷却水的回水温度变化量为控制量，实现中央空调的冷冻水泵和冷却水泵及冷却塔风机的频率和运行状态的智能调节。

传统的中央空调系统常规都采用PID控制，且PID对大滞后、大惯性、非线性、时变性控制对象参数调节困难，超调量大，震荡时间长，容易产生积分饱和，对于干扰敏感，因此不适宜空调水系统的控制。而模糊控制算法可根据空调负荷与室外环境参数的变化，智能优化空调水系统的状态，实现变负荷工况下空调系统的性能综合优化。

中央空调负荷的大小是通过中央空调的冷冻水的回水温度的高低反映的，水的流量是通过水泵运行的频率来控制的，所以设计模糊控制器的输入变量为中央空调的冷冻水的回水温度，输出变量为水泵的运行频率。

一般冷冻水设计温差为5-7℃，冷却水设计温差为4-5℃，而在系统流量固定的情况下，全年绝大部分运行时间温差仅为1-3℃，即在大流量、低温差的情况下工作。假设空调主机在制冷时，设置冷冻水供水温度的典型值为7℃、回水温度为12℃、供回水温差为5℃；设置冷却水进水温度为32℃、出水温度为37℃；设置控制冷冻/冷却水泵和冷却塔风机转速的变频器运行频率上限值为45HZ，下限值为30HZ。

采用模糊控制技术，实现水泵和风机转速的智能调节，基本原理是利用温度传感器对冷冻水的供、回水温度等非电量信号进行检测，并将其转换为电量，通过无线循环水温度监测装置将信号传回，然后经A/D转换得出与实际值相对应的数字量，并与设定值进行比较，得到温度偏差值，并计算出温度的偏差变化率，将二者作为控制量输入，经模糊化，由模糊控制规则(如表1，E为温差，EC为温差变化率)推理得出输出值，再反模糊化得到对应水泵、风机的工作频率输出值，再通过无线的方式反馈到相应控制器或变频器。

EC\E

NB

NM

NS

Z

PS

PM

PB

NB

PB

PB

PM

PM

PS

Z

Z

NM

PB

PB

PM

PS

PS

Z

NS

NS

PM

PM

PM

PS

Z

NS

NS

Z

PM

PM

PS

Z

NS

NM

NM

PS

PS

PS

Z

NS

NS

NM

NM

PM

PS

Z

NS

NM

NM

NM

NB

PB

Z

Z

NM

NM

NM

NB

NB

表1模糊控制规则表

该写字楼基于无线传感器网络的中央空调智能控制方法，其模糊推理的具体步骤如下：

①建立模糊控制规则库

②输入变量E、EC

第(5)-①步完成后，输入第(4)步所得的负荷变量的偏差E及偏差变化量EC。

③变量模糊化处理

第(5)-②步完成后，对第(5)-②步输入的变量E、EC进行模糊化处理。

④模糊推理

第(5)-③步完成后，根据第(5)-③步所得的模糊变量，利用第(5)-①步所得模糊控制规则库中的推理规则或规则表，模仿人类下判断时的方法，应用模糊逻辑和模糊推论法进行推论，得到可获得预期负荷Q_D的系统优化参数的模糊控制值。

⑤清晰化处理

第(5)-④步完成后，对第(5)-④步完成后所得的模糊控制值进行清晰化处理，转为精确控制值。

(6)调节冷冻水泵、冷却水泵、风机的运行频率及工况

第(5)步完成后，根据第(5)-⑤步完成后所得的精确控制值，通过执行器去控制被控对象，即水泵的台数和转速，以调节中央空调的冷冻水的循环流量，为时间τ后提供中央空调系统所需的负荷Q_D。

(7)比较Q_D和Q_T

第(6)步完成后，监测T时刻的实际负荷Q_T，并与预测负荷Q_D进行比较。

(8)评估、修正

第(7)步完成后，根据第(7)完成后所得的实际负荷Q_T与预测负荷Q_D的比较结果，对负荷预测控制效果进行评估，修正。通过不断地反复监测、比较和修正调节，就可以实现中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的负荷供应与末端负荷需求相适应，保障在各种条件下，循环水系统均处于最佳负荷供应状态，减少不必要的浪费。

该写字楼独立房间空调末端的控制，智能信息管理中心根据监测装置监测的环境信息，即室内温湿度信息，进行分析、判断，发送控制命令至智能末端控制装置，对每个房间空调末端进行智能控制，准确调控末端电磁阀的通断和末端风机的转速。设定夏季室内标准温度为26℃，调节范围为24℃-28℃；标准湿度为45％，调节范围是35％-60％。当监测到的温度大于28℃时，加大风机转速或开大电磁阀；如果小于24℃，则关小或关断电磁阀；当湿度大于60％时，关小或关断电磁阀；如果小于35％，则开大或开启电磁阀。

Claims (2)

1.一种基于无线传感器网络的中央空调智能控制系统，包括智能信息管理中心、无线通信装置、中央空调信息监测与控制模块、房间信息监测与控制模块，所述的智能信息管理中心通过无线通信装置分别与所述的中央空调信息监测与控制模块和房间信息监测与控制模块相连，其特征在于：

所述的智能信息管理中心，包括信息处理模块、数据库管理模块、负荷计算模块、负荷预测模块、模糊控制模块、异常报警模块，装载有计算机程序的这些模块运行在计算机上，智能信息管理中心位于大型建筑的中央空调的监控室内，通过RS232串口线与无线通信装置中的中心通信装置相连，负责所有监测信息的汇总、统计、分析和处理，并实时显示空调的运行情况和室内温湿度情况，再通过无线通信装置发送控制命令，实现对整个无线网络的控制和中央空调的优化运行，其中，所述的信息处理模块接收中心通信装置上传的信息，并解析处理；所述的数据库管理模块存储所述信息处理模块处理后的信息；所述的负荷计算模块根据所述数据库管理模块中存储的信息计算中央空调系统的负荷；所述的负荷预测模块根据所述数据库管理模块中存储的信息预测未来时刻中央空调系统的负荷；所述的模糊控制模块根据所述负荷计算模块与负荷预测模块得到的数据信息进行模糊推理，并发出控制命令；所述的异常报警模块根据所述信息处理模块得出的数据进行异常判断并报警；

所述的中央空调信息监测与控制模块，包括无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置、无线逻辑控制监测装置、可编程逻辑控制器，所述的无线循环水温度监测装置安装在中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的主机进出水口的输水管道上，监测中央空调的冷冻水和冷却水的供、回水温度，并通过无线通信装置将供、回水温度信息传送至前述的智能信息管理中心；所述的无线循环水流速监测装置安装在中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的循环水泵的输水管道上，监测中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的水流速，并通过无线通信装置将水流速信息传送至前述的智能信息管理中心；所述的无线逻辑控制监测装置通过可编程逻辑控制器的数字端口与可编程逻辑控制器相连，并通过无线通信装置上传可编程逻辑控制器的状态信息至前述的智能信息管理中心、下达前述的智能信息管理中心的控制命令至可编程逻辑控制器；所述的可编程逻辑控制器通过模拟量端口与变频器相连，通过控制循环水泵、冷却塔风机的运行状态，实现中央空调主机的智能优化控制；

所述的房间信息监测与控制模块，包括无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置、智能末端控制装置，所述的无线室内温湿度监测装置放置在被控建筑的每个房间内，监测室内的温湿度信息，并通过无线通信装置将温湿度信息传送至前述的智能信息管理中心；所述的无线室内二氧化碳监测装置放置于被控建筑的每个房间内，监测室内的二氧化碳浓度信息，并通过无线通信装置将二氧化碳浓度信息传送至前述的智能信息管理中心；所述的智能末端控制装置安装在被控建筑的每个房间的风机盘管处，并通过继电器与末端风机、末端电磁阀相连，所述智能末端控制装置接收前述智能信息管理中心下达的控制命令后，对被控建筑的每个房间的末端风机和末端电磁阀的运行状态进行控制；

所述的无线通信装置，采用433MHZ的无线通信方式，包括中心通信装置、第一中继通信装置、第二中继通信装置、普通通信装置，所述的中心通信装置放置在被控建筑的中央空调的监控室内，通过RS232串口线与前述的智能信息管理中心相连，前述的智能信息管理中心通过所述的中心通信装置组建一个基于433MHZ的无线网络，所述中心通信装置负责上传接收到的信息至前述智能信息管理中心、下达前述智能信息管理中心的控制命令到第一中继通信装置；所述的第一中继通信装置每隔七层放置一个，放置在对应楼层的楼梯间，其直接加入网络，负责转发普通通信装置和第二中继通信装置上传的信息、以及中心通信装置转发的控制命令；所述的第二中继通信装置放置在被控建筑的中央空调机组配置室内，通过所述第一中继通信装置加入网络，负责收集无线循环水温度监测装置和无线循环水流速监测装置所采集的中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的供、回水温度、水流速信息以及无线逻辑控制监测装置采集的信息，再将信息转发至第一中继通信装置，同时接收第一中继通信装置转发的控制命令，并转发至无线逻辑控制监测装置；所述的普通通信装置放置在被控建筑的每个楼层的通道处，通过所述第一中继通信装置加入网络，负责收集该楼层的所有房间的无线室内温湿度监测装置和无线室内二氧化碳监测装置采集的温湿度及二氧化碳浓度信息，再将信息转发送至第一中继通信装置，同时接收第一中继通信装置转发的控制命令，并转发至前述的智能末端控制装置；

所述的无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置、无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置，均具有无线通信功能，每个装置包括由相应的传感器和模数转换功能模块组成的传感模块、由微处理器CPU、存储器和嵌入式操作系统构成的处理模块、无线通信模块以及电源管理模块，根据应用目的和使用环境的不同，配置相应的传感器而形成相应的监测装置，所述的处理模块为ATmega162集成芯片，分别通过其UART0与无线通信模块连接、又通过其UART1与串口模块连接、再通过其I/O口与传感模块连接、最后通过其VCC和GND引脚与电源模块连接，所述的无线通信模块为市购的HAC-LM系列的LM96C16S模块，装设在被控建筑内的每个楼层的所有房间的无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置和智能末端控制装置，以同层的普通通信装置为中心，组成一个小型网络，同时通过同层的普通通信装置加入系统网络中，所述的无线室内温湿度监测装置、无线室内二氧化碳监测装置负责周期性的监测房间环境信息；所述的无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置、无线逻辑控制监测装置通过前述的第二中继通信装置加入网络，无线循环水温度监测装置、无线循环水流速监测装置主要是周期性的监测空调设备的运行状态；

所述的中心通信装置、第一中继通信装置、第二中继通信装置、普通通信装置、无线逻辑控制监测装置，均包括由微处理器CPU、存储器和嵌入式操作系统构成的处理模块、无线通信模块、电源管理模块，所述的处理模块为ATmega162集成芯片，分别通过其UART0与无线通信模块连接、又通过其UART1与串口模块连接、再通过其VCC和GND引脚与电源模块连接，所述的无线通信模块为市购的HAC-LM系列的LM96C16S模块，中心通信装置、第一中继通信装置、第二中继通信装置、普通通信装置负责通信网络的扩展和信号放大，是网络管理的重要组成部分；

所述的智能末端控制装置，由普通通信装置和末端控制面板改造组装而成，具有无线通信功能，能够调控末端电磁阀的通断和风机的转速，实现独立房间空调末端的智能控制。

2.一种基于无线传感器网络的中央空调智能控制方法，利用本发明系统，应用无线传感器组网技术，通过程序初始化将整个被控建筑的空调系统划入一个层次分明和入网规律的无线网络中；监测信息，建立数据库，计算中央空调系统的整体负荷值，同时基于相似日的短期负荷预测方法，预测中央空调系统下一时刻的负荷值；结合负荷预测方法和模糊控制技术，以中央空调的冷冻水和冷却水的供、回水温度变化量为控制量，实现中央空调系统提前准确的优化控制，其特征在于其具体步骤如下：

(1)网络初始化

无线传感器网络由大量的具有无线通信功能的监测装置和无线通信装置组成，本发明采用的是基于433MHZ的无线传感器网络，根据被控建筑的大小对无线传感器网络中所装设的装置的数量进行初始化；

(2)信息监测，建立数据库

第(1)步完成后，在第(1)步初始化后的无线传感器网络中，无线循环水温度监测装置监测中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的供、回水温度，无线循环水流速监测装置监测中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的水流速信息，无线逻辑控制监测装置监测可编程逻辑控制器的状态信息；无线室内温湿度监测装置和无线室内二氧化碳监测装置监测被控建筑室内温湿度、二氧化碳浓度信息，通过其监测装置将监测的信息传送至智能信息管理中心，智能信息管理中心建立数据库并存储所有监测的信息；

(3)计算中央空调系统当前负荷值Q，并预测未来T时刻的负荷值Q_D

第(2)步完成后，先由智能信息管理中心的负荷计算模块根据第(2)步所建立的数据库中的中央空调的冷冻水的供、回水温度和水流速信息，计算中央空调系统的负荷值，计算公式如下：

Q＝cρG_D(T_D2-T_D1)

式中，Q为空调系统的冷负荷(kj/s)，G_D循环水的体积流量(m³/s)，c为水的比热，ρ为水的密度，T_D1为冷冻水供水温度，T_D2为冷冻水回水温度；

再由智能信息管理中心的负荷预测模块，基于相似日的短期负荷预测方法，根据第(2)步建立的数据库中被控建筑的中央空调历史负荷数据以及温湿度环境信息预测中央空调未来时刻的负荷Q_D；

基于相似日的短期负荷预测方法是根据被控建筑地区的历史气象因素数据，即温度、湿度，和数值化的日期类型构建日特征向量，并利用差异评价函数求日特征向量间的距离，进而得到特征相似日，再通过数据库中的历史数据分析，选取最合适的相似日，解决中央空调控制滞后的问题，具体步骤如下：

①日期类型数值化，构建日特征向量

第(2)步完成后，将第(2)步完成后所得数据库中的日期类型数值化，选取工作日为1，周末为2，节假日为3，季节为4，其它日期为5；再将温度、湿度、数值化后的日期类型作为元素构建日特征向量；

②构造时刻特征矩阵C_k

第(3)-①步完成后，根据第(3)-①步完成后所得的日特征向量，构造时刻特征矩阵C_k，如下：

$C_k=\left[\begin{array}{c}{f}_{11},f_{12},...,f_{1n},r_{1(n+1)}\\ .......\\ f_{m1},f_{m2},...,f_{\mathrm{mn}},r_{m(n+1)}\end{array}\right]=\left[M\right|N]$

其中，C_k表示所有相似日k时刻特征矩阵，f_ik表示第i个相似日第k个天气影响因素，r_i(n+1)表示第i个相似日的日期类型值，(f_i1，f_i2，...，f_in，r_i(n+1))表示第i个相似日的日特征向量，N＝(r_1(n+1)，...，r_m(n+1))′；

③依据C_k缩小相似日搜索范围

第(3)-②步完成后，计算出每个相似日任意时刻的体感温度值，判断相似日之间的日期类型，依据第(3)-②步完成后所得的时刻特征矩阵C_k，选择与预测日日期类型相同的相似日，缩小相似日搜寻范围；

④计算绝对均差D_i，获取最终相似日集合

第(3)-③步完成后，基于第(3)-③步所搜寻的相似日的范围，如果D_i满足下式，则第i日为最终相似日，其中D_i表示第i日与预测日的体感温度绝对均差，T_ik表示第i日k时刻的体感温度值，T′_k表示预测日k时刻的体感温度值；

$D_i=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}|T_{\mathrm{ik}}-T_k^{\&prime;}|<1$

⑤最终相似日序列L(s₁，s₂，...，s_n)

第(3)-④步完成后，经过第(3)-④步搜寻所得的相似日拥有相近的体感温度和相同的日期类型，对这些相似日按时间排序，组成序列L(s₁，s₂，...，s_n)，然后根据加权平均或灰色理论进行逐时负荷预测，在L＞5时，选择灰色理论预测，可利用灰色理论强规律性得出精确的预测值；而对于L较小时，选择加权平均法优于灰色理论预测；

(4)计算负荷变量的偏差E及偏差变化量EC

第(3)步完成后，根据第(3)步完成后所得的空调未来时刻的负荷Q_D和当前空调负荷Q，计算空调负荷变量的偏差E及偏差变化量EC；

(5)模糊推理

第(4)步完成后，根据第(4)步完成后所得的负荷变量的偏差E及偏差变化量EC，利用模糊推理得到系统的优化运行参数，具体步骤如下：

①建立模糊控制规则库

②输入变量E、EC

第(5)-①步完成后，输入第(4)步所得的负荷变量的偏差E及偏差变化量EC；

③变量模糊化处理

第(5)-②步完成后，对第(5)-②步输入的变量E、EC进行模糊化处理；

④模糊推理

第(5)-③步完成后，根据第(5)-③步所得的模糊变量，利用第(5)-①步所得模糊控制规则库中的推理规则或规则表，模仿人类下判断时的方法，应用模糊逻辑和模糊推论法进行推论，得到可获得预期负荷Q_D的系统优化参数的模糊控制值；

⑤清晰化处理

第(5)-④步完成后，对第(5)-④步完成后所得的模糊控制值进行清晰化处理，转为精确控制值；

(6)调节冷冻水泵、冷却水泵、风机的运行频率及工况

第(5)步完成后，根据第(5)-⑤步完成后所得的精确控制值，通过执行器去控制被控对象，即水泵的台数和转速，以调节中央空调的冷冻水的循环流量，为时间τ后提供中央空调系统所需的负荷Q_D；

(7)比较Q_D和Q_T

第(6)步完成后，监测T时刻的实际负荷Q_T，并与预测负荷Q_D进行比较；

(8)评估、修正

第(7)步完成后，根据第(7)完成后所得的实际负荷Q_T与预测负荷Q_D的比较结果，对负荷预测控制效果进行评估，修正，通过不断地反复监测、比较和修正调节，就可以实现中央空调的冷冻水系统和冷却水系统的负荷供应与末端负荷需求相适应，保障在各种条件下，循环水系统均处于最佳负荷供应状态，减少不必要的浪费。

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