摘要：为解决传统空调系统布线带来的不便和传统布线带来的不便PID设计一种将控制适应性和鲁棒性差的问题WLAN自适应技术和单神经元PID结合控制算法的空调系统。与传统的空调系统相比，该系统使用WLAN技术实现系统的灵活性、可移动性，降低以往布线所需消耗的人力物力，运用单神经元自适应PID控制算法使系统具有无静差、无超调、鲁棒性强等优点。研究结果表明，两者结合后，空调系统存在的问题基本解决，性能明显提高。
关键词：WLAN技术；单神经元自适应；PID控制；空调系统；鲁棒性
近几年来，智能建筑(Intelligence Building)在我国取得了很大的发展。在智能建筑中，建筑自动控制系统(Building AutomationSystem，BAS)空调控制系统在建筑自控系统中起着极其重要的作用。针对空调系统布线施工周期长、有线网络灵活性不足、人力物力资源消耗大等问题，提出了本文WLAN技术取代原有的RS485总线及Lonworks总线等总线方案将上位机和现场控制系统构成通过无线收发模块传输信息的集散系统，减少布线环节，提高系统灵活性，在系统重新布置时，降低了安装成本，获得了移动性。针对温湿度滞后和当前传统的特点PID控制难以满足快速性、无超调、无静差、抗干扰、鲁棒性强等要求。PID控制算法，提高系统的控制性能。
1 空调系统控制原理
控制原理：通过新回风管内设置的温湿度传感器检测新回风的温湿度，通过单元控制器的计算比较确定系统空气处理器的运行状态，输出相应的信号控制新回风和排风阀的开启比，调整新回风的混合比，达到节能的目的。风道内设有防冻开关。当风温低于设定温度时，切断风机电路，停止风机运行，并通过连锁新风入口风阀执行器关闭新风阀。报警信号由现场控制器输出。本文主要研究温湿度控制。
2 硬件设计
该系统包括三个部分：主机（包括数据库）、现场控制部分和WLAN硬件设计包括控制部分WLAN控制模块的设计和现场控制器及其外围电路的设计。WLAN控制模块是系统的核心部分，负责主机和控制器之间的信息传输。系统结构如图1所示。
现场控制部分由带串口控制(RS232或RS485接口)由控制器及其外围电路、温湿度传感器组成，从传感器测量的相应值定期发送到无线控制模块到主控制器。控制器使用PID该算法控制空调末端组的各种阀门，并负责显示和上传各采样点的温湿度采样值。
现场控制器的设计主要包括：AT89S52单片机、输入、输出电路4x4点阵键盘电路、存储器扩展电路、字符液晶或数字管显示电路、断电保护电路和上下限保护电路。其结构图如图2所示。
WLAN控制模块的设计系统采用ADAM作为中间数据采集器，4550无线调制解调模块。ADAM-4550是一种新型的直序扩频无线调制解调器。它在2．4 GHz ISM在频段工作，无需申请执照。它提供了可用于通信的通信RS-232和RS-通信速率可达115.2 kbps。它使用1 Mbps以半双工的方式工作。调制调制器1000 mW输出功率。使用背面的拉杆天线时，可以有150 m有效传输距离。使用研华提供的高增益外支杆天线时，其通信范围可能超过20km(开阔空间)。
3 软件设计
软件设计按系统功能要求分为两部分：
现场控制器的软件设计主要由数据采集程序、初始化程序、算法控制计算程序、参数发送显示程序、故障诊断报警程序等组成。软件功能是模拟和数字信号，实时采集温湿度、设备报警、风扇工作状态，通过控制新回风阀和冷热水的开度来控制温湿度。
主机控制软件包括数据库DELPHI编程)、温度和湿度查询、接收火灾警察信号，然后相应处理，向下控制器即现场控制器发出指令，并存档和归档数据进行查询和呼叫。
4 自适应单神经元PID算法控制
作为构成神经网络的基本单位，单神经元具有自学和自适应能力，结构简单，易于计算。PID调节器还具有结构简单、调整方便、参数调整与工程指标密切相关等特点。两者的结合可以在一定程度上解决传统问题PID有效控制某些参数时变系统的调节器不足。
常规PID控制器的控制算法是
实际值与给定值之间的偏差，e(t)=yr-y；Kp比例增益；Ti积分时间常数；Td为微分时间常数。使用周期T。短时间内，离散化后，可以得到常规PID控制的增量公式为：
结合上述常规PID调节器的控制机制是基于单神经元模型的自适应PID如图3所示，控制器的结构图。
图中状态变换器的输入是系统的输出偏差信号e(k)，yr设置输入，y实际输出过程，ri为性能指标或递进信号，K神经元比例系数，K>0.单神经元控制器有三个状态变量xi(k)、x2(k)、x3(k)，这里分别取：
xi(k)(i=1、2、3)这种取法具有明显的物理意义:x1(k)反映系数误差(相当于积分项)，x2(k)一阶差(相当于比例项)反映了系统误差，x3(k)二阶差反映了系统误差（相当于微分项）。本文的控制策略如下：
分别称为神经元控制器的积分系数、比例系数和微分系数。
单神经元自适应控制器通过调整加权系数来实现自适应和自学功能。考虑到加权系数应与神经元的输入、输出和输出偏差有关，因此对加权系数的调整采用监督Hebb学习规则，即：
在类型(6)、(7)中ri(k)——递进信号或学习信号，ri(k)随过程逐渐衰减；z(k)——输出误差信号，z(k)=y，(k)-y(k)=e(k)；ηi——学习速率，ηi>0。
当偏差可以证明e(k)充分小时，wi(k)它可以收敛到一定的稳定值，并且与预期值的偏差在允许范围内。
为保证上述控制学习算法的收敛性和鲁棒性，对上述学习算法进行标准化处理：
ηI，ηP，ηD——学习速率分别为积分、比例和微分。从公式(8)可以看出，单神经元自适应PID控制器根据学习信号反映的误差和环境变化在线调整相应的参数，产生自适应控制效果，充分反映了其强大的鲁棒性。
5 结束语
根据上述空调系统设计，WLAN自适应技术和单神经元PID通过工控机实现实时监控，控制效果好。WLAN技术不但减少了布线所需的人力物力的消耗，也增加了系统的灵活性、移动性。同时加上单神经元自适应PID控制使系统具有无静差、无超调、鲁棒性好等优点。
时间：2012-02-21