人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在VAV空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：本文文敘述了常用用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)在空調(diào)控制制中的優(yōu)點，在在分析了VAV空調(diào)系統(tǒng)的的優(yōu)缺點的基基礎(chǔ)上，提出出了人工神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的的策略，并從從建立模型、樣樣本訓(xùn)練和控控制實現(xiàn)方面面闡述了神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在VAV空調(diào)系統(tǒng)中中的應(yīng)用。展展望了神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在空調(diào)領(lǐng)領(lǐng)域的研究和和開發(fā)走向。關(guān)鍵詞：人工神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；VAV空調(diào)系統(tǒng)；BP網(wǎng)絡(luò)；控制制ApplicaationofarrtificialnneurallnetwworkiinVAVVair--condiitionsssysttemAbstracct：InthhispaaperaanalyssisthheexccellennceoffBPnnetworrkintheffieldofcoontroll.BaseeonttheexxcelleenceaanddiisadvaantageeofVVAVaiir-connditioonssyystem,,authhoraddvanceetheussingoofANNNconttrolliinginnthattsysttemthhenfrromthhewayyofmmodelbuildding,trainningsandrrealizzationnofccontroollerofVAAVairr-condditionnssysstem.ProsppectttheteendenccyofstudyyingaandexxploittationnwhicchANNNapplliesiintheeareaaofaair-coonditiions.Keywordd:arttificiialneeuralnetwoork(AANN);VAVaair-coonditiionsssystemm;bbackppropaggationn(BP))netwwork;contrrol0前言隨著人們對室內(nèi)內(nèi)空氣質(zhì)量要要求的提高，空空調(diào)已經(jīng)成為為人們生活的的必需品。由由于空氣質(zhì)量量是保證人類類健康和舒適適的關(guān)鍵因素素之一，因此此，現(xiàn)代建筑筑內(nèi)中央空調(diào)調(diào)發(fā)揮了舉足足輕重的作用用，目前基本本上能夠滿足足人們對空氣氣調(diào)節(jié)的要求求。但對于空空氣的溫度、相相對濕度要求求十分嚴(yán)格的的某些空調(diào)房房間，還需要要研究新的有有效的處理控控制及方法。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）可以避開傳統(tǒng)的控制方式中的建模和特征提取，消除模型及特征選擇不當(dāng)帶來的不良影響，且人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強的容錯能力，用戶無需了解對象的出入輸出變量之間的真正關(guān)系（傳遞函數(shù)），便能很好的對空調(diào)系進(jìn)行控制。因此，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將越來越多的應(yīng)用于中央空調(diào)系統(tǒng)的控制中。1人工神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制制方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作作為一門前沿沿學(xué)科，在模模仿人類智能能行為時具有有諸多優(yōu)勢。目前，國內(nèi)外利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模擬設(shè)備性能、預(yù)測負(fù)荷已經(jīng)十分常見。1994年，Curtiss利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型成功的模擬了一臺往復(fù)壓縮式的冷水機組和其它暖通空調(diào)設(shè)備的性能。國內(nèi)也有利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對蓄冰空調(diào)的優(yōu)化控制、對空調(diào)器進(jìn)行仿真的例子。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有以下很多優(yōu)點：1、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可可以模擬高度度非線性系統(tǒng)統(tǒng)；2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具具有較強的學(xué)學(xué)習(xí)能力、容容錯能力和聯(lián)聯(lián)想能力；3、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具具有較強的自自適應(yīng)能力，其其主要特點是是可通過重新新訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)進(jìn)進(jìn)行設(shè)備特性性的動態(tài)校準(zhǔn)準(zhǔn)功能；4、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模模型建模時間間短、易于進(jìn)進(jìn)行計算機模模擬。5、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能能有效地模擬擬暖通空調(diào)系系統(tǒng)的各個設(shè)設(shè)備的非線性性特性曲線，從從而對整個暖暖通空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控控制。所以，對于暖通通空調(diào)系統(tǒng)的的ANN控制，BP模型是較適適合的一種。BP模型是Rumelllhearrt等人提出的的一種有監(jiān)督督訓(xùn)練（有導(dǎo)導(dǎo)師訓(xùn)練）多多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)，是目前應(yīng)應(yīng)用最廣泛的的一種神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，它簡單單易用。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采采用的BP算法是算法的的改進(jìn)推廣也也稱為“誤差逆?zhèn)鞑ゲニ惴ā?，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由由輸入層、隱隱含層（中間間層）和輸出出層構(gòu)成，一一般來講，BP網(wǎng)絡(luò)是一種種有三層或者者三層以上（多多個隱含層）的的多層神經(jīng)元元網(wǎng)絡(luò)，圖1是一個三層BP網(wǎng)絡(luò)模型。圖1BP神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型型BP模型的學(xué)習(xí)習(xí)過程可描述述位兩部分，第第一部分是工工作信號正向向傳播，從輸輸入層開始，傳傳遞各層并經(jīng)經(jīng)過處理后，產(chǎn)產(chǎn)生一個輸出出，并得到一一個該實際輸輸出和所需輸輸出之差的差差錯矢量；第第二部分是誤誤差信號反向向傳播，從輸輸出層至輸入入層，利用差差錯矢量對權(quán)權(quán)值進(jìn)行修改改，最終使該該網(wǎng)絡(luò)在樣本本集上的誤差差平方和最小小或達(dá)到要求求。輸入層和和隱含層之間間的操作特性性為式中：——第jj個隱含層神神經(jīng)元的總的的輸入信號，——使神經(jīng)元ii到神經(jīng)元j的連接權(quán)值值，——j神經(jīng)元的的當(dāng)前輸入即即i神經(jīng)元的輸輸出，——隱含層神經(jīng)經(jīng)元的閾值。每個神經(jīng)元的激激勵函數(shù)是可可微的Singmmoid函數(shù)，取為神神經(jīng)元的輸出出信號，則有有激勵函數(shù)的導(dǎo)數(shù)數(shù)為，輸出層層校正誤差為為：式中：——理想想輸出——實際輸出——輸出層第tt個神經(jīng)元的的激活值隱含層的校正誤誤差是由個輸輸出層神經(jīng)元元校正誤差傳傳遞產(chǎn)生的，即即：式中是輸出層到到隱含層的連連接權(quán)值。輸出層至隱含層層和隱含層至至輸入層的權(quán)權(quán)值校正量分分別為：0<<11(學(xué)習(xí)系數(shù))0<<11(學(xué)習(xí)系數(shù))三層之間有不同同的學(xué)習(xí)系數(shù)數(shù)。輸出層和和隱含層的閾閾值校正量分分別為：，范圍同上每次訓(xùn)練都要調(diào)調(diào)整連接權(quán)值值和各層的閾閾值，最終是是理想輸出和和實際輸出之之間的誤差在在允許范圍之之內(nèi)，這樣的的學(xué)習(xí)算法就就稱作BP算法。由于VAV空調(diào)系統(tǒng)參參數(shù)非常多，所所以BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)習(xí)速率也將受受到一些影響響，通常是憑憑經(jīng)驗選擇BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)習(xí)速率?？梢砸韵扔脭?shù)學(xué)軟軟件Matlaab進(jìn)行模擬仿仿真選擇比較較合適的學(xué)習(xí)習(xí)速率，這樣樣更能接近實實際訓(xùn)練時的的學(xué)習(xí)速率。2VAV空空調(diào)系統(tǒng)的神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制制VAV（變風(fēng)量量）空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)是利用改變變送入室內(nèi)的的送風(fēng)量來實實現(xiàn)對室內(nèi)溫溫度調(diào)節(jié)的全全空氣空調(diào)系系統(tǒng)，它的送送風(fēng)狀態(tài)保持持不變。由于于VAV空調(diào)系統(tǒng)具具有三個優(yōu)點點：（1）能實現(xiàn)局局部區(qū)域的靈靈活控制；（2）利用系統(tǒng)統(tǒng)多樣性，可可使中央系統(tǒng)統(tǒng)的初始成本本低；（3）系統(tǒng)是自自平衡的。所所以，在國外外智能大廈的的空調(diào)系統(tǒng)中中多采用VAV空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)，或與CAV空調(diào)系統(tǒng)、FFCU空調(diào)系系統(tǒng)相結(jié)合的的方式。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在空調(diào)調(diào)中的應(yīng)用不不止是控制方方面的，還有有比如空調(diào)負(fù)負(fù)荷預(yù)測、系系統(tǒng)故障診斷斷、建筑物能耗分析析等方面，作作者著重介紹紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在在VAV空調(diào)控制方方面的應(yīng)用。神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制制器可以最大大限度的克服VAV空調(diào)系統(tǒng)的的缺點：（1）當(dāng)房間低低負(fù)荷，可以以改變送風(fēng)溫溫度，不會造造成送風(fēng)量減減小帶來的新新風(fēng)供應(yīng)不足足的問題；（2）克服了控控制復(fù)雜的問問題，可以完完成包括房間間溫度、送風(fēng)風(fēng)量、新風(fēng)量量和排風(fēng)量的的匹配控制，而而不會產(chǎn)生系系統(tǒng)的不穩(wěn)定定。VAV空調(diào)系統(tǒng)的的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控控制系統(tǒng)的基基本原理如圖圖2所示：圖2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)控制的VAV空調(diào)系統(tǒng)原原理圖訓(xùn)練樣本的輸入入應(yīng)為系統(tǒng)在在N-1時刻的控制制器歷史參數(shù)數(shù)(再加熱器輸輸出，加濕器器的輸出，送送風(fēng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速速，風(fēng)閥的開開度等)和表征系統(tǒng)統(tǒng)特性的狀態(tài)態(tài)參數(shù)(室內(nèi)溫度，室室內(nèi)相對濕度度，風(fēng)機前后后的壓力差，送送風(fēng)溫度，送送風(fēng)風(fēng)速，回回風(fēng)風(fēng)速，送送風(fēng)含濕量等等)，輸出應(yīng)為為系統(tǒng)在N時刻的狀態(tài)態(tài)參數(shù)來驅(qū)動動控制器。然然后，控制過過程開始，控控制器執(zhí)行命命令并輸出一一個希望的控控制?？刂频牡哪康氖怯米钭钚〉哪芎暮秃鸵宰羁斓乃偎俣冗_(dá)到期望望的室內(nèi)溫度度和濕度等，使使系統(tǒng)的靜、動動特性能夠滿滿足性能要求求。控制器的的目標(biāo)函數(shù)應(yīng)應(yīng)包括三部分分，第一部分分是室內(nèi)空氣氣狀態(tài)參數(shù)，第第二部分是VAV系統(tǒng)參數(shù)，第第三部分是系系統(tǒng)總能耗，具具體參數(shù)的選選取要根據(jù)用用戶要求、空空調(diào)系統(tǒng)和控控制方案確定定，并且可以以調(diào)節(jié)它們之之間的比例因因子從而將側(cè)側(cè)重點放在其其中的某項上上，其BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖圖如圖3所示：圖3VAV空空調(diào)系統(tǒng)的BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖圖訓(xùn)練的樣本的收收集可以以一一個空調(diào)房間間為調(diào)查對象象，監(jiān)測制冷冷季節(jié)中某一一天內(nèi)不同時時間的輸入?yún)?shù)和輸出參參數(shù)，和從當(dāng)當(dāng)?shù)亟ㄖO(shè)計計院獲得的氣氣象參數(shù)。值值得重視的是是人工神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練是是控制是否理理想的關(guān)鍵所所在，如果訓(xùn)訓(xùn)練不足就會會導(dǎo)致ANN無法識別對對象，可以考考慮ANN同PID控制相結(jié)合合來彌補訓(xùn)練練不足的缺點點。3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)在暖通空調(diào)調(diào)領(lǐng)域中的發(fā)發(fā)展前景空調(diào)控制的參數(shù)數(shù)多，控制復(fù)復(fù)雜、建立模模型難的特點點，以及現(xiàn)在在人們對空氣氣質(zhì)量的提出出越來越高要要求，和暖通通行業(yè)“以人為本”的設(shè)計理念念，流行的PID控制方式已已經(jīng)不再滿足足空調(diào)系統(tǒng)的的控制要求了了，人工神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方方式越來越廣廣泛的被暖通通行業(yè)所重視視，用神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)研究空調(diào)調(diào)制冷系統(tǒng)能能夠“化繁為簡”，更能使以以人體熱舒適適為目標(biāo)的控控制器成為可可能，是一種種簡單可靠和和人性化的控控制方式。隨隨著科學(xué)技術(shù)術(shù)水平的進(jìn)步步和微電子制制作技術(shù)的提提高，神經(jīng)元元芯片將會廣廣泛的應(yīng)用于于各個領(lǐng)域的的控制，人工工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的的硬件實現(xiàn)和和計算機支持持技術(shù)也是值值得研究課題題。參考文獻(xiàn)：1、王旭，王宏宏，王文輝.人工神經(jīng)元元網(wǎng)絡(luò)原理與與應(yīng)用.東北大學(xué)出出版社，沈陽陽200002、陸亞俊，馬馬最良，鄒平平華.暖通空調(diào).中國建筑工工業(yè)出版社，北北京200223、戴葵.神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)技技術(shù).國防科技大