1由于中央空调的集中供冷供热和节约耗能等特点，非常适合于现代的工业场所和办公大楼，因而越来越多的中央空调被应用到现代工业和办公大楼之中。同时，中央空调也是现代楼宇系统中的耗能大户，据统计，中央空调约占50％左右，所以中央空调有着非常大的节能空间。一方面，在设计安装中央空调时，均按负荷最大的工况设计，并预留10％～20％余量；另一方面，中央空调系统控制技术也相对落后，比如传统的PID控制或是人工手动控制等等，不能保证系统高效节能地运行，所以导致中央空调系统长期处于低温差、大流量的运行状态，造成运行效率低，能源严重浪费。
2模糊控制与冷却水系统
中央空调冷却水系统主要由水泵电机、冷却塔、输送水管道、电气控制柜、传感器、PLC主控制部分构成。冷却水系统的功能是给冷冻机组的冷凝器提供冷却介质，把冷凝器中的热量带走，通过冷却塔把热量散发到大气当中，为冷冻机组高效率地运行提供了保证。冷却水系统中的介质是水，水的热容量很大，可以很好地在冷凝器中进行热交换，通过水泵电机带来的动力，把水送往冷却塔进行冷却，然后再通过管道循环利用。
随着科学技术的迅猛发展，各个领域对控制系统控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高，所研究的系统日益复杂多变。然而由于一系列原因，诸如被控对象或过程的非线性、时变性、多参数间的强烈耦合、较大的随机干扰、过程机理错综复杂、各种不确定性以及现场测量手段不完善等，难以建立被控对象的精确模型。鉴于人工在实际中的操作给我们的启示，发展出了模糊控制理论。大量的实践证明，模糊控制适合于控制模型不精确、非线性、时滞性、时变性、多参数的控制系统，为研究大量高控制要求、高控制精度的系统提供了一个很好的方法。
中央空调冷却水系统是一个大的温度调节系统，是一个大时滞、多参数、非线性的控制系统，因而非常适合运用模糊控制来进行控制。
3模糊控制器的设计
基本模糊控制器包括输入量的模糊化、模糊控制算法和模糊判决三个部分。从中央空调冷却水的实际出发，中央空调管道中的水温是中央空调的重要参数，对整个系统的性能有着至关重要的作用，而管道的温度分为两部分，一个是经过冷冻机组冷凝器之前的回水温度，一个是经过冷冻机组冷凝器之后的出水温度，通过热量的交换，把热量带到冷却塔散发到大气中，因而有着一定的温差，至于管道的另外一个参数压力，从实际的操作经验告诉我们，一般情况下，在保证有一定台数的水泵工频运行的情况下，即可满足压力的要求，使系统正常运行。考虑中央空调系统的设计运行状况是在温差5℃～7℃，而在实际的运行当中是处于部分运行状态，实际的温差并没有设计中那么大，因而浪费了能源；综合考虑，选择回水温度和温差作为输入，设计模糊控制器，输出变频器的频率的变化量，控制电机转速的增减，从而控制管道输送水量，保持在一定温度下稳定工作，提供稳定舒适的工作环境，最终实现节能的目的。通过系统实际的反馈，组成一个负反馈闭环系统。
2语言变量U赋值表3模糊控制规则表工业控制模糊控制器中，输入量为温差E、回水温度H，输出量变频器频率变化量。考虑系统在实际的运行过程当中，温差一般在－6℃～＋6℃，所以温差和回水温差的基本论域均为［－6，6］，设定它们的模糊集合的论域为邀－6，－5，－4，－3，－1，－0，＋0，1，2，3，4，5，6妖，由ke＝ne＝6得，ke＝1；由khe＝ne＝6得，khe＝1；由于系统的水泵电机要工作在变频和工频两种状态，那么它需要一个标志来转换，因而设定变频器频率的上限频率和下限频率作为转换的标志，考虑保护电机（浅谈电机体系的研制与开发）在低速运行状态下的不利状况，设定下限频率为20Hz，上限频率为50Hz，那么它的变化范围在［0，30］之间，设定频率变化量U的基本论域和模糊集合的论域均为邀－7，－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，1，2，3，4，5，6，7妖，所以ku＝1。即：E＝邀－6，－5，－4，－3，－1，－0，＋0，1，2，3，4，5，6妖HE＝邀－6，－5，－4，－3，－1，－0，＋0，1，2，3，4，5，6妖U＝邀－7，－6，－5，－4，－3，－2，－1，0，1，2，3，4，5，6，7妖为语言变量温差E和回水温差H选取8个语言值：PB、PM、PS、PO、NO、NS、NM、NB，分别表示正大、正中、正小、正零、负零、负小、负中、负大；为语言变量U选取7个语言值：PB、PM、PS、O、NS、NM、NB。
它是一个双输入当输出的模糊控制器，系统的模糊控制框图如图1所示。
依据系统的运行特点和操作者的操作经验，确定出温差、回水温差、U在各自论域上用以描述模糊子集PB，…NB的隶属函数μ（x），并据此建立语言变量的赋值表。其中温差和回水温差去相同的隶属函数，因而赋值表也是相同的，如1、2所示。
鉴于操作者对系统的手动控制策略的总结，结合模糊控制的特点，得出一组模糊控制规则，它是用IF…THEN…的形式表示，将这些规则归纳起来，写成表格的形式。
在实际的控制当中，输入量先进行模糊化，再根据模糊规则进行运算，最后输出，由于规则较多，计算量相当大，因此直接使用模糊规则不利于实时控制。利用模糊控制查询表可以很好解决这个问题。这就需要离线计算在特定输入的情况下，具体的输出是什么。
对于模糊规则IFE＝AandHE＝B，THENU＝C这样的一般规则，设已知输入为x0和y0，模糊化运算采用单点模糊集合，则相应的输入量模糊集合A＇和B＇分别为：根据模糊推理的方法及性质，and用求交法，also用求并法，合成用最大－最小法，模糊蕴含用求交法，可求得输出量的模糊集合4模糊控制器查询表工业控制例如x0＝6，y0＝6，则A＇＝［10…
0］，B＇＝［10…
0］。然后按照所有的模糊控制规则，代入上式计算出在x0＝6，y0＝6情况下的输出量模糊集合，最后用加权平均法进行反模糊清晰化计算，得出最终的控制量u。按照表1～3和计算公式，编写Matlab程序可计算出模糊控制查询表，如表4所示。
为了提高控制精度，弥补控制规则的不完善带来的缺陷，在实际的运行当中，当系统从初始化进入稳定运行状态，系统的温度变化是比较小的，往往是在±1℃内，因为环境外部的变化是缓慢的，只需小范围的调节，因而，在模糊控制环节中，设置当温差在±1℃时，令khe＝ke＝8，避免在稳定区域内的死区太大，提高控制的精度。
4系统运行
上面的模糊控制器是根据实际的工况、针对中央空调的运行特点和控制要求而设计的，通过Matlab仿真，得到很好的控制效果曲线，并应用于广州某药厂的中央空调冷却水系统当中，现已投入运行，效果良好。
中央空调冷却水控制系统是一个闭环的系统，关键控制算法采用模糊控制，以回水温度与出水温度的温差和回水温度温差作为输入，通过模糊控制规则的实时控制，输出控制量控制变频器频率的变化，变频器的控制对象是水泵电机，频率的变化控制着电机转速的变化，从而直接决定着系统管道的输送水量。从系统的能量角度来看，水量的变化决定着系统的耗能，现代的变频器都可以实现无级变频，这样，系统的水量不再是梯级式地变化，而是连续地变化，这样可以有效地提高系统的运行效率，节约能源。水量的变化是在温度变化的基础上变化的，那么需要把实际的温差和回水温度反馈回去，与给定的温差和回水温度相比较，根据实际的变化，迅速做出调整，达到给定的控制值，而系统的参数值是在不断变化的，那么系统也是动态地控制温度，使它处于给定值左右，稳定地运行。
这样就构成一个稳定的闭环控制系统。
在实际的运行工况当中，实际的耗能部件是水泵电机和冷却水塔，通过使用变频器对水泵电机的控制，可以有效地节约能耗，因此电机工作在工频和变频两种状态，通过变频器的上限频率和下限频率的设置，作为这两种状态转换的标志。在整个控制过程当中，模糊控制器充当着一个判决的角色，对于给定的输入，通过模糊控制规则，输出频率变化量，来增加或降低变频器的频率。当温差过大时，模糊控制器输出一个正的变化量，不断增加变频器的频率，当频率达到上限频率时，PLC自动控制切换，把当前电机转换成工频工作状态，并把变频器频率存储单元置零，如这时还不能满足给定的温差，将变频启动下一台电机，循环地工作；当温差过小时，模糊控制器输出一个负的变化量，不断降低变频器的频率，当频率降低到下限频率时，PLC自动控制切换，停止当前电机工作，并把变频器频率存储单元置零，有需要时在停止另一台电机工作后再变频启动，处于变频工作状态。
5结论
模糊控制是自动控制发展过程中的新星，由于控制对象日益复杂、控制精度要求提高，导致很多模型难以用微分方程或其它数学方式表示，模型呈现出高度非线性、多参数、大时滞等特点，而模糊控制的发展适应了现阶段的要求，越来越多的实践证明，模糊控制在很多的工业应用上都取得了成功，同时也更加深化和发展了模糊控制理论。
结合中央空调冷却水系统的运行特点，设计温度模糊控制器，并取得了良好的控制效果，具有一定的参考价值。
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