基于粒子群优化算法的水冷式冷却器的数学建模和优化分数阶PID控制

摘要 水冷式冷却器作为最常用的冷却器类型，是空调系统中的关键组件。本文致力于基于粒子群优化（PSO）算法开发一种智能分数阶比例-积分-微分（PID）控制器，以获取分数阶PID控制器中的优化参数。首先，开发了水冷式冷却器的动态数学模型，该模型涉及水冷式冷却器中最重要组件的动态建模，即冷凝器、压缩机、蒸发器和膨胀阀。该模型采用能量、质量和动量守恒方程以及一些经验方程。同时，开发了一个集成PSO算法的优化变速分数阶PID控制器，以控制水冷式冷却器中压缩机的输入功率。仿真结果表明：（i）模型计算的离开水冷式冷却器的冷却水温度与实际测量值相符合，两者之间的最大相对误差仅为1.6%，从而验证了该动态模型及其求解方案的准确性和有效性；（ii）优化的变速分数阶PID控制器提供了比实际采用的变速控制器更好的（或优化的）房屋温度控制性能，且性能系数（COP）值更高，其中房屋温度的积分绝对误差减少了15%，平均COP值提高了8.7%。