طراحي كنترلرهاي مود لغزشي و LQR روي سيستم تهويه مطبوع

Design of Sliding Mode and LQR Controllers for an HVAC System

در اين مقاله، مدل غير خطي سيستم تهويه مطبوع در مد سرمايشي با استفاده از بالانس معادلات جرم و انرژي استخراج و در فرآيند مد ل سازي، تمامي اجزاي سيستم جداگانه مدل شدند. جهت بررسي اعتبار مدل سازي انجام شده، نتايج به دست آمده از سيستم شبيه سازي شده با اطلاعات سيستم واقعي و همچنين با ساير تحقيقات مشابه مقايسه شده كه نشان از اعتبار مدل سازي انجام گرفته است. همچنين مدل غير خطي سيستم با استفاده از روش خطي ساز ژاكوبين، خطي شده و سپس روي مدل خطي شده كنترلر هاي خطي و كلاسيك (PID) و كنترلر مدرن و بهينه مربعي خطي (LQR) جهت تنظيم دماي آب ورودي به كويل سرمايشي طراحي شده است. در نهايت، كنترلر مود لغزشي (SMC) به عنوان كنترلر غير خطي و مقاوم، روي مدل غير خطي سيستم پياده سازي شده است. از مقايسه نتايج حاصل از سيستم-هاي كنترلي پيشنهاد شده مشخص مي شود كه كنترلر مود لغزشي باعث كاهش زمان رسيدن به نقطه تنظيم، حذف فراجهش و بهبود در كاركرد عملگر هاي سيستم با كاهش مصرف انرژي مي شود.

In this work, nonlinear model of a Heating, Ventilating, and Air Conditioning (HVAC) system in the cooling mode is first derived using energy and mass balance equations. All components of the system are independently modeled in the modeling process. The responses of the open loop system are then obtained and the reliability of modeling is verified by comparing the actual system records with those of the other researchers. The nonlinear model of the system is linearized using the Jacobian matrix method, and a PID-action as well as the Linear Quadratic Regulator (LQR) controller as the linear control systems are developed on the linear model. PID-action is a classic and robust controller and the LQR is a modern and optimal controller system. In the final part, Sliding Mode Controller (SMC) is designed on the nonlinear model as a robust and proper controller system. The comparison between these proposed controller systems confirms the superiority of the SMC controller, which results in a reduction of the settling time, the omission of overshoot, and an improvement in the actuatorʹs performance via the reduction of energy consumption in the system.