（控制理论与控制工程专业论文）基于模糊控制的中央空调监控系统.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 空调越来越多地被使用到人们的工作、生活当中。空调运行过程中，不可避 免的会出现各种故障。随着空调设备的自动化、复杂程度的提高，设备一旦发生 故障，通常需要异地厂家的技术人员及相关专家亲临现场进行检测及维修，这大 大增加各方面的经济负担，同时也不能使故障得到及时的排除。 同时，由于中央空调系统十分庞大，反应速度较慢、滞后现象较为严重，给 机组运行的稳定性增加了很多困难。而现阶段中央空调监控系统几乎仍采用传统 的控制技术，对于工况及环境变化的适应性差，控制惯性较大，节能效果不理想。 因此将模糊控制技术应用于中央空调监控系统，对于提高中央空调系统运行的稳 定性、可靠性、节能以及推动智能控制技术的应用发展等方面都具有重要的理论 价值和实际工程应用价值。 随着i n t e r a c t 技术的蓬勃发展，为我们解决上述问题提供了新手段。空调系 统的远程监控与故障诊断是集计算机科学、通信技术与故障诊断技术相结合的一 种设备诊断方式。该系统实现了“移动的是数据而不是人”。本文在分析了中央 空调系统的各部分的功能和特点的基础上，对其监控和故障诊断进行了研究。 在监控系统中，采用客户服务器监测系统，利用v c 编程实现。客户机运 行用户请求服务程序，并将这些请求传送给服务器，由服务器负责管理数据资源， 并将采集到的数据、图象等信息发送给客户，由客户进行数据库处理。另外，针 对温度控制的特点，本文采用了模糊控制与p i d 控制混合的设计结构。 在故障诊断里，在分析了现有的多种故障诊断方法的基础上，选用神经网络 作为故障检测与诊断方法。在各神经网络模型中，根据其运算速度快、泛化能力 强的特点，我们选用c m a c 模型。在中央空调系统的各组成部分中，选用主要 的空气处理单元作为故障诊断对象，首先介绍空气处理单元可能的7 种故障，然 后利用m a t l a b 进行仿真分析。 总之，本文初步实现了中央空调控制系统的远程控制，网络信息实现了安全 传输；对中央空调系统的温度通过控制算法实现了实时性、快速性；对中央空调 系统的空气处理单元的7 种故障成功地进行了故障诊断仿真实验。 关键词远程监控：故障诊断：模糊控制；p i d 控制；c m a c 网络 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t f a u l ti su n a v o i d a b l et oa p p e a ri na i rc o n d i t i o n e ro p e r a t i o n w i t ht h ea u t o m a t i o n a n dc o m p l e x i t yo ft h ea i rc o n d i t i o n e r , o n c ef a u l ta p p e a r s ，i tu s u a l l yn e e d st e c h n i c a l s t a f fa n dr e l e v a n te x p e r t si nd i f f e r e n tp l a c e st om o n i t o ra n dd i a g n o s ei ns c e n e i ti s i n e v i t a b l et oi n c r e a s ef i n a n c i a la n dp e r s o n a lb u r d e n a tt h es a m et i m ef a u l tc a n tb e g o t r i d o f i n t i m e a tt h es a m et i m e ，b e c a u s et h ec e n t r a la i rc o n d i t i o ns y s t e mi sav e r yh u g es y s t e m ， t h er e s p o n ds p e e di sm o r es l o w e r , t h ef a l lb e h i n dp h e n o m e n o ni sm o r es e r i o u s ，al o to f d i f f i c u l t yi n c r e a s e do f t h es t a b i l i t yo f m a c h i n e s e tc i r c u l a t i o n t h ec u r r e n tc e n t r a la i r c o n d i t i o ni n s p e c ta n dc o n t r o ls y s t e mi ss t i l la d o p t e dt h et r a d i t i o n a lc o n t r o lt e c h n i q u e a l m o s t , t h ea d a p t a b i l i t yb e t w e e nw o r ka n de n v i r o n m e n tv a r i e t yf u rt r a d i t i o n a lc o n t r o l t e c h n i q u ei sb a d ，c o n t r o l l i n gi n e r t i ai sb i g g e r , t h er e s u l to f e c o n o m ye n e r g yi si g n o r e d t ot h i n k t h e r e f o r e ，i f t h ei n t e l l i g e n c ec o n t r o lt e c h n i q u ec a nb ea p p l l i e di n t oi n s p e c t a n dc o n t r o ls y s t e mo f t h ec e n t r a la i rc o n d i t i o n , i th a sai m p o r t a n tt h e o r i e sv a l u ea n d a c t u a lm e a n i n gv e r ym u c hf u ri n c r e a s i n gt h es t a b i l i t ya n dd e p e n d a b i l i t yo f m a c h i n e s c i r c u l a t i n g ，e c o n o m ye n e r g ya n dp u s ht h ea p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n to f c o n t r o l i n t e l l i g e n c et e c h n i c a l w i t ht h ef l o u r i s h i n gd e v e l o p m e n to fi n t e m e tt e c h n o l o g y , i to f f e r st ou st h en e w m e a n sf u rt h ef a c tt h a tw es o l v ea b o v e m e n t i o n e dp r o b l e m s f d d f a u l td e t e c t i o na n d d i a g n o s i si nl o n g r a n g em o n i t o r i n go fa i rc o n d i t i o n i n gu s es o m ek n o w l e d g eo n c o m p u t e rs c i e n c e ，c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n df d d i tr e a l i z e st om o v ed a t a i n s t e a do f p e o p l e t h i st e x tn a r r a t e st h ef u n c t i o no fe v e r yp a r to ft h ec e n t r a la i rc o n d i t i o n e rs y s t e m a n df o u n d a t i o no ft h ec h a r a c t e r i s t i cf i r s t , t h e nm a k es o m er e s e a r c ho nf d da n d l o n g r a n g ec o n t r o lb a s eo n i nt h ei n s p e c ta n dc o n t r o ls y s t e m ，t h ep a p e ru s ec l i e n t s e w e rm o n i t o r i n gs y s t e m ， a n dm a k eu s eo f v cp r o g r a m m i n gt or e a l i z e t h ec l i e n ta s k sf u rt h es e r v i c et oc o n v e y s u c hi n f o r m a t i o na st h ed a t a , v i s i o ng a t h e r e d t h ec l i e n td e a l sw i t ht h ei n f o r m a t i o n i n a d d i t i o n ，a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co ft e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e m ，t h ep a p e r 山东大学硕士学位论文 u s e st h ef u z z yc o n t r o la n dp i dc o n t r o la r i t h m e t i co l lt h ed e s i g no f s y s t e m i nf a u l td e t e c t i o na n dd i a g n o s i ss y s t e m ，t h ep a p e ru s e st h en e u r a ln e t w o r ko n t h eb a s i so ft h ev a r i o u so fm e t h o di nf d d a m o n ge v e r yn e u r a ln e t w o r km o d e l ，w e s e l e c tc m a cm o d e la c c o r d i n gt oi t sb e t t e r v e l o c i t ya n dc a p a b i l i t y i ne v e r y c o m p o n e n to f t h ec e n t r a la i rc o n d i t i o n e rs y s t e m ，w es e l e c tt h em a i na i rt r e a t m e n tu n i t w ei n t r o d u c e7p o s s i b l ef a u l to fa i rt r e a t m e n tu n i tb r i e f l ya tf i r s t ，t h e nc a r r yo n e m u l a t i o nt h r o u g hm a t l a b f i n a l l y , t h ep a p e rh a sr e a l i z e dl o n g - r a n g ec o n t r o ls y s t e mo fc e n t r a la i r c o n d i t i o n e ra n dc o n u n u n i c a t i o n ss a f e t y , c o n t r o lt e m p e r a t u r et i m e l ya n df l e e t l y , a n d d e a lw i t h7k i n d so ff a u l to f t h eu n i tt ot h ea i rs u c c e s s f u l l y k e yw o r d ：l o n gr a n g ec o n t r o ld i a g n o s e ：f u z z yc o n t r o l ；p i dc o n t r o l ； c m a cn e t w o r k 原创性声明 本人郑重声明：所里交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：二三茎毒二一日期：刈 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：导师签名：继日 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究的背景、目的和意义 计算机监控系统是以监测控制计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被 监测控制的对象( 生产过程) 共同构成的整体。在该系统中，计算机实现了生产过程 的检测、监督和控制功能。传统意义上对系统进行监控一般建立在近距离条件下， 即近程监控，这种监控方式主要是通过液晶显示来得知系统各种参数的情况，然 后采用数据线通过r s 2 3 2 或r s 4 8 5 进行近程通信，利用手动方式来控制系统的各 种状态及参数，包括修改参数和查看参数。这种方式要求各个维护点都要配备一 定的维护人员，实行轮班制。该维护管理体制下维护人员劳动强度大，管理水平 不高，而且需要大量的维护人员，花费大量的入力、物力和财力，已经越来越不 能适应现代化经济的发展。随着i n t e m e t 网的不断普及，人们不再满足这种意义上 的监控，而是要求能在世界的各个角落都能了解到系统的运行情况，并且当发现 问题时能及时地得以解决，以提高解决问题的效率。 在计算机技术、电子技术和通信技术迅猛发展的过程中，监控系统的技术水 平也从初期的模拟信息传输与控制飞速发展到了数字化、网络化信息传输与控制。 远程监控就是建立在现代的计算机技术、通信技术、控制技术以及图形技术上的 一个新的应用。远程监控的监视点与控制中心分别位于两地，打破了地域的界限， 需要通过网络来连接传递信息。它采用多元的信息传输、监控、管理和一体化的 集成技术，实现了信息、资源和任务的共享，达到了监控的实时、快速和有效， 并能够跟其它的计算机网络系统互连，向人们提供了一个更高效、更全面、更安 全、更快捷的服务模式，改变了传统的监控模式。随着网络技术的不断发展，远 程监控将更多地应用在工农业生产过程的管理中，专业技术人员可以通过互联网 来管理和维护生产过程，优化生产工艺，提高设备的利用率，最终降低生产成本， 提高效益。 随着智能建筑的兴起，在建筑中大量采用了空调系统及相关设备，规模日益 庞大、设备t ：t 趋复杂。在设备管理和维修方面的花费也较大。当某个设备出现故 障时，维护人员可能要跑遍整个建筑去排除故障，即使找到了故障所在的设备室， 设备安放在一狭小的空间里，维护人员要迅速确定故障所在并加以排除也不是一 件轻松的事。另外，如果厂家在异地，设备一旦发生故障，通常需要异地厂家的 山东大学硕士学位论文 技术人员及相关专家亲临现场进行检测和维修，这大大增加各方面的经济负担和 人员负担，同时也不能使故障得到及时的排除“1 。因此，空调设备的远程监测与诊 断就被提到日程上来。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 远程监控与故障诊断技术是国内外研究的前沿课题，故障检测与诊断在国内 外引起了越来越多的关注，在许多领域得到了成功的应用。在中央空调系统领域， 国外正在进行故障实时诊断方法研究及工程应用尝试。“。 许多大公司在其产品中加入t i n t e m e t 的功能，如b e n t l y 公司的计算机在线 设备运行监测系统d a t am a n a g e r2 0 0 0 可以通过网络动态数据交换( n e td d e ) 的方 式向远程终端发送设备运行状态信息；著名的n a t i o n a li n s t r u m e n t s 公司也在它的产 品l a b w i n d o w “c v i 以及l a b v i e w 中加入了网络通讯处理模块”3 ，因而可以通过 w w w ，f t p ，e m a i l 方式在网络范围内进行监控数据的传送。法国a l a r m 研究组 对生产过程的智能报警和监控系统进行了长期研究，并在多个项目中进行了应用。 国内对于远程监控技术也开展了积极的研究。西安交大、华中科技大学、哈 尔滨工业大学、南京理工大学等高校己取得了较为先进的研究成果，如西安交通 大学研制的“大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统r m m d ”、华中 科技大学开发的“汽轮机工况监测和诊断系统k b g m d ”、哈尔滨工业大学的“微 计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统m m m d e s ”等。 目前远程监控技术的主流是应用i n t e m e t 技术，在t c p i p 协议和w w w 规范的 支持下，合理组织软件结构，使工作人员通过访问网络服务器来迅速获取自己权 限下的所有信息并及时做出响应。将来，嵌入式系统的发展会越来越迅速，越来 越成熟，这项新技术迟早必搀用于远程监控系统上，是监控系统未来发展方向之 一。嵌入式监控系统可以使信息实现本地化处理，改善服务器性能，可以使每一 个设备具备上网与服务功能，即每一个设备都可以独立进行服务，从而大大提高 监控的质量和范围。 1 3 本文的主要研究内容 本课题研究的对象是基于i n t e m e t 的监控系统，以中央空调系统为例，对其现 场、远程监控以及温度控制、故障分析等方面进行了研究分析，研究内容主要集中 2 山东大学硕士学位论文 在以下三个方面： 1 中央空调的本地监视与控制； 2 中央空调的远程监视与控制； 3 中央空调系统的模糊控制和故障诊断。 现场监控和远程监控两大部分组成了总的中央空调监控系统。其中远程监控 系统决定采用c s ( 即客户服务器) 模式，把原先集中在一起的应用划分为功能不 同的两个部分，分别在不同的计算机端运行，通过它们的分工合作来实现一个完 整的功能，以提高系统的灵活性和可靠性，降低开发和维护的费用。 针对中央空调的主要控制参数一温度，迸行控制的优化设计。通过增加模糊 控制器，确保在实时控制过程中，能把实现模糊控制的过程转化为计算量不大的 查找模糊控制表的过程，以大大减少在线计算量，增加控制的实时性。 针对中央空调系统常见的故障，采用c m a c 神经网络进行诊断。选用中央空 调系统中主要的空气处理单元作为故障诊断对象，分析空气处理单元可能存在的7 种故障，设计c m a c 网络，然后利用m a t l a b 对c m a c 网络故障诊断进行仿真 实验，以验证其故障分类正确性，以及所提方法的正确性。 山东大学硕士学位论文 第二章系统的结构及设计原理 2 1 系统的网络体系结构及协议 在计算机网络中要做到稳定、无差别的交换数据，就必须做好一些舰定，这 些规定包括了所交换数掘的格式以及有关的同步( 即在一定条件下应该发生什么 事情) 问题。这些为进行网络中数据交换而建立的规则、标准或约定被称为网络 协 义。网络协议是计算机网络中不可缺少且非常重要的组成部分，它直接关系到 网络运行的效率。对于一个完整的网络，如果只对应一个网络协议，那么协议将 会非常复杂。所以对于复杂的协议，最好是将其结构分层、功能分散。计算机网 络的各层计算机协议的集合被称为网络的体系结构。 2 ，1 10 s i 网络体系结构及协议 目前，通用的国际标准为o s i r m ( o p e n s y s t e m i n t e r c o n n e c t i o n r e f e r e n c e m o d e l ) 标准，即开放式系统互联参考模型，简称o s i 7 1 。该模型广泛适用于分层的 网络体系结构定义框架。o s i 参考模型将网络功能分为七个层次，每层提供一定的 服务，并提供与相邻层的接i z l ，隐藏其卞各层的细节。只要保证层接1 2 不变，任 何一层实现技术的变更均不影响其余各层。按自上而下顺序，各层及其功能如下： 1 应用层( a p p l i c a t i o nl a y e r ) 应用层包括与专门的用户应用程序的所有细节，实现具体的网络应用。它是 o s i 模型的最高层，负责网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，并为用户提 供各种服务。例如文件传输、远程登陆、电子邮件以及网络管理等。 2 表示层( p r e s e n t a t i o nl a y e r ) 表示层主要用于处理两个通信系统中信息的表示方式，完成数据格式的转换， 并对数据进行加密解密、压缩恢复等操作。它包含网络通信时重复使用的公共 函数，提供与网络相关的文件格式或视频显示等的接口。 3 会话层( s e s s i o nl a y e r ) 会话层为每一个网络会话建立和协调不同主机之间进程与应用程序的联结。 它负责控制每一站究竟什么时阃可以传送和接收数据，为不同的用户提供建立会 话关系，并对会话进行有效管理。 4 山东大学硕士学位论文 4 传输层( t r a n s p o r tl a y e r ) 传输层负责提供两节点之间数据的传输，当两节点已经确定建立联系之后， 传输层则负责监督，以确保数据能够正确无误地传送。传输层的目的是向用户提 供可靠的端到端服务，透明的传送报文。 5 网络层( n e t w o r kl a y e r ) 网络层是网络的传输系统，决定了主机和所有源地址、目的地址之间包交换 点的接口。它的主要功能是通过子网内的寻径、流量、差错、顺序、进出路由等 控制，即负责将数据从物理连接的一端传送到另一端，实现点到点的通信。 6 数据链路层( d a t al i n kl a y e r ) 数据链路层处理二进制流到电气信号( f m 信号或电平信号) 的转换，确保网 络主机间的二进制信息不会发生错误。它负责相邻节点之间链路上的帧传输控制。 7 物理层( p h y s i c a ll a y e r ) 物理层是o s i 模型的最底层，利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接， 主要任务是在通信线路上传输数据比特电信号。 由于结构相对复杂等原因，o s i 体系结构在现实中并不实用，无法实现产品化。 目前k ，市场上使用最广泛的体系结构是i l l t e m e 嘶采用的t c m p 体系结构。 、4 2 1 2t c p i p 体系结构和t c p i p 协议 t c p i p ( t r a n s f e rc o n t r o lp r o m c o 坍n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 传输控制协议网际协议， 实际上是进行网络传输的一组协议( 协议族) 。它是至今为止最广泛使用的网络通 信协议。任何关于i n t e m e t 协议的讨论都必须f l a t c p f i p 开始，它是其他所有协议的 基础，主机之间必须利用t c p i p 互通信息。 1 t c p i p 体系结构 与o s i 体系结构不同，t c p i p 体系结构更侧重于互联设备问的数据传送，而不 是严格的功能层次划分。它在计算枫网络体系结构中占有非常重要的地位，几乎 所有的工作站都配有t c p i p 协议，这就使得t c p i p 成为计算机网络事实上的国际 标准，即工业标准。它的设计基于美国国防部( d e p a r t m e mo f d e f e m e ，d o d ) 的通 信协议模型，由于它更强调功能分布而不是严格的功能层次的划分，因此它比o s i 模型更灵活。t c p i p 参考模型共有四层：应用层、传输层、网际层和网络接口层。 与o s i 参考模型相比。t c p i p 参考模型没有表示层和会话层。网际层相当于o s i 模 山东大学硕士学位论文 型的网络层，网络接口层相当于o s i 模型中的物理层和数据链路层。两者之间的差 别如图2 1 所示。 o s i 模型层次t c p i p 结构层次 图2 1o s i 与t c p i p 体系结构的比较 2 t c p i p 协议 t c w i p 体系结构的每一层分别对应于不同的标准和协议，两个核心的协议分 别是作用在传输层和网际层上的t c p 协议和i p 协议。t c p f l p 的结构和协议对应 关系如图2 2 所示。 t c p 协议又称为传输控制协议，提供面向连接的服务，并且是全双工的，因 而可以提供可靠的、按顺序端对端的数据传输服务。所谓面向连接是指在数据交 换之前必须线建立连接，数据交换结束后，则终止连接。 应用层 传输层 罔际层 阿络接口层 图2 2 体系结构和协议 i p 协议又称为网际协议，它的主要功能为：无链接数据报传送、数据报寻址 和差错处理。它是整个t c p i p 协议的灵魂，其他协议都必须依靠i p 传输数据。无 6 褰鼙麓 山东大学硕士学位论文 论数据的最终目的为何，所有流入流出数据都需要使用i p 。i p 是面向连接的，直 接将数据分组传递给目标，而无事先的握手程序。若要做到零错误的数据传输， 可在其上层协议进行，例如t c p 。 在发送数据时，应用层的数据传输到传输层，再加上t c p 的首部，就构成了 传输层的数据传输单位，称为报文( s e g m e m ) ，它同时也是网际层的i p 数据，再 加上i p 的首部，构成i p 数据报；在接收数据时，i p 数据报去掉其首部上交给传输 层，得到t c p 数据报文，再去掉t c p 数据报的首部，就得到应用层所需要的数据。 2 1 3w i n s o c k 编程技术 晰n d o w ss o c k e t s 简称w i n s o c k ，是一套开放的、支持多种协议的w i n d o w s 下 网络编程接口，是w i n d o w s 网络编程事实上的标准。应用程序通过调用w i n s o c k 的应用程序接口函数实现相互之间的通信，而w i n s o c k 利用下层的网络通信协议 功能和操作系统的调用来实现实际的通信工作嗍。 2 1 3 1 套接字( s o c k e t s ) 套接字是通信的基石，是支持t c p i p 协议的网络通信的基本操作单元。可以 将套接字看作不同主机间的进程进行双向通信的端点。一个套接字是通信的一端， 在这一端上可以找到与其对应的一个名字。一个正在使用的套接字都有它的类型 与其相关的进程。套接字存在于通信域中，通信域是为了处理一般的线程通过套 接字通信而引进的一种抽象概念。套接字通常和同一个域中的套接字交换数据。 w i n s o c k 规范支持单一的通信域，即i n t e m e t 域。套接字可以根据通信性质分类， 这种性质对用户是可见的。应用程序一般仅在同一类的套接字间通信。不过只要 底层的通信协议允许，不同类型的套接字问也可以通信。 套接字有两种不同的类型：漉套接字( s t r e a ms o c k e t ) 和数据报套接字 ( d a t a g r a ms o c k e t ) - 流套接字提供双向的、有序的、无重复并且无记录边界的数掘流服务，它适 用于处理大量数据。网络传输层可以将数据分散或集中到合适尺寸的数据包中。 流套接字是面向连接的，通信双方进行数据交换之前，必须建立一条路径，这样 既确定了它们之间存在路由，又保证了双方都是活动的、可彼此响应的，但在通 信双方之间建立一个通信信道需要很多开支。除此之外，大部分面向连接的协议 7 山东大学硕士学位论文 为保证发送无误，可能会需要执行额外的计算来验证正确性，因此会进一步增加 开支。 数据报套接字支持双向的数据流，但并不保证数据传输的可靠性、有序性和 无重复性。也就是说，一个从数据报套接字接收信息的进程可能发现信息重复， 或者和发出时的顺序不同的情况。此外，数据报套接字的一个重要特点是它保留 了记录边界。数据报套接字是无连接的，它不保证接收端是否在侦听，因此数据 报并不可靠，需要有程序员负责管理数据报的排序和可靠性。不论是流套接字还 是数据报套接字编程，一般都采用客户机服务器方式，它们运作过程基本类似， 但也有所不同。 根据系统的设计要求，本系统中采用流套接字编程模型。 2 1 3 2 流套接字编程模型 流套接字的服务进程和客户进程在通信前必须创建各自的套接字并建立连 接，然后才能对相应的套接字进行“读”、“写”操作，实现数据的传输。具体 编程步骤如下： ( 1 ) 服务进程创建套接字，服务进程总是先于客户进程启动，服务进程首先调 用s o c k e t 函数创建一个流套接字； ( 2 ) 将本地地址绑定到所创建的套接字上以便在网络上标识该套接字； ( 3 ) 将套接字置于监听模式并准备接受连接请求。进入监听模式后，通过调用 a c c e p t i 函数使套接字作好接受客户连接的准备： ( 4 ) 客户进程调用s o c k e t 函数创建一个客户端套接字； ( 5 ) 客户向服务进程发出连接请求； ( 6 ) 当连接请求到来后，被阻塞服务进程的a c c e p t 函数生成一个新的套接字与 客户套接字建立连接，并向客户返回接收信号： ( 7 ) 一旦客户机的套接字收到来自服务器的接收信号，则表示客户机与服务器 己实现连接，则可以进行数据传输了； ( 8 ) 关闭套接字。一旦任务完成，就必须关掉连接以释放套接字占用的所有资 源。 图2 3 列出了流套接字编程的时序图。 8 山东大学硕士学位论文 服务器 图2 3 流套接字编程时序图 2 2 空调系统的组成结构 要讨论空调控制技术，就必须对控制对象即空调系统有全面深入的了解，只 有掌握了其原理、特性、要达到的目的、实现的手段，才能决定采用何种控制策 略。本处就先对空调系统原理及组成作一个简单的介绍。 空调即空气调节，其目的是使市内空气温度、相对湿度、速度、噪声、压力、 洁净度等参数保持在_ 定范围内。根据服务对象不同，可分为工艺性空调( 工业 空调) 及舒适性空调( 民用空调) 中央空调系统主要由以下几部分组成叭”： 1 冷水机组 这是中央空调的“制冷源”、“心脏”，通往各个房间循环水由冷水机组进 行“内部交换”，降温为“冷却水”。 2 冷却水塔 用于为冷水机组提供冷却水。 3 外部热交换系统 由两个循环水系统组成。 ( 1 ) 冷冻水循环系统：由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷水机组流出的冷冻水 由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各个房间内进行热交换，带走房间内热量。使 房问的温度下降。 9 山东大学硕士学位论文 ( 2 ) 冷却水循环系统：由冷却泵及冷却水管道及冷却塔组成。冷水机组进行热 交换，在水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收使冷却， 水温升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热 交换，然后再将降了温的冷却水送回到冷水机组。如此不断循环，带走冷水机组 释放的热量。 4 冷却风机 主要有两种情况： ( 1 ) 室内风机安装于所需要降温的房间内用于将由冷冻水冷却了的空气吹入 房间加速房间内的热交换。 ( 2 ) 冷却塔风机用于降低冷却塔的水温加速将“回水”带回的热量散发到大气 中去。 2 3 控制算法的选择 目前中央空调系统主要采用的控制方式是p i d 控制，即采用测温元件( 温感 器) + p i d 温度调节器十电动二通调节阀的p i d 调节方式。夏季调节制冷器冷水管上 的电动调节阀；冬季调节加热器热水管上的电动调节阀，由调节阀的开度大小实 现冷( 热) 水量的调节，达到温度控制的目的。尽管p i d 调节是当前中央空调系 统采用的主要控制方法，它能满足一般要求不高的场所，但是p i d 调节存在一些 不足，如控制容易产生超调，对于工况及环境变化的适应性差，控制惯性较大， 节能效果也不理想。所以对于环境要求较高的场所或者有特殊要求的环境，p i d 调 节就无法满足要求。 接下来，我们再分析一下中央空调系统的主要控制特点。中央空调系统是一 个干扰大的、高度非线性的不确定系统【1 l 】，这是由于： 1 外界气候和空调区域里的人员活动的变化很大，对系统形成很大的干扰； 2 空气调节过程是高度非线性的，而各执行器的运行特性也是非线性的； 3 各个控制回路之间耦合强烈，完全解祸是不可能的； 4 随着时间的推移，设备汇老化和更换，从而造成系统参数的变化； 5 在许多系统里，系统的数字模型很难建立： 6 温度等模拟量参数变化慢，系统的滞后大。 近年来在家用电器方面普遍应用的模糊控制算法，具有以下特点： 0 山东大学硕士学位论文 1 它不依赖对象的数学模型，当系统相当复杂或系统的结构参数变化太快，太大 时，任何单一的数学模型都不能满足要求时，可以用人的知识经验来设计模糊 控制器门。 2 它是一种非线型控制方法，工作范围宽，适用范围广，适于非线性系统的控制。 3 它具有内在的并行处理机制，表现出极强的鲁棒性，对被控对象的特性不变化 敏感，模糊控制器的设计参数容易选择调整。 4 算法简单，运算量少，容易实现。 5 不需要很多的控制理论知识，容易推广。 由于模糊逻辑本身提供了由专家构造语言信息并将其转化为控制策略的一种 系统的推理方法，因而能解决许多复杂而无法建立精确的数学模型系统的控制问 题，是处理推理系统和控制系统中不精确和不确定性的一种有效方法。 综合考虑以上原因，采用在中央空调原有p i d 控制系统中增加适合实时控制 的模糊控制，构成混合型模糊p i d 控制，即f u z z y - - p i d 混合控制。 2 4 系统的总体结构框架设计 2 ，4 1 系统的结构 、- 系统采用c s ( c l i e n t s e r v e r ，即客户服务器) 结构模式，其基本思想是把原先 集中在一起的应用划分为功能不同的两个部分，分别在不同的计算机端运行，通 过它们的分工合作来实现一个完整的功能。被划分的两个部分，一个称为服务器 软件，用来响应和提供固定的服务；另一个被称为客户机软件，用来向服务器端 提出请求和要求某种服务。 c s 模式的优点主要在于系统的客户端应用程序和服务器部件分别运行在不 同的计算机上，系统中每台服务器都可以适合各部件的要求，这对于硬件和软件 的变化显示出极大的适应性和灵活性，而且易于对系统进行扩充和缩小。在双层 c s 模式中，系统中的功能部件充分隔离，客户端应用程序的开发集中于数据的显 示和分析，而服务器端的开发则集中于数据的管理。将大的应用处理任务分布到 许多通用网络所连接的低成本计算机上，从而使开发和维护的费用降到最低。 基于c s 模式的网络监控系统，是在监控系统网络化、集成化的趋势中提出的。 它充分利用现有的网络资源，使用廉价的个人计算机作为控制设备，通过面向对 山东大学硕士学位论文 象、模块化的设计，以较低的成本，达到较高的实用性、可靠性和可扩展性，实 现一个包括远程监控的广义网络监控系统。 2 4 2 系统总体框架 系统主要由以下几个环节组成： ( 1 ) 与现场控制器进行交互的现场监控计算机； ( 2 ) 能够向i n t e m e t 提供信息服务的应用服务器，即控制全部现场监控计算机 的主机； ( 3 ) 客户端计算机及客户软件。 根据上述系统所需环节，我们将基于c s 的监控系统划分为三大模块，亦即 以下三个子系统： ( 1 ) 现场监测与控制子系统( 简称现场子系统) ； ( 2 ) 远程数据接收与命令发送子系统( 简称远程子系统) ； ( 3 ) 验证登陆子系统。 系统主要功能描述为： 现场子系统一方面负责粟集各个控制节点的运行状况数据，经过汇总、预处 理后存放在现场监控机上；另一方面它通过现场监控机发送控制命令，控制节点 采取相应动作。 远程子系统发出请求信息，并接收现场子系统发出的数据，同时对现场子系 统发出指令，使其产生相应的反映。 验证登陆子系统提供实时、随机的验证码，防止非法用户利用程序进入系统。 2 5 本章小结 本章介绍了网络体系结构的一般模型，了解了t c p i p 体系结构的主要特点， 介绍了t c p i p 协议，提出了流套接字和数据报套接字网络编程的一般方法。 对空调的结构进行了简单介绍，指出了传统p i d 控制方式的不足之处，根据空 调的特点采用模糊控制算法对其控制加以优化，然后介绍了c s 结构的主要特点， 提出了系统的结构及其总体框架，并提出了设计方案。 山东大学硕士学位论文 第三章系统的软件设计 在系统软件设计的过程中贯穿了模块化设计的思想，主要包括验证登陆子系 统，现场监测与控制子系统( 简称现场子系统) ，远程数据接收与命令发送子系统 ( 简称远程子系统) 三个主要模块。 3 1 验证登录子系统 为使系统能够正常、安全的运行，防止非法用户利用程序攻击系统，更好的 为合法用户服务，实施一些必要措施是绝对有必要的，而提供实时、随机的验证 码是一种抑制非法用户攻击的有效手段。验证加密系统已经成为与网络相连接系 统的必须的组成部分【1 2 l 。 m i c r o s o f t 的i n t e m e t 信息服务器i i s ( i n t e r n e ti n f o r m a t i o ns e r v e r ) 是当今 w i n d o w sn t 操作平台上执行效果最佳的w e b 服务器之一。它是捆绑在m i c r o s o f t w i n d o w s n ts e r v e r 软件上，可以充分利用w i n d o w s n t 的特性，如i o 端口支持、 w i n 3 2 函数t r a n s m i t f i l e 、文件句柄缓冲和线程的c p u 调度等。i i s 提供所有传统 的内容传递方式，它对静态网页奋着良好的支持。对于复杂的应用程序，i i s 提供 了功能更强的应用框架：使用i s a p i ( i n t e m e ts e r v e ra p p l i c a t i o np r o g r a m m i n g i n t e r f a c e ) 能够创造出性能极高的应用程序。也就是说，i s a p i 是i i s 的一种极好的 实现方法。 在此系统中，主要可以分为图片验证和m d 5 加密这两个模块，分别实现图片 的验证登陆和用户密码的加密保护。 3 1 1 图片验证的实现 首先用户访问服务器的验证页面，在该页面内容中，包含我们的图片验证码 元素。该图片验证码元素首先向服务器的i m a g e e n t r y a s p 发送图片验证码数据请 求；i m a g e e n t r y a s p 动态生成图片验证代码，保存在服务器端s e s s i o n 变量中，并 且将验证代码以参数的形式传给生成图片的i s a p i ( 文件名为 i m g c o n f i r m c o d e d 1 1 ) 。该i s a p i 程序根据原始图片合成生成图片数据，发送到客户 端。客户端用户填写好表单后，提交给v a l i d a s p 中- 该页面将用户识别的图片验证码和服务器i m a g e e n t r y a s p 生成时保存在 1 3 山东大学硕士学位论文 s e s s i o n 变量中的验证码进行比较，来判断此次表单数据是否有效，并及时改变保 存在s e s s i o n 变量中的图片验证代码，使得验证只有一次有效。 在系统的实现过程中，重点主要放在以下三个方面： ( 1 ) 位图合并的实现 为了将两个位图文件连接成一个位图文件，程序中利用了基本的位图处理函 数。位图文件可看成由四个部分组成：位图文件头( b i t m a p f i l eh e a d e r ) 、位图信 息头( b i t m a p i n f o r m a t i o nh e a d e r ) 、彩色表( c o l o r t a b l e ) 和定义位图的字节行列。 本系统中使用的全是2 5 6 色位图，主要对位图的基本数据进行合并操作：首先计 算新位图的大小，在内存中分配新的空问，用于存储新的合并的位图数据；然后 根据定的逻辑复制原始位图数据来完成位图的合并操作。其中，位图数据的处 理过程和大多数图像处理的算法相似，主要涉及的是位图的平移、缩放等。 ( 2 ) 对i s a p i 扩展的接口编程 程序主要在v i s u a lc + + 6 ，0 开发环境下实现的，i s a p i 的工作就是添加命令解 析映射及相关函数。m f c ( m i c r o s o f tf u n d a m e n t a lc l a s s e s ，微软基础类库) 中定义了 五个相关的类以简化i s a p i 的编程工作，它们分别是c h t t p s e r v e r 、 c h t t p s e r v e r c o n t e x t 、c i - i t t p f i l t e r 、c h t t p f i l t e r c o n t e x t 和c h t m l s t r e a m 。 c h t t r s e r v