相比一次泵定流量空调冷冻水系统（Primary Pump Constant Flow of Air-Conditioning Chilled Water System,ACCWS-PPCF）,一次泵变流量空调冷冻水系统（Primary Pump Variable Flow of Air-Conditioning Chilled Water System,ACCWS-PPVF）由于布局灵活和管理方便,节约空调机组与冷冻水泵的运行电耗等优点,得到了广泛的应用。供回水压差对于ACCWS-PPVF的水力平衡和适应空调用户侧冷负荷的动态变化是至关重要的。然而,目前供回水压差的调节方式较多采用整数阶PID方式,这会导致出现供回水压差的稳态误差、超调量较大和振荡过度等问题。鉴于此,本文的研究目标就是结合ACCWS-PPVF的空调工艺需求、分数阶PID控制技术和先进智能算法,提出供回水压差的分数阶PID控制策略和设计新型控制器参数整定算法,以达到提升调节供回水压差控制效果的目的。同时考虑到空调用户侧冷负荷的大、小需求和保证供回水压差（ΔP）等于其设定值(ΔPset),采取分级控制策略,分别对一次泵和分、集水器之间的旁通执行器进行变频和旁通流量的调节,输出相应的大、小流量冷冻水到空调用户侧的环路中,满足空调冷负荷的动态变化和水力平衡的需要。本文的具体研究内容如下:1.介绍空调冷冻水系统的运行机理、分类以及其相应的分数阶PID控制原理。通过分析ACCWS-PPVF所采用的供回水压差,供回水温差和旁通流量等控制方式的优缺点,提出本文主要研究的供回水压差PIλDμ分级控制方案,使得供回水压差的调节品质得到提升和输出适应空调冷负荷动态变化的冷冻水流量。并且对该供回水压差PIλDμ分级控制系统中的大脑-PIλDμ控制器,应用改进的Oustaloup滤波算法对其进行精准拟合,且通过伯德图的频域特性分析及已有文献中的算例验证,展示PIλDμ控制器相对于整数阶PID控制器具有更好的控制性能。2.基于标准生物地理学优化算法（Standard Biogeography-Based Optimization Algorithm,SBBOA）,通过对SBBOA中的迁移因子（Migration Factor）进行线性递减改变,保持其结构和其它参数不变,构建改进的生物地理学优化算法（Modified Biogeography-Based Optimization Algorithm,MBBOA）的结构模型与运算流程。通过对经典函数的算例验算,结果表明该MBBOA在收敛性与多样性方面均优于SBBOA。为了进一步测试MBBOA的性能,本文基于MBBOA,将绝对误差与时间积分（Integrated Time and Absolute Error,ITAE）的最小值（记作min ITAE）作为其目标函数,通过水箱液位PID调节的数值仿真和实验测试,得出该MBBOA能够用于PID控制器参数的整定,并获取3个参数最优值。3.基于机理分析,对该供回水压差PIλDμ分级控制系统中的各个组成环节,如供回水压差被控对象、供回水压差PIλDμ控制器（Fractional Order PID Controller for Pressure Difference between the Chilled Water Supply and Return Pressures,PDCWSRP-FOPIDC）、变频水泵、供回水压差测量变送器和旁通水流量执行器等输入/输出（Input/Output,I/O）特性进行推导,并建立了相应的传递函数。4.在夏季空调供冷运行工况下,使用MATLAB/Simulink工具对该系统进行组态和数值模拟。同步运行MBBOA对PDCWSRP-FOPIDC的5个参数进行整定,获取相应的参数最佳值和输出供回水压差的动态响应。结果表明,该分级控制系统是可行的,可明显地改善供回水压差的调节质量,如超调量更小、抗干扰更强和响应更快,且能够满足ΔP=ΔPset。此外,对于相同的供回水压差对象,分别使用整数阶PID控制策略、PIλDμ控制策略和基于SBBOA的PIλDμ控制策略进行数值模拟。基于结果比较,本文提出的基于MBBOA的供回水压差PIλDμ控制方式相比另外三种控制策略明显占优。