【正文】 F ：熱電阻的表面積，m 2 α：熱電阻周圍介質(zhì)對(duì)熱電阻的換熱系數(shù)，KJ/（m 2因此，空調(diào)系統(tǒng)的理論參數(shù)與實(shí)際參數(shù)存在差值。 令 1Td??2Td??代入式(312)~(315)得: (316)11()TdttQCM??冷 總 (317)1212KA? (318)232()Tdtt??? (319)23232QA設(shè) 1(0)Td?2(0)Td? 24由于一次實(shí)驗(yàn)中，外界環(huán)境溫度變化很小，所以 ?！?因此，對(duì)于空氣冷卻過程，依據(jù)傳熱學(xué)原理，可建立如下方程: （312）1d=TtQCM?冷 總 （313）122()KA? （314）232dTt? （315）232()QA??各參數(shù)定義為：T1 、T 2 、T: 冷水定性溫度、被控區(qū)空氣定性溫度、被控區(qū)外界溫度。由此，根據(jù)估算法可得該房間的傳遞函數(shù)為: ()1seGs??? 表冷器的模型 基于傳熱過程機(jī)理建立表冷器模型室溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖如圖 ，其傳熱學(xué)過程可簡述如下:圖 3. 4 室溫自動(dòng)調(diào)節(jié)原理圖 由冷源(冷水機(jī)組)產(chǎn)生的低溫冷凍水，經(jīng)由水泵，送入表面冷卻器。h，式中 a、 b、 h 分別是凈化室的長寬高，單位為 m 。在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，主要考慮被調(diào)量偏離給定值的過渡過程，則用增量的形式表示為: ??11nsftdTTKt?????? （35） 19如果式(34)中的 ft為常量，即 ft= 0f，則有??110nsftdTKt???，上式稱為調(diào)節(jié)通道的微分方程式。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入凈化室的能量減去單位時(shí)間內(nèi)由凈化室流出的能量等于凈化室中能量蓄熱量的變化率。 為了分析方便，我們把圖 ，在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，暫不考慮它的純滯后?？?()nt2t()Nnt調(diào)系統(tǒng)的外擾主要來自室外氣象參數(shù)的影響。由(31 )式可知，當(dāng)室內(nèi)空氣余熱 Q值發(fā)生變化而又需要使室內(nèi)溫度 保持不變時(shí)，可將送風(fēng)量 L固定，而改變送風(fēng)溫度 ，這種空tn st調(diào)系統(tǒng)稱為定風(fēng)量 CAV ( Constant Air Volume)系統(tǒng)。 根據(jù)第一章中所講的幾種建模方法，我們知道被控過程可以通過分析其過程的機(jī)理，根據(jù)物料平衡和能量平衡等關(guān)系，應(yīng)用數(shù)學(xué)描述的方法，建立過程的數(shù)學(xué)模型。現(xiàn)場控制器構(gòu)成系統(tǒng)的第三級(jí)，其主要功能是接收安裝于被控設(shè)備上的各種傳感器、檢測器傳達(dá)的數(shù)據(jù)，按控制器內(nèi)部預(yù)選設(shè)置的參數(shù)和預(yù)選編制的控制程序來進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算(如PID、延時(shí)等)，并對(duì)各被監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行控制，且隨時(shí)根據(jù)操作站由網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)出的各種指令來調(diào)整參數(shù)或啟動(dòng)有關(guān)程序以改變或啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備的監(jiān)控。 3)現(xiàn)場智能節(jié)點(diǎn) 它們是一些帶有 Neuron芯片的、能進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)(開關(guān)量、模擬量)采集和處理的、且具有可靠網(wǎng)絡(luò)通信功能的現(xiàn)場智能裝置。圖 它可將數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)監(jiān)控相結(jié)合。 空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成本論文討論采用 Lonworks現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。 (2)新風(fēng)溫、濕度檢測與顯示。此時(shí)，由于送風(fēng)溫度偏低，為滿足室內(nèi)溫度要求，根據(jù)溫度探測器的信號(hào)，可能要啟動(dòng)蒸汽加熱功能，以補(bǔ)償溫度的偏差。 不定露點(diǎn)的直接控制方法，即用在房間內(nèi)及回風(fēng)管內(nèi)安裝的相對(duì)濕度傳感器，測量和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以達(dá)到空調(diào)房間內(nèi)相對(duì)濕度控制的目的。一般對(duì)動(dòng)態(tài)特性沒有特殊要求的，不考慮采用。下面分別從溫度和相對(duì)濕度兩個(gè)方面介紹空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。如在冬季加熱加濕工況下，表冷器是不工作的。其中，集中式空調(diào)系統(tǒng)的所有空氣處理設(shè)備(包括風(fēng)機(jī)、冷卻器、加熱器、加濕器、過濾器等)都設(shè)在一個(gè)空調(diào)集中的空調(diào)機(jī)房內(nèi)，其特點(diǎn)是，經(jīng)集中設(shè)備處理后的空氣，通過風(fēng)道分送到各空調(diào)房間，因而，系統(tǒng)便于集中管理、維護(hù)。這是空調(diào)系統(tǒng)空氣輸送和分配部分的任務(wù)，它由風(fēng)機(jī)和不同 7型式的管道組成。根據(jù)過濾的效率不同可以分為初效過濾器、中效過濾器和高效過濾器。影響室內(nèi)空氣環(huán)境參數(shù)的變化，主要是由以下兩方面造成的。 第三章——空調(diào)控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的建模。同時(shí)建立了表冷器和其他環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，從而建立了整個(gè)控制回路的數(shù)學(xué)模型，有利于選擇控制通道、確定控制方案、分析質(zhì)量指標(biāo)及調(diào)節(jié)器參數(shù)的最佳整定。綜上可知，智能控制是今后控制界發(fā)展的必然趨勢(shì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制理論的發(fā)展，智能 PID 控制必將在空調(diào)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。同年，香港的 和美國的 Nelso 對(duì)基于規(guī)則的模糊邏輯控制在空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用做了實(shí)驗(yàn)研究，給出了建立和校正模糊控制規(guī)則的策略，并分析了控制器的多階繼電器特性。雖然 PID 控制在空氣調(diào)節(jié)中廣泛使用，但是由于PID 算法只有在系統(tǒng)模型參數(shù)不隨時(shí)間變化的情況下才取得理想效果。 3 空調(diào)控制系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展伴隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，世界上 HVAC供熱通風(fēng)與空調(diào)工程（Heating Ventilation and Air Conditioning）系統(tǒng)的控制從五十年代就開始采用氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)，六十年代改進(jìn)為電動(dòng)單元組合儀表，七十年代采用小型專用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中式控制系統(tǒng)。隨著控制系統(tǒng)的發(fā)展，空調(diào)系統(tǒng)的建模越來越細(xì)化。此外，良好控制器的設(shè)計(jì)和控制參數(shù)的調(diào)節(jié)也有賴于系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。而現(xiàn)場總線就是順應(yīng)這一形勢(shì)發(fā)展起來的新技術(shù)。L：單位時(shí)間送風(fēng)量， ：空氣密度，3/mh?3/Kgmc：空氣定亞比熱，KJ/(Kg文章在介紹了空調(diào)系統(tǒng)的原理之后，通過熱力學(xué)和傳熱學(xué)的知識(shí)，利用機(jī)理法建立被控對(duì)象即空調(diào)房間在定風(fēng)量系統(tǒng)下的數(shù)學(xué)模型，求出了空調(diào)房間的傳遞函數(shù)，并給出了傳遞函數(shù)中各參數(shù)的確定方法。同時(shí)求出了表冷器及空調(diào)系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，從而建立了整個(gè)控制回路的數(shù)學(xué)模型。K) ：室內(nèi)散熱量，KJ/hnqc1：凈化室的熱容（包括室內(nèi)空氣的蓄熱和設(shè)備與圍護(hù)結(jié)構(gòu)表層的蓄熱） ，KJ/(Kg現(xiàn)場總線中的 Lonworks總線技術(shù)為智能控制的實(shí)施提供了廣泛的發(fā)展空間，促使智能控制向著分散化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并且智能控制由于不依賴于系統(tǒng)的精確模型，而且具有超調(diào)小、調(diào)節(jié)迅速、上升時(shí)間短和很好的魯棒性的特點(diǎn)，使得智能 PID控制應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。所以近年來國內(nèi)外的學(xué)者也都熱衷于建立空調(diào)系統(tǒng)的模型。由于國內(nèi)外建筑風(fēng)格、空氣參數(shù)、空氣質(zhì)量及室內(nèi)空氣控制的指標(biāo)要求不同，所以國外對(duì)空調(diào)系統(tǒng)建立的數(shù)學(xué)模型不完全適合我國的空調(diào)系統(tǒng)，但是他們建模的一些方法及思想對(duì)我們研究空調(diào)系統(tǒng)很有價(jià)值。直到 1984 年，美國哈特福德市第一幢采用微型計(jì)算機(jī)集散式控制系統(tǒng)大廈的出現(xiàn)，標(biāo)志著智能建筑時(shí)代的開始。當(dāng)一個(gè)已經(jīng)調(diào)好參數(shù)的 PID 控制器被應(yīng)用于另外一個(gè)具有不同模型參數(shù)的系統(tǒng)時(shí)。1999 年 Kasahara 等設(shè)計(jì)了自適應(yīng) PID 控制器，此控制器可以應(yīng)用于被控模型不太精確的場所。 本論文做的主要工作本論文以空調(diào)系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要做了以下工作：（1）深入學(xué)習(xí)集中式空調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，掌握各種空調(diào)系統(tǒng)原理和空調(diào)的控制要求及性能指標(biāo)，同時(shí)討論了空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)方法。通過對(duì)所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，將調(diào)節(jié)器的參數(shù)特性與被控對(duì)象的參數(shù)特性相匹配，以達(dá)到最佳整定，對(duì)實(shí)際的工程實(shí) 5施奠定了基礎(chǔ)。利用機(jī)理法建立了空調(diào)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型并給出了根據(jù)空調(diào)房間的二維尺寸對(duì)其特性參數(shù)進(jìn)行了估算的方法。一是外部原因，如太陽輻射和外界氣候條件的變化；另一方面是內(nèi)部原因，如室內(nèi)人和設(shè)備產(chǎn)生的熱、濕和其它有害物質(zhì)。 (3)空氣的熱濕處理部分:將空氣加熱、冷卻、加濕和減濕等不同的處理過程組合在一起統(tǒng)稱為空調(diào)系統(tǒng)的熱濕處理部分。(5)冷熱源部分:為了保證空調(diào)系統(tǒng)具有加熱和冷卻能力，必須具備冷源和熱源兩部分。此外還具有節(jié)能、衛(wèi)生、噪音小、使用方便等特點(diǎn)，目前已被廣泛采用。而在夏季減溫減濕工況下，加熱器和加濕器是不工作的。 空氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 1．一般空氣的溫度調(diào)節(jié)有以下幾種方式 (1)夏季制冷 （2)冬季加熱 各種溫度控制方式都有其特點(diǎn)，針對(duì)不同項(xiàng)目實(shí)際情況，要分析后采用合適的溫度控制方案。由于當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)可以提供的蒸汽是一種廉價(jià)、穩(wěn)定的熱源，一般將其作為主調(diào)節(jié)手段。在夏季，由于空氣濕度較大，需要降低濕度。其工作原理如圖 。 (3)送、回風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)(開機(jī)/停機(jī))顯示，及其啟停控制(可通過自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式)、過載故障報(bào)警。Lonworks 現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)是可靠性高、便于容錯(cuò)、全數(shù)字化、通信距離長、多節(jié)點(diǎn)、通信方式靈活、造價(jià)低廉、抗干擾能力強(qiáng)。它主要由 PC機(jī)、現(xiàn)場智能節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)適配器、路由器和通信介質(zhì)等組成，由現(xiàn)場總線擔(dān)任過程現(xiàn)場與安裝在控制室中的 PC機(jī)之間的串行數(shù)字通信鏈路。提供有數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)處理、過程監(jiān)視和過程控制等功能。 15第三章 空調(diào)系統(tǒng)建模 空調(diào)房間建模要研究一個(gè)系統(tǒng)，必須知道這個(gè)系統(tǒng)的模型。這種方法具有較大的普遍性。也可將送風(fēng)溫度 固定，而改變s送風(fēng)最 L，這種空調(diào)系統(tǒng)則稱為變風(fēng)量 VAV(Variable Air Volume)系統(tǒng)。其中主要影響參數(shù)有室外溫度、濕度、太陽直射輻射、風(fēng)速、風(fēng)向。這里我們只考慮外表面換熱系數(shù)。即 =++? ?? ???????????? ?? ?????????????????????? ?? ?凈 化 室 內(nèi) 蓄 每 小 時(shí) 進(jìn) 入 室 每 小 時(shí) 室 內(nèi) 設(shè) 備 照 每 小 時(shí) 從 室 內(nèi) 排 每 小 時(shí) 室 內(nèi) 向熱 量 的 變 化 率 內(nèi) 空 氣 的 熱 量 明 和 人 體 的 散 熱 量 出 的 空 氣 的 熱 量 室 外 的 傳 熱 量由此可得出如下的數(shù)學(xué)表達(dá)式：