【正文】 （ 3）讓系統(tǒng)運行幾個周期，從第二個周期開始采集數(shù)據(jù)。 共 59 頁 第 頁 31 參 數(shù)確 定 （ 1） M 序列參數(shù)確定： M 序列的參數(shù) Δ t、 N、 α 的選擇原則 Δ t 的選擇是通過在系統(tǒng)加不同頻率的矩形波信號，直到輸入信號頻率高于一定值后，系統(tǒng)輸出波動幅值小于輸入信號幅值 5%時，這個頻率就是系統(tǒng)的截止頻率 fm。 ()r r rxt ? ? ?? ? ? ? （ 311） 可以近似認(rèn)為零，因此： ( ) ( )et xt? （ 312） 將式（ 210） （ 212）代入（ 29）得： 01( ) ( ) ( )tpIu t k x t x t d tT????? ? ? ?????? （ 313） 式中： Ti—— 積分時間 (s)； kp—— 比例系數(shù) (kJ/min. ℃ 2)； τ —— 遲延 (s)。 ( ) (soddM C M Cdt dtpc fs kA??? ? ? ??? ? ? ? （ 31） 式中： M1C1—— 空調(diào)室內(nèi)空氣的容量系數(shù) (kJ/℃ )； M2C2—— 空調(diào)室內(nèi)表面一層材料的容量系數(shù) (kJ/℃ )； θ１、θ２ —— 分別為室內(nèi)空氣及圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度 (℃ )； ρ c′ —— 送風(fēng)密度與比熱之乘積［ kJ/(m3℃ )］； fs—— 送風(fēng)流量 (m3/s)； θ 0—— 室外空氣溫度 (℃ )； θ s—— 送風(fēng)溫度 (℃ )； t—— 時間變量 (s)； k—— 圍護結(jié)構(gòu)總傳熱系數(shù)［ kw/(m2也即輸出之間的誤差 e(t)越小越好。 階躍響應(yīng)曲線的測定： 階躍響應(yīng)曲線能形象、直觀、完全描述被控過程的動態(tài)特性，實驗測試方法簡單，為了得到可靠的測試結(jié)果，實驗時必須注意： ① 合理選擇階躍信號值，既不能過大，以免影響正常生產(chǎn)的進行，也不能過小防 止被控過程的不真實性。理論建模僅適用于簡單的系統(tǒng)，該方法的優(yōu)點在于充分揭示對象的內(nèi)在規(guī)律，但對比較復(fù)雜的系統(tǒng)推導(dǎo)出的數(shù)學(xué)模型，由于太復(fù)雜而不便于對系統(tǒng)動態(tài)特性的分析和控制器的設(shè)計，或者不可能推導(dǎo)出系統(tǒng)完整的數(shù)學(xué)模型，為此，理論建模必須和實驗測試法結(jié)合起來使用。理論分析也表明增加模型參數(shù)個數(shù)不一定有利于減少損失函數(shù)值。在單入單出系統(tǒng)中，模型結(jié)構(gòu)就是指模型階次和時延的，因為階次與線性差分方程的確切結(jié)構(gòu)直接有關(guān)。實際系統(tǒng)變量的未來值都是測量不到的，例如未來的天 氣、電力負荷、人口及產(chǎn)品銷售量等。 (1)用于 分析、設(shè)計和控制實際系統(tǒng)。 （ 2）對于系統(tǒng)總線的規(guī)劃，在考慮以上因素的同時，還應(yīng)該注意總線的施工和維護的難以程度。 圖 新風(fēng)量控制回路框圖 用二氧化碳傳感器測量回風(fēng)管中的二氧化碳濃度并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號 ,送入調(diào)節(jié)器來控制新風(fēng)閥的開度 ,以控制新風(fēng)的風(fēng)量，保持有足夠的新風(fēng)。此法原 理簡單，但在實際使用中 ② 二氧化碳濃度控制法：它是利用二氧化碳變送器測量回風(fēng)管中的二氧化碳濃度并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號，送入調(diào)節(jié)器以控制新風(fēng)閥的開度，而保證足夠的新風(fēng)量。 另外還有壓差控制、風(fēng)機控制這兩中控制方式。 ② 提高靜壓設(shè)定點直至所有的 VAV 箱均在控制范圍之內(nèi)；調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度小于 100%。 （ 2） 壓力（靜壓 ）控制回路 壓力控制回路的意義在于保持風(fēng)管中最佳的靜壓。調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生相應(yīng)的矯正動作，以促使溫度返回到其設(shè)定值上。當(dāng)房間溫度高于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)過程相反。 （ 2）基于 DDC 控制和網(wǎng)絡(luò)通訊的 DCS 控制系統(tǒng)，把控制任務(wù)分散，降低了集中控制中控制器的負擔(dān)，便于整個系統(tǒng)優(yōu)化和高級控制策略的實現(xiàn)。目前大都采用的是單風(fēng)道型，其無再熱型和帶熱水再熱盤管型兩種最為普遍。 （ 1） VAV BOX 控制 VAV BOX 控制由熱區(qū)控制，風(fēng)機特性，輔助供熱，需求外送等部分組成，主要控制模塊包括：熱區(qū)溫度傳感器，熱區(qū)溫度設(shè)定，熱區(qū)控制器， VAV 流量控制 共 59 頁 第 頁 11 等。 （ 4）新風(fēng)量的控制：通過新風(fēng)量的控制使房間的空氣的質(zhì)量符合要求。 （ 2）系統(tǒng)的靜壓控制：這是變風(fēng)量系統(tǒng)十分重要的環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)采用的是定靜 壓控制方式。如果擺脫壓力控制，而又能很好地實現(xiàn)對風(fēng)機的變頻調(diào)節(jié)，則可克服振蕩現(xiàn)象。并保持系統(tǒng)內(nèi)各房間的溫、濕度等參數(shù)在要求的范圍內(nèi)；系統(tǒng)運行經(jīng)濟控制調(diào)節(jié)的環(huán)節(jié)少，調(diào)節(jié)方法簡單。 TRAV（ Terminal Regulated Air Volume，末端調(diào)節(jié)的變風(fēng)量系統(tǒng)）和 VAV 一樣，也是一種變風(fēng)量系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)量來創(chuàng)造舒適環(huán)境。而且對運營 者而言，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，極難控制，個別工程節(jié)能效果不明顯。 因此變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)主要適用于負荷變化較大的建筑 。目前壓力無關(guān)型的末端裝置已普遍使用。對于任一給定的設(shè)定，不管進風(fēng)口中靜壓是否改變， DDC 控制器將保持恒定的空氣流量。這類裝置沒有為補償管道中的靜壓變化而設(shè)置的控制措施，因此，它輸送的空氣量會直接受到其上游風(fēng)管內(nèi)靜壓變化的影響，出現(xiàn)送風(fēng)量所謂“超調(diào)”或“欠調(diào)”，引起較大的溫度波動?？諝馓幚碓O(shè)備由普通的新風(fēng)隔柵、新風(fēng)閥、回風(fēng)閥、送風(fēng)閥、預(yù)熱器 (如果需要的話 )、表冷器和送風(fēng)機組成。 智能控制理論是針對被控對象及其環(huán)境和任務(wù)的不確定性提出來的，在 VAV 空調(diào)系統(tǒng)的控制領(lǐng)域應(yīng)當(dāng)具有廣闊的前景。例如，夏季當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定值時就提高送風(fēng)量，反之減小送風(fēng)量；冬季當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)定值時就減小送風(fēng)量，反之提高送風(fēng)量。因此，在滿足人們需要的同時，必須利用 現(xiàn)代 先進的自動控制系統(tǒng)大力開發(fā)節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng) 。 智能建筑是社會生產(chǎn)力發(fā)展、技術(shù)進步和社會需求相結(jié)合的產(chǎn)物 。智能建筑通常包含三大基本要素，即樓宇 自動化系統(tǒng)（ BAS）、辦公 、 通信三者的有機結(jié)合，使建筑物能夠提供一個合理、高效、舒適、安全、方便的生活和工作環(huán)境。 共 59 頁 第 頁 i VAV 空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)的建模與控制 摘 要 暖通空調(diào) HVAC（ Heating Ventilation and Air Conditionin）自控系統(tǒng)是樓宇自動化中最重要的系統(tǒng)。其中，樓 宇自動化控制系統(tǒng)是智能建筑的一個重要組成部分。 隨著計算機、控制、通信技術(shù)的不斷發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)的突破 ,必將進一步促進智能大廈的發(fā)展。 因此 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運而生。這種空調(diào)方式可以顯著的降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗和改善空調(diào)系統(tǒng)的性能，提高空調(diào)系統(tǒng)的舒適度 ，給人們一個良好的生活環(huán)境。目前，智能控制理論主要有三大方向，即，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，模糊控制和專家系統(tǒng)。大型空氣處理裝置還包括送風(fēng)機相匹配的回風(fēng)機。壓力無關(guān)是指閥門的執(zhí)行機構(gòu)由風(fēng)量控制器來控制，而風(fēng)量控制器由房間溫度控制器來設(shè)定，不受壓力的影響，消除了送風(fēng)量的“超調(diào)”或“欠調(diào)”現(xiàn)象，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，溫度波動很小。這種模式被稱為“與壓力無關(guān)”。 （ 4）必要的自控裝置 除以上各裝置外，還需一些自動控制裝置，使各部分實現(xiàn)聯(lián)鎖和自動控制運行。但是，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)在使用中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。屬于國內(nèi)工程界目前面臨的主要問題。但 TRAV 不采用 VAV 中的靜壓調(diào)節(jié)，而由末端裝置直接控制送風(fēng)機。環(huán)節(jié)少，對于自動控制系統(tǒng)可以少用自動控制、調(diào)節(jié)的儀表；減少投資和便于維修；對于手動調(diào)節(jié)則易于掌握，便于調(diào)節(jié)。因此，便提出了基于總風(fēng)量的控制方式。 各種方式由 DDC 控制 方 法 配合： 在變風(fēng)量系統(tǒng)中用 DDC 控制器對各末端裝置的風(fēng)量款待疊加計算，以此來調(diào)節(jié)風(fēng)機的變頻裝置保證系統(tǒng)所需的必要風(fēng)量。實現(xiàn)這一控制，才能使系統(tǒng)保持一個穩(wěn)定的運行壓力，從而保證整個系統(tǒng)的運行可靠。這里要求采用二氧化碳濃度監(jiān)控法。 （ 2）組合式空調(diào)機組 （ AHU）運行 控制。室內(nèi)溫度控制器直接控制變風(fēng)量箱上的電動風(fēng)閥的開度。 圖 為單風(fēng)道變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)方框圖 。可見，各房間的風(fēng)量調(diào)節(jié)和系統(tǒng)總風(fēng)量調(diào)節(jié)是變風(fēng)量（ VAV）空調(diào)系統(tǒng)的控制關(guān)鍵，其他回路調(diào)節(jié)必須緊密配合才能使變風(fēng)量（ VAV）空調(diào)系統(tǒng)正常工作。在此期 間，壓力的擾動已經(jīng)作用于過程并使被調(diào)量受到干擾。主要有以下兩個方面： —— 控制回路測定靜壓并將之與設(shè)定點相比較 —— 控制器將輸出信號發(fā)送給變頻器，影響風(fēng)機速度及風(fēng)管中的靜壓 （ 3） 正確選擇靜壓設(shè)定點 系統(tǒng)的最 佳設(shè)定點不能預(yù)先計算出，它必須在現(xiàn)場進行判斷。重設(shè)靜壓之節(jié)能策略： ③ 每五分鐘，核對所有 VAV 箱調(diào)節(jié)風(fēng)閥的位置 ④ 如果絕大多數(shù)調(diào)節(jié)風(fēng)閥的開度大于 90%，靜壓設(shè)定點就需增加 50 個 PA。 壓差控制：是通過改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，控制風(fēng)機進出口的壓差。但從長遠看二氧化碳濃度并不是確定新風(fēng)量的唯一依據(jù)。當(dāng)二氧化碳濃度高于整定值時 ,即新風(fēng)量不足 ,要增大新風(fēng)閥的開度來增加新風(fēng)量。 （ 3）還應(yīng)注意變風(fēng)量末端裝置的溫度傳感器的合理配置。一般工程上在分析和設(shè)計一個系統(tǒng)時，先要進行計算機仿真實驗和物理仿真實驗。 (3)用于實際系統(tǒng)的故障診斷。在多輸入多輸出系統(tǒng)中，模型結(jié)構(gòu)還包括它的各種結(jié)構(gòu)參數(shù)（如狀態(tài)模型的結(jié)構(gòu)不變量）。 第三步：參數(shù)估計。 辨識方法有經(jīng)典的辨識方法和現(xiàn)代的辨識方法。一般取階躍信號值為正常輸入信號的 5~15%左右，以不影響正常生產(chǎn)為準(zhǔn)。 LS 估計原理（最小二乘法） 單輸入－單輸出系統(tǒng)（ Single InputSingle Output System, SISO 系統(tǒng)）對 一 個單 輸 入－ 單 輸出 線性 定 常系 統(tǒng) 可用 隨機 差 分方 程 來描 述 ，1 1 2( ) ( 1 ) ( ) ( 1 ) ( 2 ) ( ) ( )nny k a y k a y k n b u k b u k b k n e k? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（ 41）式中 : {u(k)}為實際測量的輸入序列； 共 59 頁 第 頁 26 {y(k)}為實際測量的輸出序列； 11, , , ,nna a b b為未知參數(shù)； {e(k)}為零均值同分布的不相關(guān)的隨機變量序列（或殘差序列）； n為模型的階次。 ℃ )］； A—— 圍護結(jié)構(gòu)總傳熱面積 ((m2)。 實驗數(shù)據(jù)建模 數(shù)據(jù)采集 為了進行參數(shù)估計，首先要獲得系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)，對于用計算機獲得數(shù)據(jù)的系統(tǒng)采集由系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)這一過程是必不可少的。從而確定 Δ t 為 1s。存儲 M 序列、變頻器控制信號和風(fēng)機靜壓輸出數(shù)據(jù)。 采集數(shù)據(jù) (1）啟動系統(tǒng)，讓風(fēng)機穩(wěn)定運行在 60 左右； （ 2）穩(wěn)定的系統(tǒng)上給系統(tǒng)加一幅值 а 為 12，時鐘周期 Δ t 為 1s，周期 N為 15 的 M 序列。本文主要用最小二乘法處理數(shù)據(jù)，用系統(tǒng)實驗的階躍響應(yīng)和 M 序列信號進行仿真曲線擬合，其中數(shù)據(jù)是由系統(tǒng)加入階躍信號和 M序列信號產(chǎn)生的，因 此在采集數(shù)據(jù)前首先要確定輸入信號的參數(shù)。 PI調(diào)節(jié)不考慮遲延的動態(tài)特性表達式： 0( ) ( ) ( )( ) ( )tpiotippu t k e t k e t dtkk e t e t dtk???????????? （ 38） 如果考慮延遲 ? ，則動態(tài)特性表達式為： 0( ) ( ) ( )tippku t k e t e t d tk????? ? ? ?????? （ 39） 而 ( ) ( ) ( )re t x t x t?? （ 310） 共 59 頁 第 頁 30 式中： ()rxt設(shè)定點的值： ()xt 被控參數(shù)的測量值。 共 59 頁 第 頁 28 對于被調(diào)房間，由熱平衡得： 121 1 2 239。 開始時，先從階躍響應(yīng)曲線的形狀上分析，然后在傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)中試選一種，再進行參數(shù)估計，并用試探法反復(fù)進行，直到確定的傳遞函數(shù)所對應(yīng)的輸出曲線和系統(tǒng)的實驗輸出曲線擬和好為止。 （ 1）測定階躍響應(yīng)曲線的原理：