【正文】 .............................................. 10 空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成 ................................................... 11 第三章 空調(diào)系統(tǒng)建模 ........................................... 15 空調(diào)房間建模 ......................................................... 15 CAV 空調(diào)系統(tǒng)的基本原理 ............................................ 15 CAV 方式下空調(diào)房間的數(shù)學(xué)模型 ...................................... 16 空調(diào)房間特性參數(shù)的估算 ............................................... 19 表冷器的模型 ......................................................... 21 基于傳熱過(guò)程機(jī)理建立表冷器模型 ................................... 21 傳熱過(guò)程參數(shù)分析 ................................................. 24 空調(diào)系統(tǒng)中其它環(huán)節(jié)的特性 ............................................. 24 溫度檢測(cè)環(huán)節(jié)的特性 ............................................... 24 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性 ................................................... 26 V 控制器的特性 ..................................................... 26 第四章 常規(guī) PID 控制及仿真 ..................................... 27 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) ................................................... 27 PID 控制器的基本原理 .................................................. 28 PID 參數(shù)整定 .......................................................... 30 溫度控制系統(tǒng) PID 控制仿真 ............................................. 33 MATLAB 簡(jiǎn)介 ....................................................... 33 單回路 PID 控制仿真 ............................................... 34 PID 控制抗干擾性 仿真 .............................................. 35 小結(jié) ................................................................. 37 第五章 結(jié)論 ................................................... 38 參考文獻(xiàn) ...................................................... 39 致 謝 ......................................................... 40 1 第一 章 緒論 空調(diào)系統(tǒng)研究背景 隨著人們生活水平的不斷提高，智能建筑得到了迅猛發(fā)展，并已成為 21 世紀(jì)建筑業(yè)的發(fā)展主流。 文章介紹了過(guò)程控制系統(tǒng)中常用的 PID 控制，利用仿真軟件 MATLAB 得到了系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。 本課題的任務(wù)是在研究空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)的控制方案，并對(duì)空調(diào)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行仿 真研究。文中特別說(shuō)明所賦符號(hào)意義僅限于說(shuō)明處有效。 同時(shí)，信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成了以網(wǎng)絡(luò)自動(dòng) 化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)。建立一個(gè)滿足需要的系統(tǒng)模型，沒(méi)有普遍的方法可循，因?yàn)椴煌倪^(guò)程或系統(tǒng)都 有各自的特點(diǎn)。 Len R. Glicksman 在 1997 年給出了家用空調(diào)房間的模型，房間送風(fēng)采用典型的側(cè)面送風(fēng)，并且用隨機(jī)信號(hào)模擬房間內(nèi)人員變化情況對(duì)控制系統(tǒng)的干擾，這一點(diǎn)對(duì)我們研究空調(diào)控制系統(tǒng)很有啟發(fā)。 李紹勇 則針對(duì)廣義預(yù)測(cè)控制，推導(dǎo)了空調(diào)房間的 CARIMA 模型（受控的自回歸積分滑動(dòng)平均模型）。實(shí)際上，現(xiàn)在大多數(shù)空調(diào)系統(tǒng)都是采用 PID 控制。香港的 等人于 1994 年開(kāi)發(fā)出空調(diào)機(jī)組的熱舒適性模糊邏輯控制器。但其預(yù)測(cè)結(jié)果精度還不太理想，所以還有待改進(jìn)。 本 課題研究的意義 本論文通過(guò)學(xué)習(xí)熱力學(xué)知識(shí)，利用機(jī)理法建立空調(diào)房間的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)空調(diào)房間的特性參數(shù) 進(jìn)行了估算，有利于空調(diào)系統(tǒng)控制參數(shù)的整定。從空調(diào)的溫、濕度控制兩個(gè)方面分析了集中式空調(diào)的基本原理及控制要求，同時(shí)給出了空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。 空氣調(diào)節(jié) ， 就是把經(jīng)過(guò)一定處理之后的空氣，以一定方式送入室內(nèi)，將室內(nèi)空氣的溫濕度、流動(dòng)速度和潔凈度等控制 在一定范圍內(nèi)。一般空調(diào)系統(tǒng)都裝有預(yù)過(guò)濾器和主過(guò)濾器兩級(jí)過(guò)濾裝置。 (4)空氣輸送和分配部分 :將調(diào)節(jié)好的空氣均勻地輸入和分配到空調(diào)房間內(nèi)，以保證其合適的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)。 空氣調(diào) 節(jié) 的形式很多，按照空氣處理設(shè)備的設(shè)置情況，一般可分為 :集中式空調(diào)系統(tǒng)(又稱(chēng)中央空調(diào) )、半集中式空調(diào)系統(tǒng)和全分散式空調(diào)系統(tǒng)。在不同的工況中， AHU ( Air Handling Unit)的部分部件可能不被使用。 8 中 央空調(diào)系統(tǒng)的控制功能和要求 空調(diào)系統(tǒng)控制的主要對(duì)象是 :空氣溫度及相對(duì)濕度。 9表 空調(diào)加熱方式比較 加熱方式 熱源 特性 經(jīng)濟(jì)性 熱水加熱 由熱泵機(jī)組提供 時(shí)滯長(zhǎng)，反應(yīng)較慢，控制復(fù)雜 價(jià)格中 蒸汽加熱 由當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)提供 熱源溫度、流量 較 穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)特性中 價(jià)格低 電加熱 通過(guò)電熱器提供 控制精度高，控制簡(jiǎn)單 價(jià)格高 從上 表可看出，電加熱具有控制精度高、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但其熱效率低、浪費(fèi)能源、價(jià)格高，作為主調(diào) 節(jié) 不合適，一般用于恒溫室等對(duì)動(dòng)態(tài)特性要求特別高的區(qū)域的輔助調(diào)節(jié)手段。由于定露法不能反映室內(nèi)余濕量或相對(duì)濕度的變化，存在著室內(nèi)濕度的偏差，故此種方法一般用于室內(nèi)余濕量變化幅度較小的場(chǎng)合。而當(dāng)溫度不高，而濕度較大時(shí)，則根據(jù)室內(nèi)濕度探測(cè)器的信號(hào)與設(shè)定值比較，根據(jù)其差值，調(diào) 節(jié) 冷凍水閥門(mén)開(kāi)度，強(qiáng)制啟動(dòng)制冷模式，調(diào)低冷卻器出口的空氣溫度以滿足去濕要求。空調(diào)區(qū)域溫、濕度的自動(dòng)控制?？刂频哪繕?biāo)是將室內(nèi)的溫濕度參數(shù)保持在適宜的水平，并且盡量使系統(tǒng)的能耗最小。 13空調(diào)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 所示。通過(guò) PC機(jī)的人機(jī)界面，完成收集和監(jiān)視各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)的信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算、執(zhí)行控制節(jié)點(diǎn)動(dòng)作等操作。從智能建筑系統(tǒng)集成的角度考慮，管理級(jí)是較為重要的一級(jí)，其主要任務(wù)是將管理部門(mén)的決策引入到監(jiān)控層的控制決策中去，實(shí)現(xiàn)各相關(guān)子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)與信息共享。因此我們主要研究空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模 型 。 這里我們?nèi)?ρ =，取 c= ( p, c 的定義見(jiàn)前面的符號(hào)說(shuō)明 )； nt 、 st 為 室內(nèi)空氣溫度 (或者回風(fēng)溫度 ) 和送風(fēng)溫度，單位為℃。另一類(lèi)為對(duì)象的擾動(dòng)作用， 1()nt 2()nt... ()Nnt，稱(chēng)為“外部擾動(dòng)”?？照{(diào)負(fù)荷 (冷負(fù)荷 )主 要 由各種傳熱、照明、室內(nèi)發(fā)熱設(shè)備、人體等散熱負(fù)荷以及太陽(yáng)輻射等因素 構(gòu)成 。這樣，窗玻璃的外擾得熱計(jì)算主要是太陽(yáng)輻射透射得熱計(jì)算和用于計(jì)算傳熱得熱的室外空氣綜合溫度。調(diào)節(jié)作用至被控參數(shù)的信號(hào)聯(lián)系稱(chēng)為調(diào)節(jié)通 道，干擾作用至被控參數(shù)的信號(hào)聯(lián)系稱(chēng)為干擾通道。 b可知 τ 1=45s ， K1= ， T1=450s ?！?)） 由式 (37 ,(38) , (39) 整理可得 : 1212()11ffA T TQ?? ? ????? （ 311） 令 12111K ?? ? ?? ?? K：傳熱系數(shù)，單位 KJ/(Kg M M2 :冷水質(zhì) 量 、被控區(qū)空氣質(zhì)量 ( Kg)。 C1 ： 表面冷卻器的比熱容 ； KJ/(Kg其冷量通過(guò)表面冷卻器的管簇及其肋片進(jìn)行 量 釋放，使經(jīng)由表面冷卻器的空氣溫度降低，從而達(dá)到降溫目的。 應(yīng)用表 式，只要知道空調(diào)房間的送風(fēng)方式和三維尺寸，就可以很方便地估算出定風(fēng)量方式下空調(diào)房間的特性參數(shù)。 如果式 ( 34 )中的 st 為常量， st = 0st ， 則有 ? ?1 1 0n n s ftdtT t K t td? ? ? ? ?，上式稱(chēng)為干擾通道的微分方程式。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： 01 ( ) ( )nns n nd t t tC L c t q L c td t r?? ?? ? ? ? （ 33） 式 (33)中 r為凈化室內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱阻，℃ /KJ。這里我們只考慮外表面換熱系數(shù)。其中主要影響參數(shù)有室外溫度、濕度、太陽(yáng)直射輻射、風(fēng)速、風(fēng)向。也可將送風(fēng)溫度 st 固定，而改變送風(fēng)最 L，這種 空調(diào)系統(tǒng)則稱(chēng)為變風(fēng)量 VAV(Variable Air Volume)系統(tǒng)。這種方法具有較大的普遍性。