【正文】 PID 算法的三個(gè)參數(shù)的解析整定方法，同時(shí)給出了系統(tǒng)的兩種控制策略。同濟(jì)大學(xué)孟華老師在 2022 年從熱力學(xué)和傳熱傳質(zhì)的基本原理出發(fā)，以 TANSYS 為仿真平臺(tái)，建立了表冷器的數(shù)學(xué)模型。同一時(shí)期，Maxwell 也在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上獲得了冷卻器的模型。實(shí)踐中有兩類基本方法可以獲得系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，一種是理論的方法，即應(yīng)用系統(tǒng)所遵循的物理定律進(jìn)行理論推導(dǎo)，稱為數(shù)學(xué)建模；另一類是實(shí)驗(yàn)方法，即分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出系統(tǒng)中各物理量之間的關(guān)系，成為系統(tǒng)辨識(shí)。隨著科技的飛速發(fā)展，智能控制的應(yīng)用范圍在逐漸拓展，并且引起了空調(diào)控制方案的變革。其意義均如下所示。而空調(diào)系統(tǒng)是智能建筑中樓宇自動(dòng)化的一個(gè)非常重要的組成部分，在各個(gè)行業(yè)、各個(gè)部門(mén)中得到了廣泛的應(yīng)用，因此對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的研究十分必要。關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型，常規(guī) PID控制，仿真THE DESIGN OF CONTROL SYSTEM FOR CENTRAL AIR IICONDITIONINGAbstract：Along with living standards improving, more and more intelligent buildings came to truth, and has bee the mainstream of 21st century development of the construction industry. As an important part of intelligent buildings, airconditioning system abstracts people39。所謂智能建筑，就是給傳統(tǒng)建筑加上“靈敏”的神經(jīng)系統(tǒng)和“聰明”的頭腦，以提高人們生產(chǎn)、生活環(huán)境，給人們帶來(lái)多元化信息和安全、舒適、便利的生活條件。 空調(diào)系統(tǒng)建模方面的國(guó)內(nèi)外研究狀況及發(fā)展要研究一個(gè)系統(tǒng)，必須知道這個(gè)系統(tǒng)的模型。由于當(dāng)時(shí)此項(xiàng)工作剛處于起步階段，他建立的數(shù)學(xué)模型是在非常理想的條件下推導(dǎo)的，而且最后建立的送風(fēng)管道的數(shù)學(xué)模型就是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)，這一結(jié)論對(duì)我們現(xiàn)在的工作仍有一定的指導(dǎo)意義。香港理工大學(xué)王盛衛(wèi)等在 1999年通過(guò)分析空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的熱力學(xué)特性，用 RC 模型代替空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的模型，此模型便于實(shí)驗(yàn)分析。作為控制系統(tǒng)中的主要單元控制器，目前國(guó)內(nèi)外主要采用的是常規(guī) PID 控制，因其控制簡(jiǎn)單、實(shí)用、成本低、技術(shù)成熟、易于實(shí)現(xiàn)、參數(shù)調(diào)整方便，并且具有一定的魯棒性 系統(tǒng)的健壯性，在空氣調(diào)節(jié)中的應(yīng)用比較廣泛。再加上空調(diào)系統(tǒng)的高度非線性以及溫濕度之間的強(qiáng)耦合關(guān)系，研究者們又轉(zhuǎn)向其他高級(jí)控制方法，如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)智 4能控制在空調(diào)中的應(yīng)用研究成果也有很多。同時(shí)建立了表冷器和系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型。 本文的組織本文從空調(diào)系統(tǒng)的控制原理出發(fā)，在分析了空調(diào)房間的數(shù)學(xué)模型后，對(duì)單回路 PID控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并對(duì)其進(jìn)行了仿真研究。在分析了控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行 PID參數(shù)整定并仿真研究，包括系統(tǒng)的抗干擾性和魯棒性。就需要采取相應(yīng)的空氣調(diào)節(jié)措施和方法，使其恢復(fù)到規(guī)定的要求。 直接接觸式:與空氣進(jìn)行熱濕交換的介質(zhì)直接和被處理的空氣接觸，通常是將其噴淋到被處理的空氣中。自然冷源指深井水。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用一部分回風(fēng)與新鮮空氣相混合。部分回風(fēng)與新風(fēng)混合，對(duì)新風(fēng)預(yù)處理，以節(jié)約能源。 由于噴水室冷卻方式為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)會(huì)引起回水水質(zhì)下降且容易漏水，故目前基本不采用。另外如果工業(yè)區(qū)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也可以將熱水加熱作為備用加熱方式。這兩種功能可分別由水冷式表面冷卻器和蒸汽加濕來(lái)實(shí)現(xiàn)。它在調(diào)節(jié)過(guò)程中，根據(jù)濕度傳感器所測(cè)得的室內(nèi)相對(duì)濕度值，由調(diào)節(jié)器進(jìn)行比較、放大后發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，使電動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，改變噴入空氣中的蒸汽量，達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的目的。 (5)過(guò)濾器過(guò)阻報(bào)警，提醒運(yùn)行人員及時(shí)清洗更換過(guò)濾器。由于智能控制器分布在現(xiàn)場(chǎng)，控制功能較為明確，同時(shí)任何一臺(tái)智能控制器發(fā)生故障都不會(huì)影響其它設(shè)備的正常運(yùn)行，大大縮小了故障或事故的影響范圍，因此，可靠性大大提高。路由器通常只有中繼器及不同通信介質(zhì)間信息轉(zhuǎn)換的功能，傳輸?shù)木嚯x受節(jié)點(diǎn)中收發(fā)器類型的限制。 空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)主要由三級(jí)組成。因此，建立有效且可靠的系統(tǒng)模型是我們研究空調(diào)系統(tǒng)的首要任務(wù)。而且有些因素本身又有其不確定性，不可能通過(guò)過(guò)程辯識(shí)來(lái)準(zhǔn)確確定空調(diào)房間溫、濕度的數(shù)學(xué)模型。本次主要研究的對(duì)象是定風(fēng)量(CAV)系統(tǒng)。這樣在多個(gè)輸入信號(hào)的作用下，對(duì)象的輸出為: (32)1()()()()nnNnYsGPssGs???? 17式（32）中， 為 ... 不變時(shí)，被控量 y(t)與控制作用 p(t)之間的()Gs1nt2()()Nnt傳遞函數(shù)。因此本文中外部擾動(dòng)主要與室外溫度、濕度、太陽(yáng)直射輻射、太陽(yáng)散射輻射有關(guān)四個(gè)因素有關(guān)。（CAV）方式下空調(diào)房間的數(shù)學(xué)模型對(duì)于定風(fēng)量（CAV）方式，即固定送風(fēng)量 L而改變送風(fēng)溫度 st空調(diào)系統(tǒng)，將式〔33 )整理為: 01 1nnsqtdtCLcrtLcLcrr????????????A或 ??11nsfdtTKt??? （34）式（34）中011,nfqtCLcrtLcLcrr??????。由于空調(diào)房間的工藝特性、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、送風(fēng)方式和換氣次數(shù)的不同，測(cè)得的結(jié)果也不相同。但是對(duì)于潔凈度要求比較高的場(chǎng)所，要求的換氣次數(shù)要大一些。分析表冷器的傳熱過(guò)程可以看到，過(guò)程中串聯(lián)著三個(gè)環(huán)節(jié): 22圖 一般傳熱過(guò)程(1)由冷流體到管壁內(nèi)側(cè)的冷量傳遞。℃) ：?jiǎn)挝粫r(shí)間需要輸入的總冷量。TdsKBSGAT?其中： （325） 1223139。τ:純滯后時(shí)間。1RF?式(331)的解為: (332)(1)tTzaKe??? 式(331)、(332)為無(wú)套管。熱電阻傳感器分為無(wú)套管熱電阻和有套管熱電阻。CCKAAM?A 傳熱過(guò)程參數(shù)分析從式(325)~(328)看出，根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)所標(biāo)稱的物理參數(shù)，可以精確計(jì)算出 K’、B、T 2 、A’ 等參數(shù)，但是在實(shí)際系統(tǒng)中，由于表面冷卻器內(nèi)的垢層和建筑空間的構(gòu)造，K12 、K 23實(shí)際數(shù)值與理論數(shù)值有較大差異，并且很難測(cè)量。 Q23 ：被控區(qū)與環(huán)境傳熱功率。(3)冷量由管壁外側(cè)向熱流體即空氣流體的冷量傳遞。在實(shí)際工程中可能大一些。文獻(xiàn)《室溫自動(dòng)調(diào)節(jié)原理和應(yīng)用》在理論分析的基礎(chǔ)上，綜合了我國(guó)許多單位在凈化室測(cè)定中所得到的大量數(shù)據(jù)，提出了這三個(gè)參數(shù)的估算公式，見(jiàn)表 31。式（34）就1K是凈化室在定風(fēng)量(CAV) 方式下的數(shù)學(xué)模型。 對(duì)于半透明的玻璃，外擾得熱既有傳熱得熱又有太陽(yáng)輻射透射得熱，太陽(yáng)輻射透射得熱是指太陽(yáng)直射輻射、散射輻射等中短波輻射直接透過(guò)玻璃進(jìn)入室內(nèi)的熱量，傳熱得熱包括室內(nèi)外溫度差形成的傳熱量和被玻璃吸收的太陽(yáng)輻射又以輻射和對(duì)流的形式進(jìn)入室內(nèi)的熱量。...... 為 p(t)、n 1(t)... 不變時(shí)，被控量 y(t)與擾動(dòng)作用()Ns1()Nt?之間的傳遞函數(shù) 。圖 空調(diào)房間對(duì)象 CAV 方式下空調(diào)房間的數(shù)學(xué)模型自動(dòng)控制空調(diào)系統(tǒng)中，空調(diào)房間的輸入可歸納為兩類，一類是控制器的輸出 p（t） ，稱為對(duì)象的“基本擾動(dòng)”或“內(nèi)部擾動(dòng)” 。 CAV 空調(diào)系統(tǒng)的基本原理全空氣空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求，是要向空調(diào)房間內(nèi)輸送足夠數(shù)量的、經(jīng)過(guò)一定處 16理了的空氣，用以吸收室內(nèi)的余熱和余濕，從而維持室內(nèi)所需要的溫度和濕度。靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是輸入變量和輸出變量之間不隨時(shí)間變化的數(shù)學(xué)關(guān)系。操作員站通過(guò)人機(jī)交互及友好的界面對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控和在線管理。2）網(wǎng)絡(luò)適配器 它是控制網(wǎng)絡(luò)與 PC機(jī)以及具有數(shù)據(jù)通信功能的儀器、儀表之間相互連接的接口。 12表 現(xiàn)場(chǎng)總線類型特性 FF Profibus HART CAN Lonworks應(yīng)用范圍 儀表 PLC 智能變送器 汽車(chē) 樓宇自動(dòng)化OSI網(wǎng)絡(luò)層次 8 7 7 7 1~7通訊介質(zhì)雙絞線、電纜、光纖、無(wú)線等雙絞線、光纖 電源信號(hào)線雙絞線、光纖雙絞線、電力線、電纜、光纖、無(wú)線等介質(zhì)訪問(wèn)方式 令牌、主從 令牌、主從 令牌、查詢 位仲裁 PP CSMA糾錯(cuò)方式 CRC CRC CRC CRC CRC通訊速率 Mbps Mbps 1 Mbps Mbps最大節(jié)點(diǎn)數(shù) 32 128 15 110 248優(yōu)先級(jí) 有 有 有 有 有保密性 身份認(rèn)證本質(zhì)安全性 是 是 是 是 是開(kāi)放工具 有 有 有 有相比表 ，Lonworks 網(wǎng)絡(luò)完全滿足了未來(lái)發(fā)展對(duì)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的要求。中央空調(diào)系統(tǒng)對(duì)控制系統(tǒng)的要求一般可概括為對(duì)控制區(qū)域的溫濕度、新風(fēng)量、冷凍水流量的控制等幾個(gè)方面。圖 噴蒸汽加濕控制 11 空調(diào)控制系統(tǒng)的要求 為達(dá)到要求的控制精度且便于用戶使用，中央空調(diào)控制系統(tǒng)必須完成以下主要功能: (1)空調(diào)區(qū)域溫、濕度檢測(cè)與顯示?？諝饫鋮s降溫后，水蒸汽結(jié)露為水，從而降低空氣的濕度。定露點(diǎn)法是采用使空氣經(jīng)噴水室后或噴水表面冷卻器后露點(diǎn)相對(duì)恒定的方法，使空調(diào)房間內(nèi)空氣的相對(duì)濕度保持在一定范圍內(nèi)。 對(duì)于空氣冷卻調(diào)節(jié)一般有以下幾種方式： (1)水量的量調(diào)節(jié):利用雙通閥改變通過(guò)冷卻器的冷水量來(lái)調(diào)節(jié) (2)水溫的質(zhì)調(diào)節(jié):利用三通閥改變冷凍水和回水的混合比調(diào)節(jié)水溫 (3)調(diào)節(jié)通過(guò)冷卻器的風(fēng)量來(lái)調(diào)節(jié)最后混合后的送風(fēng)溫度 加熱方式選擇：