【正文】 本論文做的主要工作 .................................................... 4 本課題研究的意義 ...................................................... 4 本文的組織 ............................................................ 5 第二章 空調(diào)控制系統(tǒng)的原理及構(gòu)成 ................................. 6 空調(diào)系統(tǒng)的原理 ........................................................ 6 中央空調(diào)系統(tǒng)的控制功能和要求 .......................................... 8 空氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) .................................................. 8 空氣濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng) .................................................. 9 空調(diào)控制系統(tǒng)的要求 ............................................... 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 基于傳熱過程機(jī)理建立表冷器模型 ................................... 21 傳熱過程參數(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。 早在 1985 年美國(guó)學(xué)者 ClarkDR 等就已經(jīng)在 ASHRAE 上發(fā)表文章，建立了送風(fēng)管道的數(shù)學(xué)模型。集散式（即集中管理，分散控制）自控系統(tǒng)，目前技術(shù)趨于成熟，主要技術(shù)特征是采用了 DDC（ Direct Digital Control）。 Ghiaus 則證明了熱交換過程這一非線性過程可以用模糊控制來(lái)較好的實(shí)現(xiàn)，并且可以克服 PID 控制過程出現(xiàn)的超調(diào)。并且對(duì)不同的工程，空調(diào)系統(tǒng)雖然有所不同，控制方案也會(huì)有所不同，但其基本的分析方法、原理是想通的，故本次研究對(duì)于類似項(xiàng)目還有普遍意義。當(dāng)室內(nèi)空氣參數(shù)偏離了規(guī)定值時(shí)。冷 源有 自 然冷源和人工冷源兩種。空調(diào)器的進(jìn)風(fēng)通過風(fēng)閥取室外新風(fēng)和部分回風(fēng)混合，經(jīng)過濾網(wǎng)去除雜質(zhì)后送入熱交換段 及加濕段，處理后符合溫濕度要求的空氣通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入送風(fēng)管，從而送到空調(diào)房間，使空調(diào)房間的溫濕度達(dá)到要求。如果控制對(duì)象產(chǎn)生的熱擾動(dòng)較大，蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥全開仍不能滿足要求，為改善動(dòng)態(tài)特性，將啟動(dòng)熱泵機(jī)組提供熱水作為輔助調(diào)節(jié)。 圖 水冷式表面冷卻器的去濕控制 2． 噴蒸汽加濕的控制 采用蒸汽加濕空調(diào)系統(tǒng)，它是由裝于室內(nèi)的相對(duì)濕度傳感器 ME、電動(dòng)雙通調(diào)節(jié)閥 MV、及相對(duì)濕度調(diào)節(jié)器 MC 組成。本系統(tǒng)中用分布在現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備處的多臺(tái)智能控制器 (其核心為神經(jīng)元芯片 )實(shí)現(xiàn)對(duì)被控設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。可以直接與 工 業(yè)生產(chǎn)過程〔如溫濕度傳感器、執(zhí)行器 )相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或輸出控制信息。同時(shí)，我們知道房間的溫、濕度的值是由很多因素決定的，如室外大氣的溫濕度、房間外墻的結(jié)構(gòu)和材料、房間的朝向、房間內(nèi)發(fā)熱設(shè)備的功率、人員的數(shù)量，以及人員的工作性質(zhì)等 。風(fēng)速和風(fēng)向主要影響表面換熱系數(shù)和滲透風(fēng)量大小。0t 為室外空氣溫度，℃，其它符號(hào)同 (31)式相同（ nq ， 1C 見前面符號(hào)說明）。至于換氣次數(shù) N，目前舒適性空調(diào)系統(tǒng)通常采用一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)，而且采用機(jī)器露點(diǎn)送風(fēng)，所以送風(fēng)溫差較大，送風(fēng)量較小，換氣次數(shù)均較小。℃ ) C2 ： 建筑物比熱容 ； KJ/(Kg 如圖 所示，對(duì)于一般的傳熱過程，可以用以下的傳熱學(xué)公式進(jìn)行描述： 221 1 1()fwQ Aa T T?? （ 37） 12/ ( )wwQ A T T???? （ 38） 2 2 2()wfQ A T T??? （ 39） TptdQ C M d? （ 310） 其中： M ： 流體質(zhì)量（ Kg）； pC ：物體的比熱 容（ KJ/(Kg 20表 空調(diào)房間特性參數(shù)的估算公式 送風(fēng)方式 對(duì)象特性 傳遞滯后 1? (min) 時(shí)間常數(shù) 1T (min) 放大系數(shù) 1K 特征比 11/T? 側(cè)面送風(fēng)和散流器送風(fēng) 19N? ? 1 90T N? 1 152 1 1 11KN a b h? ??? ? ????? 孔板送風(fēng) 118N? ? 1 180T N? 1 152 35 1 1 111KN h N a b h? ??? ? ? ?? ? ? ???????? ? ? ??? 注 :L=NV 為凈化室送風(fēng)量，單位是 m3/h ； N,V 見符號(hào)說明， V=a另外玻璃和周圍環(huán)境之間長(zhǎng)波輻射熱交換，由于玻璃對(duì)長(zhǎng)波熱輻射 幾 乎是不透明體，因此這部分熱量不會(huì)成為透射得熱，可以用室外空氣綜合溫度的形式考慮到傳熱計(jì)算中去。對(duì)于內(nèi)擾而言，關(guān)鍵是確定人員密度、室內(nèi)照明和設(shè)備負(fù)荷?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)方案都是依據(jù)被控對(duì)象的控制要求和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行的。網(wǎng)絡(luò)信息可以通過該網(wǎng)絡(luò)適配器進(jìn)、出 PC 機(jī)，這樣能充分發(fā)揮 PC 機(jī)的顯示和計(jì)算能力，使 PC 機(jī)成為控制網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分。其中，空氣處理機(jī)組是指集中在空調(diào)機(jī)房的集中式空氣處理設(shè)備，包括送、回風(fēng)機(jī)、過濾器、冷卻器或加熱器、加濕器等，它是 整個(gè) 中央空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分和核心。在冬季空氣 干 燥或夏季高溫處于冷卻模式時(shí)，基本都不需要強(qiáng)制去濕。三種熱源發(fā)生方式及經(jīng)濟(jì)性比較如 下 表 。 圖 典型的集中式空調(diào)系統(tǒng) 這種空氣處理機(jī)組能根據(jù)各種場(chǎng)合要求增減其中的部件，構(gòu)成各種形式的空氣處理設(shè)備。表面式換熱器即我們簡(jiǎn)稱的表冷器就屬于這一類。本文在此先對(duì)空調(diào)系統(tǒng)原理及組成作一介紹。并且用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生特定的干擾信號(hào)模擬空調(diào)房間內(nèi)人員進(jìn)出的干擾情況 ，仿真系統(tǒng)有 受 干擾時(shí)的響應(yīng)特性。 1985 年日本“三菱重工”就開發(fā)出了以溫度恒定為目標(biāo)的模糊變頻空調(diào)控制器。同濟(jì)大學(xué)孟華老師在 2021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。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 2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)。其意義均如下所示。 關(guān)鍵詞 ： 空調(diào)系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型， 常規(guī) PID 控制，仿真