【文章內(nèi)容簡介】 有利于選擇控制通道、確定控制方案、分析質(zhì)量指標及調(diào)節(jié)器參數(shù)的最佳整定。通過對所設(shè)計的控制系統(tǒng)進行仿真研究，將調(diào)節(jié)器的參數(shù)特性與被控對象的參數(shù)特性相匹配，以達到最佳整定，對實際的工程實施奠定了基礎(chǔ)。并且對不同的工程，空調(diào)系統(tǒng)雖然有所不同，控制方案也會有所不同，但其基本的分析方法、原理是想通的，故本次研究對于類似項目還有普遍意義。 5 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，對單 回 路 PID控制系統(tǒng)進行仿真，并對其進行了仿真研究。 第一章 —— 緒論。分析空調(diào)系統(tǒng)研究背景、從空調(diào)系統(tǒng)建模和控制方案兩個方面分析了國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀，提出了本論文研究的主要內(nèi)容及意義。 第二章 —— 空調(diào)控制系統(tǒng)的原理及構(gòu)成。從空調(diào)的溫、濕度控制兩個方面分析了集中式空調(diào)的基本原理及控制要求，同時給出了空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。 第三 章 —— 空調(diào)控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的建模。利 用 機理法建立了空調(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)房間的二維尺寸對其特性參數(shù)進行了估算的方法。 第四 章 —— 常規(guī) PID控制及仿真。在分析了控制系統(tǒng)性能指標的基礎(chǔ)上對溫度控制系統(tǒng)進行 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。 6第二章 空調(diào)控制系統(tǒng)的原理及構(gòu)成 空調(diào)系統(tǒng)的原理 要討論空調(diào)控制技術(shù)，就必須對控制對象即空調(diào)系統(tǒng)有全面、深入的了解。只有掌握了其原理、特性、要達到的目的及實現(xiàn)手段才能決定采用何種控制策略。本文在此先對空調(diào)系統(tǒng)原理及組成作一介紹。 空氣調(diào)節(jié) ， 就是把經(jīng)過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、流動速度和潔凈度等控制 在一定范圍內(nèi)。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。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)。當(dāng)室內(nèi)空氣參數(shù)偏離了規(guī)定值時。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。 一般的空調(diào)系統(tǒng)包括以下幾個部分 : (1)進風(fēng)部分 :根據(jù)生理衛(wèi)生對空氣新鮮度的要求，空調(diào)系統(tǒng)必須有一部分空氣取自室外，常稱新風(fēng)。進風(fēng)口連同引入通道和阻止外來異物的結(jié)構(gòu)等，組成了進風(fēng)部分。 (2)空氣過濾部分 :由進風(fēng)部分取入的 新風(fēng)，必須經(jīng)過一次預(yù)過濾，以除去顆粒較大的塵埃。一般空調(diào)系統(tǒng)都裝有預(yù)過濾器和主過濾器兩級過濾裝置。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。 (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。熱濕處理設(shè)備主要有兩大類型 :直接接觸式和表面式。 直接接觸式 :與空氣進行熱濕交換的介質(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。噴水室、蒸汽加濕器、局部補充加濕裝置以及使用固體吸濕劑的設(shè)備均屬于這一類。 表面式 :與空氣進行熱濕交換的介質(zhì)不和空氣直接接觸，熱濕交換是通過處理設(shè)備的表面進行的。表面式換熱器即我們簡稱的表冷器就屬于這一類。 (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和速度場。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)機和不同型式的管道組成。 (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。冷 源有 自 然冷源和人工冷源兩種。 自然冷源指深井水。熱源也有自然和人工兩種。自 7然熱源指地?zé)岷吞柲?。?工 熱源是指用煤、煤氣等作燃料的鍋爐所產(chǎn) 生的蒸汽和熱水，目前應(yīng)用最為廣泛。 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)。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、冷卻器、加熱器、加濕器、過濾器等 )都設(shè)在一個空調(diào)集中的空調(diào)機房內(nèi)，其特點是，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。此外還具有節(jié)能、衛(wèi)生、噪音小、使用方便等特點，目前已被 廣泛 采用。 在集中式空調(diào)系統(tǒng)中，常見的是混風(fēng)式系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點是采用一 部分回風(fēng)與新鮮空氣相 混合。這樣既保證了室內(nèi)空氣新鮮，又利用了回風(fēng)的能量，提高了設(shè)備運行的經(jīng)濟性。圖 。 圖 典型的集中式空調(diào)系統(tǒng) 這種空氣處理機組能根據(jù)各種場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。在不同的工況中， AHU ( Air Handling Unit)的部分部件可能不被使用。如在冬季加熱加濕工況下，表冷器是不工作的 。而在夏季減溫減濕工況下，加熱器和加濕器是不工作的?？照{(diào)器的進風(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)機進入送風(fēng)管，從而送到空調(diào)房間，使空調(diào)房間的溫濕度達到要求。部分回風(fēng)與新風(fēng)混合，對新風(fēng)預(yù)處理，以節(jié)約能源。 此外，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，可將送風(fēng)量固定，而改變送風(fēng)溫度，這種空調(diào)系統(tǒng)稱為定風(fēng)量 CAV ( Constant Air Volume )系統(tǒng) 。也可將送風(fēng)溫度固定，而改變送風(fēng)量，這種空調(diào)系統(tǒng)則稱為變風(fēng)量 VAV（ Variable Air Volume)系統(tǒng)。本論文就是針對定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制部分進行研究的。 8 中 央空調(diào)系統(tǒng)的控制功能和要求 空調(diào)系統(tǒng)控制的主要對象是 :空氣溫度及相對濕度。下面分別從溫度和相對濕度兩個方面介紹空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 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 調(diào)節(jié) 各種溫度控制方式都有其特點，針對不同項 目 實際情況，要分析后采用合適的溫度控制方案。由于溫度控制分為夏季的冷卻和冬季的加熱兩種情況，其控制方式也會有所不同，下面分別加以介紹。 由于噴水室冷卻方式為開環(huán)系統(tǒng)會引起回水水質(zhì)下降且容易漏水，故目前基本不采用。本次只討論水冷式表面冷卻器的空氣溫度調(diào)節(jié)方法。 對于空氣冷卻調(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冷卻器的冷水量來調(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) 通過冷卻器的風(fēng)量來調(diào)節(jié)最后混合后的送風(fēng)溫度 加熱方式選擇： 加熱一般有熱水加熱、蒸汽加熱、電加熱三種方式可以選擇。三種熱源發(fā)生方式及經(jīng)濟性比較如 下 表 。 9表 空調(diào)加熱方式比較 加熱方式 熱源 特性 經(jīng)濟性 熱水加熱 由熱泵機組提供 時滯長，反應(yīng)較慢，控制復(fù)雜 價格中 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，動態(tài)特性中 價格低 電加熱 通過電熱器提供 控制精度高，控制簡單 價格高 從上 表可看出，電加熱具有控制精度高、控制簡單的優(yōu)點，但其熱效率低、浪費能源、價格高，作為主調(diào) 節(jié) 不合適，一般用于恒溫室等對動態(tài)特性要求特別高的區(qū)域的輔助調(diào)節(jié)手段。一般對動態(tài)特性沒有特殊要求的，不考慮采用。由于當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)可以提供的蒸汽是一種廉價、穩(wěn)定的熱源，一般將其作為主調(diào)節(jié)手段。如果控制對象產(chǎn)生的熱擾動較大，蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥全開仍不能滿足要求，為改善動態(tài)特性，將啟動熱泵機組提供熱水作為輔助調(diào)節(jié)。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。 空氣濕度調(diào) 節(jié) 系統(tǒng) 空調(diào)系統(tǒng)中的 相對濕度調(diào)節(jié)，可以采用定露點 (間接 )和不定露點 (直接 )的控制方法 。 定露點法是采用使空氣經(jīng)噴水室后或噴水表面冷卻器后露點相對恒定的方法，使空調(diào)房間內(nèi)空氣的相對濕度保持在一定范圍內(nèi)。自動控制點的露點一般是由空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時確定的。由于定露法不能反映室內(nèi)余濕量或相對濕度的變化，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合。 不定露點的直接控制方法，即用在房間內(nèi)及回風(fēng)管內(nèi)安裝的相對濕度傳感器，測量和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，以達到空調(diào)房間內(nèi)相對濕度控制的目的。在夏季，由于空氣濕度較大 ，需要降低濕度 。而冬季由于空氣干燥， 又 需要加大濕度。這兩種功能可分別由水冷式表面冷卻器和蒸汽加濕來實現(xiàn)。 1． 水冷式表面冷卻器的去濕控制 該去濕方法的原理其實就是冷卻，由于相對濕度較大的空氣其露點溫度高?？諝饫鋮s降溫后，水蒸汽結(jié)露為水，從而降低空氣的濕度。在冬季空氣 干 燥或夏季高溫處于冷卻模式時，基本都不需要強制去濕。而當(dāng)溫度不高，而濕度較大時，則根據(jù)室內(nèi)濕度探測器的信號與設(shè)定值比較，根據(jù)其差值，調(diào) 節(jié) 冷凍水閥門開度，強制啟動制冷模式，調(diào)低冷卻器出口的空氣溫度以滿足去濕要求。此時，由于送風(fēng)溫度偏低，為滿 足室內(nèi)溫度要求，根據(jù) 10溫度探測器的信號，可能要啟動蒸汽加熱功能，以補償溫度的偏差。其 工 作原理如圖 。 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)的相對濕度傳感器 ME、電動雙通調(diào)節(jié)閥 MV、及相對濕度調(diào)節(jié)器 MC 組成。它在調(diào)節(jié)過程中，根據(jù)濕度傳感器所測得的室內(nèi)相對濕度值，由調(diào)節(jié)器進行比較、放大后發(fā)出調(diào)節(jié)信號，使電動調(diào)節(jié)閥動作，改變噴入空氣中的蒸汽量，達到調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的目的。示意圖如圖 所示。 圖 噴蒸汽加濕控制 空調(diào)控 制系統(tǒng)的要求 為達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、濕度檢測與顯示。根據(jù)空調(diào)區(qū)域的面積，采用若干個溫、濕度傳感器，將其信號取平均值計算?？照{(diào)區(qū)域溫、濕度的自動控制。 (2)新風(fēng)溫、濕度檢測與顯示。 (3)送、回風(fēng)機運行狀態(tài) (開機 /停 機 )顯示，及其啟