【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 55分鐘10分鐘主要教學(xué)方法與手段上機(jī)實(shí)驗(yàn)課后作業(yè)參考資料見參考書教學(xué)后記上課日期2014年 11 月 19 日第 5講章節(jié)恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)控制仿真教學(xué)目的要求控制對(duì)象簡(jiǎn)化及數(shù)學(xué)模型2. Simulink仿真模型3. 控制環(huán)節(jié)的作用重點(diǎn)及處理方法Simulink仿真模型，實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)及處理方法Simulink仿真模型，實(shí)驗(yàn)授課方式上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)間分配教學(xué)內(nèi)容三、 控制對(duì)象簡(jiǎn)化及數(shù)學(xué)模型房間模型為了更突出所研究的問(wèn)題，將房間簡(jiǎn)化為一個(gè)二階慣性環(huán)節(jié)。假設(shè)房間內(nèi)部為溫度均勻的空間，不考慮由送風(fēng)溫差而導(dǎo)致的局部溫度不同；房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)有一定的熱慣性，假設(shè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度均勻。房間內(nèi)空氣的熱微分方程為： (1)墻壁微分方程為： (2)其中，tw為房間墻壁內(nèi)表面溫度。K為房間內(nèi)空氣與墻面換熱系數(shù)，F(xiàn)為換熱面積。Q為房間產(chǎn)熱量，產(chǎn)熱量在5000W附近隨即變化，tsup為送風(fēng)溫度，G為送風(fēng)量G＝3000m3/h 。送風(fēng)量恒定不變。ta為房間墻內(nèi)某點(diǎn)溫度,可以認(rèn)為在仿真計(jì)算期間該點(diǎn)溫度為常數(shù)。Kw為墻面與墻內(nèi)參照點(diǎn)間的換熱系數(shù)，F(xiàn)w為換熱面積。、分別為空氣和墻壁的慣性參數(shù)。將方程()、()分別進(jìn)行拉式變換得到 (3) (4)設(shè)房間內(nèi)空氣時(shí)間常數(shù)為Tr，又令、設(shè)墻壁時(shí)間常數(shù)為，令，則(1)、(2)分別變?yōu)椋? (5) (6)房間的濕模型為： (7)其中，d為房間含濕量，dsup為送風(fēng)含濕量，W為房間濕負(fù)荷W在1000g/h附近變化。將(7)進(jìn)行拉式變換得到 (8)設(shè)房間的濕模型的時(shí)間常數(shù)為，則得到(9) (9)蒸發(fā)器模型對(duì)于穩(wěn)定工況，空氣通過(guò)蒸發(fā)器后，濕球溫度降低5oC。在干工況下，相對(duì)濕度低于90%；在減濕過(guò)程中，相對(duì)濕度達(dá)到90％。求出穩(wěn)態(tài)解后，實(shí)際的解為： (10)式中，為t的穩(wěn)態(tài)解。在本題目中，t是空氣溫度；為當(dāng)前時(shí)刻空氣溫度；為上一時(shí)刻空氣溫度；T為時(shí)間常數(shù)；為離散時(shí)間步長(zhǎng)。加熱器模型空調(diào)箱中有四個(gè)可獨(dú)立控制的加熱器，，5kw。經(jīng)過(guò)加熱器后空氣溫度上升，含濕量不變。加熱器微分方程為： (11)加熱器中空氣的穩(wěn)態(tài)方程為：(12)其中tain 為加熱器進(jìn)口空氣溫度；ta 為加熱器出口空氣溫度；th 為加熱器肋片溫度；K＝1000W/ oC，Ch=30kJ/ oC，加熱器的時(shí)間常數(shù)Th＝Ch/K＝30s；加濕器模型加濕器的微分方程為：(13)加濕器出口空氣濕度： (14)其中： tw為加熱器水溫；t2為加濕器出口空氣溫度；d2為加濕器出口空氣的含濕量；Cw＝4000J/g.℃；Qs為加濕器的加熱功率Qs＝6000w；為汽化潛熱r＝2500J/g；是潛熱系數(shù)。注：sign(x)為符號(hào)函數(shù)，當(dāng)x0時(shí)，值為1；當(dāng)x0時(shí)，值為0。四、 Simulink仿真模型介紹。恒溫恒濕機(jī)組的模擬軟件包內(nèi)包括的文件及其功能如下：：被控系統(tǒng)在simulink中仿真文件。：不同工況房間的模型，“房間”模型，以仿真在不同工況下的控制效果。：實(shí)現(xiàn)恒溫控制的控制算法文件。：實(shí)現(xiàn)恒濕控制的控制算法文件。：需要仿真的8種工況模型。、：這些文件是干球溫度、濕求溫度、含濕量、相對(duì)濕度、飽和水蒸氣分壓力等參數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)化的計(jì)算程序。打開此文件，可以看到如下界面：圖1其中System模塊是被控系統(tǒng)模塊，CTRL模塊是控制器模塊。在Set模塊中可以輸入溫度設(shè)定值和相對(duì)濕度設(shè)定值，Clock模塊是仿真系統(tǒng)時(shí)鐘。雙擊System模塊可以進(jìn)入該模塊，看到詳細(xì)的被控系統(tǒng)模型，房間模塊是按照前面的房間數(shù)學(xué)模型建立的仿真模型，描述房間的熱、濕特性。房間模塊的輸入?yún)?shù)為送風(fēng)溫度和含濕量，輸出參數(shù)為房間溫度（回風(fēng)溫度）和含濕量。蒸發(fā)器模型是按照上述數(shù)學(xué)模型建立的仿真蒸發(fā)器工作特性的模型。其輸入?yún)?shù)為回風(fēng)溫度和含濕量，以及控制器輸出的冷機(jī)啟停命令。認(rèn)為冷機(jī)開啟時(shí)蒸發(fā)器起到降溫除濕的作用，冷機(jī)關(guān)閉時(shí)冷機(jī)不起作用。在模型添加了定時(shí)啟停模塊，保證冷機(jī)開啟5分鐘內(nèi)不允許馬上關(guān)閉冷機(jī)，冷機(jī)關(guān)閉5分鐘內(nèi)不允許馬上開啟冷機(jī)。加熱器模塊是按照前面的數(shù)學(xué)模型搭建的電加熱器仿真模塊。其輸入?yún)?shù)包括經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器后的空氣溫度和含濕量，還包括來(lái)自于控制器，對(duì)四個(gè)加熱器的啟?？刂泼?。在圖2中，從上至下依次為1～4號(hào)加熱器的控制命令。（，，4號(hào)加熱器功率5kW。）加濕器是按照前面加濕器模型搭建的加濕器仿真模塊，其輸入?yún)?shù)包括經(jīng)過(guò)加熱器后的空氣溫濕度和含濕量，以及來(lái)自控制器的加濕器中電加熱器啟停控制命令。蒸發(fā)器、加熱器、加濕器三個(gè)模塊串聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成恒溫恒濕機(jī)組的仿真模型。雙擊CTRL模塊可以進(jìn)入該模塊看到詳細(xì)的模塊搭建情況，如圖3。圖3其中Control program 模塊中可以嵌入控制算法程序文件，仿真平臺(tái)將根據(jù)控制程序?qū)崿F(xiàn)恒溫恒濕控制。，實(shí)現(xiàn)高精度恒溫一般精度恒濕控制效果；；或嘗試嵌入自己編輯控制程序文件。Simulink軟件提供兩類虛擬設(shè)備：“Display”設(shè)備和“Scope”設(shè)備。“Display”可以在線、實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)參數(shù)的數(shù)值；“Scope”可以記錄系統(tǒng)參數(shù)歷史變化曲線。讀者可以在仿真平臺(tái)中添加這兩種模塊，以觀察所關(guān)心參數(shù)的變化。小結(jié)：25分鐘65分鐘10分鐘主要教學(xué)方法與手段上機(jī)實(shí)驗(yàn)課后作業(yè)參考資料見參考書教學(xué)后記作業(yè)情況較好上課日期2014年11月 26 日第6 講章節(jié)VAV仿真模型說(shuō)明教學(xué)目的要求控制對(duì)象簡(jiǎn)化及數(shù)學(xué)模型2. Simulink仿真模型3. 控制環(huán)節(jié)的作用重點(diǎn)及處理方法Simulink仿真模型，實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)及處理方法Simulink仿真模型，實(shí)驗(yàn)授課方式上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)間分配教學(xué)內(nèi)容五、 控制對(duì)象簡(jiǎn)化及數(shù)學(xué)模型1) 房間模型空氣熱微分方程： (1)墻壁微分方程： (2)空氣濕微分方程： (3)其中Qin、Win分別為室內(nèi)熱擾和產(chǎn)濕量；tout、dout分別為室外空氣的溫度和濕度；ts、ds分別為空調(diào)送風(fēng)溫濕度；tw為墻壁溫度。2) 風(fēng)閥模型風(fēng)閥電機(jī)的模型與AHU仿真軟件中的風(fēng)閥模型一樣。所不同的是，當(dāng)風(fēng)道中壓力變化時(shí)，即使風(fēng)閥開度不變，通過(guò)風(fēng)閥的風(fēng)量也隨著風(fēng)道內(nèi)壓力的變化而變化，并且從某一個(gè)風(fēng)閥看來(lái)，由風(fēng)道壓力引起的風(fēng)量變化是隨機(jī)的。根據(jù)伯努力方程，壓力與流量的平方成正比。如果風(fēng)道內(nèi)壓力在設(shè)計(jì)壓力200Pa附近變化，變化范圍為10%，并且變風(fēng)量箱設(shè)計(jì)風(fēng)量為1000 m3/h，那么當(dāng)風(fēng)閥開度不變時(shí)，風(fēng)量變化范圍約為20m3/h。3) 加熱器模型模型中的加熱器是熱水加熱器，所不同的是加熱器進(jìn)口水溫twin=40 oC空氣穩(wěn)態(tài)方程： (4)表冷器肋片微分方程： (5)熱水穩(wěn)態(tài)方程： (6)4) 傳感器模型假設(shè)傳感器為一階慣性環(huán)節(jié)，時(shí)間常數(shù)為1s。由于實(shí)際信號(hào)傳輸過(guò)程中，會(huì)有各種干擾。六、 Simulink仿真模型介紹。VAV仿真的模擬軟件包內(nèi)包括的文件及其功能如下：：變風(fēng)量箱在simulink中仿真文件。：根據(jù)房間溫度確定再熱器、風(fēng)閥調(diào)節(jié)策略的控制程序。、：干球溫度、濕求溫度、含濕量、相對(duì)濕度、飽和水蒸氣分壓力等參數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)化的計(jì)算程序。打開此文件，可以看到圖1界面： “AHU”模塊輸出生出空調(diào)箱送風(fēng)溫度?！癛oom”模塊是房間模型，是根據(jù)上述被控房間的數(shù)學(xué)模型建立的?！癡AV box”是變風(fēng)量箱的模型。此模塊輸入?yún)?shù)是空調(diào)箱送風(fēng)溫度，風(fēng)量設(shè)定值和再熱器啟?？刂浦噶?。輸出參數(shù)包括房間送風(fēng)溫度和送風(fēng)量。進(jìn)入“VAV box”模塊可以看到變風(fēng)量箱的具體模型，如圖2所示。其中“Damp”是風(fēng)閥的模型，“Heater”是按上面的數(shù)學(xué)模型建立的加熱器的模型。風(fēng)閥模型的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中上半部分是按照風(fēng)閥的數(shù)學(xué)模型建立的模型反映風(fēng)閥開度對(duì)風(fēng)量的影響；下半部分的隨機(jī)擾量反映了風(fēng)道壓力對(duì)風(fēng)量的影響。 “Damp CTRL unit”是風(fēng)量控制器，它根據(jù)實(shí)測(cè)的變風(fēng)量箱輸出風(fēng)量調(diào)整風(fēng)閥位置，使其等于設(shè)定值。該模塊的輸入?yún)?shù)是風(fēng)量測(cè)量值和設(shè)定值，輸出參數(shù)是閥門開度?！癟EMP CTRL unit”是溫度控制器，它根據(jù)實(shí)測(cè)的房間溫度，調(diào)整送風(fēng)量設(shè)定值。該模塊的輸入?yún)?shù)是實(shí)測(cè)房間溫度，空調(diào)箱送風(fēng)溫度以及設(shè)定溫度，輸出參數(shù)是風(fēng)量設(shè)定值。讀者可以根據(jù)第五章講述的內(nèi)容在此控制器中編輯變風(fēng)量箱的控制策略。試驗(yàn)變風(fēng)量箱的控制方法。小結(jié)：25分鐘6510分鐘主要教學(xué)方法與手段上機(jī)實(shí)驗(yàn)課后作業(yè)參考資料見參考書教學(xué)后記上課日期2014年 12月 3日第 7 講章節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備自動(dòng)化教學(xué)目的要求集中空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及任務(wù)新風(fēng)機(jī)組的構(gòu)成、監(jiān)控內(nèi)容及控制方法空調(diào)機(jī)組的監(jiān)控（定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)和變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)）BAS的系統(tǒng)集成、設(shè)計(jì)、施工與管理重點(diǎn)及處理方法新風(fēng)機(jī)組的構(gòu)成、監(jiān)控內(nèi)容及控制方法空調(diào)機(jī)組的監(jiān)控（定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)和變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)）BAS的系統(tǒng)集成、設(shè)計(jì)、施工與管理，講演難點(diǎn)及處理方法新風(fēng)機(jī)組的構(gòu)成、監(jiān)控內(nèi)容及控制方法空調(diào)機(jī)組的監(jiān)控（定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)和變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)）BAS的系統(tǒng)集成、設(shè)計(jì)、施工與管理，講演授課方式多媒體講授時(shí)間分配教學(xué)內(nèi)容第四章 空氣處理設(shè)備的控制第一節(jié) 集中空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)l 集中空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn) 多干擾性；溫濕度相關(guān)性；多工況。l 集中空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要任務(wù) 對(duì)以空調(diào)區(qū)域?yàn)橹饕{(diào)節(jié)對(duì)象的空調(diào)系統(tǒng)的溫度、濕度及其它有關(guān)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)節(jié)及有關(guān)信號(hào)的報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)控制，以保證空調(diào)系統(tǒng)始終在最佳工況點(diǎn)運(yùn)行，滿足工藝條件所要求的環(huán)境條件。第二節(jié) 新風(fēng)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)l 新風(fēng)機(jī)組是為各房間提供一定的新鮮空氣，滿足人員衛(wèi)生要求。l 新風(fēng)機(jī)組的構(gòu)成 新風(fēng)機(jī)組由新風(fēng)閥、過(guò)濾器、空氣冷卻器/空氣加熱器、送風(fēng)機(jī)等組成。l 新風(fēng)機(jī)組的控制內(nèi)容? 送風(fēng)溫度控制? 送風(fēng)相對(duì)濕度控制? 防凍控制? 二氧化碳濃度控制l 工作原理：以被處理的新風(fēng)出口溫度保持恒定值為原則。硬件配置：1. 監(jiān)測(cè)功能1）風(fēng)機(jī)的狀態(tài)顯示、故障報(bào)警。 2）測(cè)量風(fēng)機(jī)出口空氣溫濕度參數(shù)。以了解機(jī)組是否將新風(fēng)處理到要求的狀態(tài)。3）測(cè)量新風(fēng)過(guò)濾器兩側(cè)壓差，以了解過(guò)濾器是否需要更換。4）檢查新風(fēng)閥狀況，以確定其是否打開。2. 控制功能1）根據(jù)要求起/停風(fēng)機(jī)。 2）自動(dòng)控制空氣－水換熱器水側(cè)調(diào)節(jié)閥，使風(fēng)機(jī)出口空氣溫度達(dá)到設(shè)定值。3）自動(dòng)控制蒸汽加濕器調(diào)節(jié)閥，使冬季風(fēng)機(jī)出口空氣相對(duì)濕度達(dá)到設(shè)定值。4）控制新風(fēng)電動(dòng)風(fēng)閥。3. 聯(lián)鎖及保護(hù)功能1）在冬季，空氣－