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1、ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 论 文 中央空调控制系统设计THE DESIGN OF CONTROL SYSTEM FOR CENTRAL AIR-CONDITIONING系院名称： 电子信息与电气工程系 专业班级： 06级自动化1班 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 讲师 2021 年 05月 中央空调控制系统设计摘要：随着人们生活水平的不断提高，智能建筑得到了迅猛开展，并已成为21世纪建筑业的开展主流。而空调系统是智能建筑中楼宇自动化的一个非常重要的组成局部，在各个行业、各个部门中得到了广泛的应用，因此对空调系统的研究十分必要。本课
2、题的任务是在研究空调系统的数学模型根底上，设计空调系统的控制方案，并对空调温度控制系统进行仿真研究。文章在介绍了空调系统的原理之后，通过热力学和传热学的知识，利用机理法建立被控对象即空调房间在定风量系统下的数学模型，求出了空调房间的传递函数，并给出了传递函数中各参数确实定方法。同时求出了表冷器及空调系统其他环节的数学模型，从而建立了整个控制回路的数学模型。文章介绍了过程控制系统中常用的PID控制，利用仿真软件MATLAB得到了系统的响应曲线。关键词：空调系统，数学模型，常规PID控制，仿真THE DESIGN OF CONTROL SYSTEM FOR CENTRAL AIR-CONDITIO
3、NINGAbstract：Along with living standards improving, more and more intelligent buildings came to truth, and has become the mainstream of 21st century development of the construction industry. As an important part of intelligent buildings, air-conditioning system abstracts peoples more attention, so t
4、he research of air conditioning system is necessary. The task is to study the subject air conditioning system based on a mathematical model, design air conditioning system control program, and simulate the air temperature control system.This essay describes the principle of air-conditioning system,
5、By the way of the knowledge of thermodynamics and heat transfer, and using the mechanism method to build the mathematical model of the object that is air-conditioned room at constant air volume system, obtained the transfer function of air-conditioned room, and gives transfer function method for det
6、ermining the parameters. Simultaneously, determine the air cooler and air-conditioning systems in other sectors of the mathematical model, Thereby establishing a mathematical model of the entire control loop. This essay introduces PID Control that is commonly used in the process control system， It h
7、as been the response curve that is obtained by the simulation software MATLAB.KEY WORDS: Air-conditioning system, mathematic model, routine PID control, simulation符号说明本文中的符号。假设文中没有特别说明。其意义均如下所示。文中特别说明所赋符号意义仅限于说明处有效。L：单位时间送风量， ：空气密度，c：空气定亚比热，KJ/(KgK) ：室内散热量，KJ/hc1：净化室的热容包括室内空气的蓄热和设备与围护结构表层的蓄热，KJ/(KgK
8、)N：净化室的换气次数，次/h V：净化室的容积，Tf1：冷流体温度， Tf2：热流体温度，Tw1：低温侧平板温度， Tw2：高温侧平板温度，1：冷流体对流换热系数， 2：热流体对流换热系数，：平板壁厚度，m A：换热面积，：导热系数， M：流体质量，Kg K12：表冷器传热系数， K23：建筑物传热系数，目 录第一章 绪论11.1 空调系统研究背景11.2 国内外空调研究开展及现状11.2.1 空调系统建模方面的国内外研究状况及开展11.2.2 空调控制系统国内外研究现状及开展21.3 本论文做的主要工作41.4 本课题研究的意义41.5 本文的组织5第二章 空调控制系统的原理及构成62.1
9、 空调系统的原理62.2 中央空调系统的控制功能和要求82.2.1 空气温度调节系统82.2.2 空气湿度调节系统92.2.3 空调控制系统的要求102.3 空调监控系统的构成11第三章 空调系统建模153.1 空调房间建模153.1.1 CAV空调系统的根本原理153.1.2 CAV方式下空调房间的数学模型163.2 空调房间特性参数的估算193.3 表冷器的模型213.3.1 基于传热过程机理建立表冷器模型213.3.2 传热过程参数分析243.4 空调系统中其它环节的特性243.4.1 温度检测环节的特性243.4.2 执行机构的特性263.4.3 控制器的特性26第四章 常规PID控制
10、及仿真274.1控制系统的性能指标274.2 PID控制器的根本原理284.3 PID参数整定304.4 温度控制系统PID控制仿真334.4.1 MATLAB简介334.4.2 单回路PID控制仿真344.4.3 PID控制抗干扰性仿真354.5 小结37第五章 结论38参考文献39致 谢40第一章 绪论1.1 空调系统研究背景 随着人们生活水平的不断提高，智能建筑得到了迅猛开展，并已成为21世纪建筑业的开展主流。所谓智能建筑，就是给传统建筑加上“灵敏的神经系统和“聪明的头脑，以提高人们生产、生活环境，给人们带来多元化信息和平安、舒适、便利的生活条件。而空调系统是智能建筑中楼宇自动化的一个非
11、常重要的组成局部，在各个行业、各个部门中得到了广泛的应用。一方面，在空调系统中，通过对空气的净化和处理，使其温度、湿度、流动速度、新鲜度及洁净度等指标均符合场所的使用要求，以满足人们的生产、生活需要；另一方面，据统计，空调系统的能耗通常占楼宇能耗的60%以上，为使空调系统以最小的能耗到达最正确的运行效果，即满足国际上最新的“能量效率的要求，因此，研究空调的控制系统具有很大的经济意义。随着科技的飞速开展，智能控制的应用范围在逐渐拓展，并且引起了空调控制方案的变革。同时，信息技术的飞速开展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成了以网络自动化系统为根底的控制系统。而现场总线就是顺应这一形势开展起来的
12、新技术。现场总线中的Lonworks总线技术为智能控制的实施提供了广泛的开展空间，促使智能控制向着分散化、网络化方向开展，并且智能控制由于不依赖于系统的精确模型，而且具有超调小、调节迅速、上升时间短和很好的鲁棒性的特点，使得智能PID控制应用会越来越广泛。 1.2 国内外空调研究开展及现状本文从两个方面研究空调系统，一是从空调系统的数学模型方面，二是从空调系统的控制方案方面。 空调系统建模方面的国内外研究状况及开展要研究一个系统，必须知道这个系统的模型。系统模型是研究和掌握系统运动规律的有力工具，它是认识、分析、设计、预测、控制实际系统的根底，也是解决系统工程问题不可缺少的技术手段。因此，建立
13、有效且可靠的系统模型是我们研究空调系统的首要任务。实践中有两类根本方法可以获得系统的数学模型，一种是理论的方法，即应用系统所遵循的物理定律进行理论推导，称为数学建模；另一类是实验方法，即分析实验数据，找出系统中各物理量之间的关系，成为系统辨识。建立一个满足需要的系统模型，没有普遍的方法可循，因为不同的过程或系统都有各自的特点。此外，良好控制器的设计和控制参数的调节也有赖于系统的数学模型。所以近年来国内外的学者也都热衷于建立空调系统的模型。早在1985年美国学者ClarkDR等就已经在ASHRAE上发表文章，建立了送风管道的数学模型。由于当时此项工作刚处于起步阶段，他建立的数学模型是在非常理想的
14、条件下推导的，而且最后建立的送风管道的数学模型就是一个纯滞后环节，这一结论对我们现在的工作仍有一定的指导意义。而且更重要的意义是他引起了人们对空调系统建模的关注。1900年Underwood和Crawford合作，依据非线性控制理论的开展，在大量实验的根底上提出了水加热器的数学模型，该模型是以热水加热器中热水的流速为输入量，以加热器出口处空气的温度为输出量的。同一时期，Maxwell也在实验的根底上获得了冷却器的模型。Len R. Glicksman在1997年给出了家用空调房间的模型，房间送风采用典型的侧面送风，并且用随机信号模拟房间内人员变化情况对控制系统的干扰，这一点对我们研究空调控制系统很有启发。随着控制系统的开展，空调系统的建模越来越细化。由于国内外建筑风格、空气参数、空气质量及室内空气控制的指标要求不同，所以国外对空调系统建立的数学模型不完全适合我国的空调系统，但是他们建模的一些方法及思想对我们研究空调系统很有价值。国内的许多学者也做了大量的的空调建模方面工作。香港理工大学王盛卫等在1999年通过分
