中央空調控制系統仿真研究

電氣自動化論文編號:ZD1069    論文字數:27698,頁數:61

目錄
摘要 . 
1 緒論 1
1.1  研究背景 1
1.2  國內外研究現狀 1
1.3  本課題研究的意義 2
1.4  本論文做的主要工作 3
2 空調控制系統的原理及構成 5
2.1  空調系統的原理 5
2.2  中央空調系統的控制功能及要求 6
2.2.1  空氣溫度調節系統 7
2.2.2  空氣濕度調節系統 8
2.2.3  空調控制系統的要求 9
2.3  空調監控系統的構成 10
2.3.1  空調監控系統的基本結構 11
3  空調系統建模 13
3.1  空調房間建模 13
3.1.1  CAV空調系統的基本原理 13
3.1.2  CAV方式下空調房間的數學模型 14
3.1.3 變風量(VAV)方式下空調房間的數學模型 17
3.2  空調房間特性參數 19
3.2.1  兩種送風方式下特性參數之間的關系 19
3.2.2  空調房間特性參數的估算 19
3.3  表冷器的模型 20
3.3.1  基于傳熱過程機理建立表冷器模型 20
3.3.2  傳熱過程參數分析 24
3.4  空調系統中其它環節的特性 24
3.4.1  溫度檢測環節的特性 24
3.4.2  執行機構的特性 26
4  常規PID控制及仿真 28
4.1  控制系統的性能指標 28
1.衰減比和衰減率 28
2.超調量 28
3.殘余偏差 29
4.調節時間 29
4.2  PID控制器的基本原理 29
4.3  PID參數整定 31
4.4  溫度控制系統PID控制仿真 34
4.4.1  MATLAB簡介 34
4.4.2  單回路PID控制仿真 35
4.4.3  PID控制抗干擾性仿真 37
4.5  小結 40
5 模糊控制及仿真 41
5.1  概述 41
5.2  模糊控制器的基本原理 41
5.2.1  模糊控制器的基本組成 41
5.2.2  模糊控制器的維數 42
5.2.3  模糊條件句與模糊控制規則 43
5.3  模糊溫度控制器的設計 43
5.4  模糊控制系統仿真 47
5.4.1  MATLAB工具箱 47
5.4.2  系統仿真 48
5.4.3  模糊控制的抗干擾性分析 50
5.5  模糊控制器中量化因子和比例因子對系統的性能影響分析 51
5.6  參數自調整模糊控制器的設計設想 53
5.7  小結 53
6  結論 54
致 謝 56
參考文獻： 57

摘要
 隨著人們生活水平的不斷提高，智能建筑得到了迅猛發展，并已成為21世紀建筑
業的發展主流。而空調系統是智能建筑中樓宇自動化的一個非常重要的組成部分，在各個行業、各個部門中得到了廣泛的應用，因此對空調系統的研究十分必要。本課題的任務是在研究空調系統的數學模型的基礎上，設計空調系統的控制方案，并對空調溫度控制系統進行仿真研究。
 文章在介紹了空調系統的原理之后，通過熱力學和傳熱學知識，利用機理法建立被控對像即空調房間在兩種方式(定風量系統和變風量系統)下的數學模型，求出了空調房間的傳遞函數，并給出了傳遞函數中各參數的確定方法。同時求出了表冷器及空調系統其它環節的數學模型，從而建立了整個控制回路的數學模型。
 文章介紹了過程控制系統中常用的PID控制，利用仿真軟件MATLAB得到了系統的響應曲線，針對常規PID控制參數整定困難、無法克服超調而造成能源浪費的問題，文章設計了模糊控制器，通過理論分析和仿真實驗證明，模糊控制實時性強，系統的動態響應超調小，具有較高的實用價值。
 在模糊控制系統仿真的研究中發現雖然模糊控制較普通的PID控制調節迅速，但響應曲線表明，在響應過程的不同階段，系統對模糊控制器的比例因子和量化因子要求不盡相同，因此提出了參數自調整模糊控制器的設計，它是一種基于規則修改的模糊控制，它的模糊控制規則可隨它所控制的過程的運行和環境的變化而自動的修改，從而使系統的性能達到令人滿意的水平。這種控制方法較之常規的固定模糊控制規則的模糊控制方法，對環境變化有較強的自適應能力，在隨機環境中能對控制器進行自動校正，使得在被控對象特性變化或較大擾動的情況下，控制系統保持較好的性能，是一種比較理想的控制方法，具有廣闊的發展應用前景。
關鍵詞： 空調系統，數學模型，常規PID控制，模糊控制，參數自調整模糊控制，仿真

Abstract
Along with living standards improving, more and more intelligent buildings come to truth. As an import part of intelligent buildings, air-conditioning system abstracts people's more attention. This thesis chiefly studies the temperature control system by way of simulation, including routine PID control, fuzzy control and adaptive parameters control. It is well known that the dynamic performance of a Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) system has great impact on power and energy consumption, as well as on indoor air quality. In order to study the system performance at the design stage, it is necessary to obtain approximate mathematical models for system components. In this thess, the dynamic model for room is deriving by energy-conversation equations. And it approximately equals to a first-order lag. The parameters-estimation is also given in tables. The model of whole control system is created after achieving every component's model, and the dynamic response curve of PID control is obtained by way of simulation soft ware. Secondly, in order to resolve the difficulties in setting PID parameters and avoiding over took, the fuzzy controller is designed. Through theory analysis and simulation experiments, we can come to a conclusion that fuzzy control is a good method, it has good features of real time, little overshoot and quick response velocity. In the process of studying fuzzy control, we find scaling factors are very important parameters influencing system control qualities, and they all have non-liner impacts on system response. Studied the designing principles of scaling factors in fuzzy controller, parameters self-tuning fuzzy controller is designed. Parameters self-tuning control is an ideal method, it not only can overcome overtook but also achieve ideal response curve. It has practical guiding effect and application value in theory research and engineering practice. Then it must have broad developing prospects.
Keywords：Air-conditioning system, mathematic model, routine PID control, fuzzy
control, parameters self-tuning fuzzy control，simulation