中央空调课程设计.doc

1 设计题目 中央空调控制系统设计二设计要求 随着人们生活水平的不断提高，智能建筑得到了迅猛发展，并已成为21世纪建筑业的发展主流。 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。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、控制实际系统的基础，也是解决系统工程问题不可缺少的技术手段。因此，建立有效且可靠的系统模型是我们研究空调系统的首要任务。实践中有两类基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。 本论文以空调系统为研究对象，主要做了以下工作：（1）深入学习集中式空调系统的各个环节，掌握各种空调系统原理和空调的控制要求及性能指标，同时讨论了空调监控系统组态软件的设计方法。（2）通过热力学和传热学的知识，利用基理法建立空调房间的数学模型，并对空调房间的特性参数进行了估算。同时建立了表冷器和系统其他环节的数学模型。为控制方案的确定和控制参数调整奠定了基础。（3）利用单回路闭环控制系统实现空调房间的温度控制，利用工程整定法整定PID控制器参数，使系统取得良好的控制效果，利用仿真软件仿真控制效果。并且用信号发生器产生特定的干扰信号模拟空调房间内人员进出的干扰情况，仿真系统有受干扰时的响应特性。三设计的作用与目的本论文通过学习热力学知识，利用机理法建立空调房间的数学模型，并对空调房间的特性参数进行了估算，有利于空调系统控制参数的整定。同时建立了表冷器和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，有利于选择控制通道、确定控制方案、分析质量指标及调节器参数的最佳整定。通过对所设计的控制系统进行仿真研究，将调节器的参数特性与被控对象的参数特性相匹配，以达到最佳整定，对实际的工程实施奠定了基础。并且对不同的工程，空调系统虽然有所不同，控制方案也会有所不同，但其基本的分析方法、原理是想通的，故本次研究对于类似项目还有普遍意义。本文从空调系统的控制原理出发，在分析了空调房间的数学模型后，对单回路PID控制系统进行仿真，并对其进行了仿真研究。4 系统设计方案1. 空调系统的原理 要讨论空调控制技术，就必须对控制对象即空调系统有全面、深入的了解。只有掌握了其原理、特性、要达到的目的及实现手段才能决定采用何种控制策略。本文在此先对空调系统原理及组成作一介绍。 一般的空调系统包括以下几个部分: (1)进风部分:根据生理卫生对空气新鲜度的要求，空调系统必须有一部分空气取自室外，常称新风。进风口连同引入通道和阻止外来异物的结构等，组成了进风部分。 (2)空气过滤部分:由进风部分取入的新风，必须经过一次预过滤，以除去颗粒较大的尘埃。一般空调系统都装有预过滤器和主过滤器两级过滤装置。根据过滤的效率不同可以分为初效过滤器、中效过滤器和高效过滤器。 (3)空气的热湿处理部分:将空气加热、冷却、加湿和减湿等不同的处理过程组合在一起统称为空调系统的热湿处理部分。热湿处理设备主要有两大类型:直接接触式和表面式。 直接接触式:与空气进行热湿交换的介质直接和被处理的空气接触，通常是将其喷淋到被处理的空气中。喷水室、蒸汽加湿器、局部补充加湿装置以及使用固体吸湿剂的设备均属于这一类。表面式:与空气进行热湿交换的介质不和空气直接接触，热湿交换是通过处理设备的表面进行的。表面式换热器即我们简称的表冷器就属于这一类。(4)空气输送和分配部分:将调节好的空气均匀地输入和分配到空调房间内，以保证其合适的温度场和速度场。这是空调系统空气输送和分配部分的任务，它由风机和不同型式的管道组成。(5)冷热源部分:为了保证空调系统具有加热和冷却能力，必须具备冷源和热源两部分。冷源有自然冷源和人工冷源两种。自然冷源指深井水。热源也有自然和人工两种。自然热源指地热和太阳能。人工热源是指用煤、煤气等作燃料的锅炉所产生的蒸汽和热水，目前应用最为广泛。 空气调节的形式很多，按照空气处理设备的设置情况，一般可分为:集中式空调系统(又称中央空调)、半集中式空调系统和全分散式空调系统。其中，集中式空调系统的所有空气处理设备(包括风机、冷却器、加热器、加湿器、过滤器等)都设在一个空调集中的空调机房内，其特点是，经集中设备处理后的空气，通过风道分送到各空调房间，因而，系统便于集中管理、维护。此外还具有节能、卫生、噪音小、使用方便等特点，目前已被广泛采用。 在集中式空调系统中，常见的是混风式系统。该系统的特点是采用一部分回风与新鲜空气相混合。这样既保证了室内空气新鲜，又利用了回风的能量，提高了设备运行的经济性。图1为一典型的集中式空调系统。图1 典型的集中式空调系统 这种空气处理机组能根据各种场合要求增减其中的部件，构成各种形式的空气处理设备。在不同的工况中，AHU ( Air Handling Unit)的部分部件可能不被使用。如在冬季加热加湿工况下，表冷器是不工作的;而在夏季减温减湿工况下，加热器和加湿器是不工作的。空调器的进风通过风阀取室外新风和部分回风混合，经过滤网去除杂质后送入热交换段及加湿段，处理后符合温湿度要求的空气通过风机进入送风管，从而送到空调房间，使空调房间的温湿度达到要求。部分回风与新风混合，对新风预处理，以节约能源。 此外，当室内空气余热Q值发生变化而又需要使室内温度保持不变时，可将送风量固定，而改变送风温度，这种空调系统称为定风量CAV ( Constant Air Volume )系统;也可将送风温度固定，而改变送风量，这种空调系统则称为变风量VAV（Variable Air Volume)系统。本论文就是针对定风量空调系统的温度控制部分进行研究的。2.中央空调系统的控制功能和要求空调系统控制的主要对象是:空气温度及相对湿度。下面分别从温度和相对湿度两个方面介绍空气调节系统。（1）空气温度调节系统 一般空气的温度调节有以下几种方式 1)夏季制冷 A.采用喷水室喷冷水冷却空气的温度调节 B.采用水冷式冷却器冷却空气的温度调节 2)冬季加热 A.热水加热器的加热量调节 B.蒸汽加热器的加热量调节 C.电加热器的加热量调节 各种温度控制方式都有其特点，针对不同项目实际情况，要分析后采用合适的温度控制方案。由于温度控制分为夏季的冷却和冬季的加热两种情况，其控制方式也会有所不同，下面分别加以介绍。（2）.夏季制冷控制方案 对于空气冷却调节一般有以下几种方式： 1)水量的量调节:利用双通阀改变通过冷却器的冷水量来调节 2)水温的质调节:利用三通阀改变冷冻水和回水的混合比调节水温 3)调节通过冷却器的风量来调节最后混合后的送风温度（3）.冬季加热控制方案 加热方式选择：加热一般有热水加热、蒸汽加热、电加热三种方式可以选择。三种热源发生方式及经济性比较如下表1。表1 空调加热方式比较加热方式热源特性经济性热水加热由热泵机组提供时滞长，反应较慢，控制复杂价格中蒸汽加热由当地工业区提供热源温度、流量较稳定，动态特性中价格低电加热通过电热器提供控制精度高，控制简单价格高从上表可看出，电加热具有控制精度高、控制简单的优点，但其热效率低、浪费能源、价格高，作为主调节不合适，一般用于恒温室等对动态特性要求特别高的区域的辅助调节手段。一般对动态特性没有特殊要求的，不考虑采用。由于当地工业区可以提供的蒸汽是一种廉价、稳定的热源，一般将其作为主调节手段。如果控制对象产生的热扰动较大，蒸汽系统调节阀全开仍不能满足要求，为改善动态特性，将启动热泵机组提供热水作为辅助调节。另外如果工业区蒸汽管网系统出现故障，也可以将热水加热作为备用加热方式。五系统的设计1. 空气湿度调节系统 空调系统中的相对湿度调节，可以采用定露点(间接)和不定露点(直接)的控制方法。定露点法是采用使空气经喷水室后或喷水表面冷却器后露点相对恒定的方法，使空调房间内空气的相对湿度保持在一定范围内。自动控制点的露点一般是由空调系统设计时确定的。由于定露法不能反映室内余湿量或相对湿度的变化，存在着室内湿度的偏差，故此种方法一般用于室内余湿量变化幅度较小的场合。 不定露点的直接控制方法，即用在房间内及回风管内安装的相对湿度传感器，测量和调节系统中相应的执行机构，以达到空调房间内相对湿度控制的目的。在夏季，由于空气湿度较大，需要降低湿度;而冬季由于空气干燥，又需要加大湿度。这两种功能可分别由水冷式表面冷却器和蒸汽加湿来实现。水冷式表面冷却器的去湿控制的原理其实就是冷却，由于相对湿度较大的空气其露点温度高。空气冷却降温后，水蒸汽结露为水，从而降低空气的湿度。在冬季空气干燥或夏季高温处于冷却模式时，基本都不需要强制去湿。而当温度不高，而湿度较大时，则根据室内湿度探测器的信号与设定值比较，根据其差值，调节冷冻水阀门开度，强制启动制冷模式，调低冷却器出口的空气温度以满足去湿要求。此时，由于送风温度偏低，为满足室内温度要求，根据温度探测器的信号，可能要启动蒸汽加热功能，以补偿温度的偏差。其工作原理如图2。图2 水冷式表面冷却器的去湿控制采用蒸汽加湿空调系统，喷蒸汽加湿的控制是由装于室内的相对湿度传感器ME、电动双通调节阀MV、及相对湿度调节器MC组成。它在调节过程中，根据湿度传感器所测得的室内相对湿度值，由调节器进行比较、放大后发出调节信号，使电动调节阀动作，改变喷入空气中的蒸汽量，达到调节室内湿度的目的。示意图如图3所示。图3 喷蒸汽加湿控制2. 空调控制系统的要求 为达到要求的控制精度且便于用户使用，中央空调控制系统必须完成以下主要功能: (1)空调区域温、湿度检测与显示。根据空调区域的面积，采用若干个温、湿度传感器，将其信号取平均值计算。空调区域温、湿度的自动控制。 (2)新风温、湿度检测与显示。 (3)送、回风机运行状态(开机/停机)显示，及其启停控制(可通过自动和手动两种方式)、过载故障报警。 (4)送、回风机与防火阀联锁，发生火灾时防火阀报警并自动关闭送、回风机与风阀。 (5)过滤器过阻报警，提醒运行人员及时清洗更换过滤器。 (6)自动调节表冷器或加热器上的三通阀和电动风阀的开度，以调节冷冻水或蒸汽的流量。中央空调系统对控制系统的要求一般可概括为对控制区域的温湿度、新风量、冷冻水流量的控制等几个方面。其中，空气处理机组是指集中在空调机房的集中式空气处理设备，包括送、回风机、过滤器、冷却器或加热器、加湿器等，它是整个中央空调系统的重要组成部分和核心。控制的目标是将室内的温湿度参数保持在适宜的水平，并且尽量使系统的能耗最小。3. 空调监控系统的构成本论文讨论采用Lonworks现场总线控制系统。Lonworks现场总线技术的特点是可靠性高、便于容错、全数字化、通信距离长、多节点、通信方式灵活、造价低廉、抗干扰能力强。本系统中用分布在现场被控设备处的多台智能控制器(其核心为神经元芯片)实现对被控设备的实时监控。由于智能控制器分布在现场，控制功能较为明确，同时任何一台智能控制器发生故障都不会影响其它设备的正常运行，大大缩小了故障或事故的影响范围，因此，可靠性大大提高。 它可将数据检测、数据处理、系统监控相结合。它主要由PC机、现场智能节点、网络适配器、路由器和通信介质等组成，由现场总线担任过程现场与安装在控制室中的PC机之间的串行数字通信链路。由于现场总线是基于数字通信的，因此在现场与控制室之间，能实现多变量双向通信。路由器通常只有中继器及不同通信介质间信息转换的功能，传输的距离受节点中收发器类型的限制。1）网络监视用 PC机主要实现网络管理方面的各种功能，监视和管理所连子网及所有现场智能节点，包括温湿度节点、登录节点，监视节点的运行状态，管理显示屏幕，实现对某些节点的手动操作或控制等。2）网络适配器 它是控制网络与PC机以及具有数据通信功能的仪器、仪表之间相互连接的接口。网络信息可以通过该网络适配器进、出PC机，这样能充分发挥PC机的显示和计算能力，使PC机成为控制网络的一个组成部分。通过PC机的人机界面，完成收集和监视各个现场节点的信息，实现数据计算、执行控制节点动作等操作。 3)现场智能节点 它们是一些带有Neuron芯片的、能进行现场数据(开关量、模拟量)采集和处理的、且具有可靠网络通信功能的现场智能装置。提供有数据测量、数据处理、过程监视和过程控制等功能。可以直接与工业生产过程如温湿度传感器、执行器)相连，进行数据采集或输出控制信息。空调监控系统主要由三级组成。监控级主要设操作员站，必要时也可加设工程师站。操作员站通过人机交互及友好的界面对整个空调系统进行集中监控和在线管理。工程师站的主要任务则是进行离线管理，如完善系统运行的组态软件和下载记录相关数据等。从智能建筑系统集成的角度考虑，管理级是较为重要的一级，其主要任务是将管理部门的决策引入到监控层的控制决策中去，实现各相关子系统间的协调与信息共享。现场控制器构成系统的第三级，其主要功能是接收安装于被控设备上的各种传感器、检测器传达的数据，按控制器内部预选设置的参数和预选编制的控制程序来进行相应的运算(如PID、延时等)，并对各被监控设备进行控制，且随时根据操作站由网络控制器发出的各种指令来调整参数或启动有关程序以改变或启动相应设备的监控。六空调系统建模1. 空调房间建模 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、控制实际系统的基础，也是解决系统工程问题不可缺少的技术手段。因此，建立有效且可靠的系统模型是我们研究空调系统的首要任务。 根据第一章中所讲的几种建模方法，我们知道被控过程可以通过分析其过程的机理，根据物料平衡和能量平衡等关系，应用数学描述的方法，建立过程的数学模型。这种方法具有较大的普遍性。同时，我们知道房间的温、湿度的值是由很多因素决定的，如室外大气的温湿度、房间外墙的结构和材料、房间的朝向、房间内发热设备的功率、人员的数量，以及人员的工作性质等。而且有些因素本身又有其不确定性，不可能通过过程辩识来准确确定空调房间温、湿度的数学模型。由于被控空调房间的空间一般均较大，其内的温湿度变化自然具有很大惰性，它自身有一定的抗干扰能力，所以决定采用机理推导的方法来建立被控过程的数学模型。（1）CAV空调系统的基本原理全空气空调系统设计的基本要求，是要向空调房间内输送足够数量的、经过一定处理了的空气，用以吸收室内的余热和余湿，从而维持室内所需要的温度和湿度。进入房间的风量按下式确定： （3-1）式（3-1）中Q为空调每小时送风所要吸收的全热余热和湿热余热，单位为KJ/h; 这里我们取=1.2，取c=1.01 ( p, c的定义见前面的符号说明)；、为室内空气温度(或者回风温度) 和送风温度，单位为。由(3-1 )式可知，当室内空气余热Q值发生变化而又需要使室内温度保持不变时，可将送风量L固定，而改变送风温度，这种空调系统称为定风量CAV ( Constant Air Volume)系统;也可将送风温度固定，而改变送风最L，这种空调系统则称为变风量VAV(Variable Air Volume)系统。因为变风量系统存在严重的藕合问题所以在我国还很少采用。本次主要研究的对象是定风量(CAV)系统。图4是典型的空调系统示意图。图4 空调房间对象.（2）CAV方式下空调房间的数学模型1.空调房间的特性分析自动控制空调系统中，空调房间的输入可归纳为两类，一类是控制器的输出p（t），称为对象的“基本扰动”或“内部扰动”。对于内扰而言，关键是确定人员密度、室内照明和设备负荷。另一类为对象的扰动作用， .，称为“外部扰动”。空调系统的外扰主要来自室外气象参数的影响。其中主要影响参数有室外温度、湿度、太阳直射辐射、风速、风向。风速和风向主要影响表面换热系数和渗透风量大小。这样在多个输入信号的作用下，对象的输出为: (3-2)式（3-2）中，为 .不变时，被控量y(t)与控制作用p(t)之间的传递函数; 为p(t)、.不变时，被控量y(t)与扰动作用之间的传递函数;.为p(t)、n1(t). 不变时，被控量y(t)与扰动作用之间的传递函数;Y(s)、P(s)、N(s) 分别为被控量y(t)、控制信号p(t)及扰动信号n(t)的拉氏变换。空调负荷(冷负荷)主要由各种传热、照明、室内发热设备、人体等散热负荷以及太阳辐射等因素构成。2.空调房间数学模型的推导 为了分析方便，我们把图4所示的空调房间室可以看成一个单容对象，在建立数学模型时，暂不考虑它的纯滞后。这里我们只考虑外表面换热系数。另外考虑到空调房间比较严密，且冷风渗透量远远较新风量小，在计算中未考虑渗透风。因此本文中外部扰动主要与室外温度、湿度、太阳直射辐射、太阳散射辐射有关四个因素有关。对于不透明的外围护结构，如外墙，各种外扰作用的影响是以传热得热的方式进行的，一般以室外综合温度来表达室外温度、太阳直射辐射、太阳散射辐射对外围护结构的综合热作用。 对于半透明的玻璃，外扰得热既有传热得热又有太阳辐射透射得热，太阳辐射透射得热是指太阳直射辐射、散射辐射等中短波辐射直接透过玻璃进入室内的热量，传热得热包括室内外温度差形成的传热量和被玻璃吸收的太阳辐射又以辐射和对流的形式进入室内的热量。另外玻璃和周围环境之间长波辐射热交换，由于玻璃对长波热辐射几乎是不透明体，因此这部分热量不会成为透射得热，可以用室外空气综合温度的形式考虑到传热计算中去。这样，窗玻璃的外扰得热计算主要是太阳辐射透射得热计算和用于计算传热得热的室外空气综合温度。根据热力学第一定律，单位时间内进入净化室的能量减去单位时间内由净化室流出的能量等于净化室中能量蓄热量的变化率。即由此可得出如下的数学表达式： （3-3）式(3-3)中r为净化室内围护结构的热阻，/KJ;为室外空气温度，其它符号同(3-1)式相同（，见前面符号说明）。3.定风量（CAV）方式下空调房间的数学模型对于定风量（CAV）方式，即固定送风量L而改变送风温度空调系统，将式3-3 )整理为:或 （3-4）式（3-4）中。其中，为净化室的时间常数（表示对象的热容和热阻的乘积，即, 其中R1为净化室的热阻，/KJ；为净化室的放大系数；为室内外干扰量换算成送风温度的变化，。式（3-4）就是净化室在定风量(CAV) 方式下的数学模型。式中和是净化室的输入参数，又称输入信号，其中起调节作用,而起干扰作用；而是净化室的输出参数，又称输出信号。调节作用至被控参数的信号联系称为调节通道，干扰作用至被控参数的信号联系称为干扰通道。在自动调节系统中，主要考虑被调量偏离给定值的过渡过程，则用增量的形式表示为: （3-5）如果式(3-4)中的为常量，即=，则有，上式称为调节通道的微分方程式。如果式( 3-4 )中的为常量，=，则有，上式称为干扰通道的微分方程式。当考虑净化室纯滞后影响时，并用传递函数来表示，则在定风量（CAV）方式下空调房间对象用一阶纯滞后的惯性环节来表示，即传递函数如图5所示为: 图5定风量系统下净化室模型的结构 （3-6）七 系统仿真与调试1.控制系统的性能指标 研究被控对象动态特性的目的是据以配置合适的控制参数，以满足生产过程的要求。 过程控制系统在运行中有两种状态，一种是稳态，另一种状态是动态。评价一个过程控制系统的工作质量，只看稳态是不够的，还必须考虑它在动态过程中被控量随时间变化的情况。评价控制系统的性能指标，要根据生产过程对控制系统的要求来制定。闭环控制系统在设定值扰动下的阶跃响应如图6所示。性能指标一般有以下几个:图6闭环控制系统在设定值扰动下的阶跃响应1.衰减比和衰减率 衰减比是衡量一个振荡过程衰减程度的指标，它等于相邻的两个同向波峰值之比，即衰减比 。 衡量振荡过程的另一指标是衰减率，它是指每经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数，即衰减率。为了保证系统有一定的稳定裕度，在过程控制中要求衰减比为4: 110: 1，这样大约经过两个周期以后就趋于稳定，看不出振荡了。2.超调量超调量是指最大动态偏差占被控量稳态变化量的百分数。对于一个良好的温度控制系统，能够抑制最人动态偏差，这样才不会产生很大的超调，才能对系统起到良好的控制效果。因此它是衡量控制系统动态特性的一个重要指标。3.残余偏差残余偏差是指过渡过程结束后，被控量新的稳态值y（）与新设定值r之间的差值，它是控制系统稳态准确性的衡量指标。4.调节时间调节时间是从扰动开始到被控量进入新稳态值5%范围内的这段时间。对于中央空调温度控制系统，也就是从给定温度设定值到房间温度稳定在要求的范围内的这段时间。它是衡量控制系统快速性的一个重要指标。2. PID控制器的基本原理常规PID控制在生产中是一种比较普遍的控制方法，常规PID控制系统原理框图如图7所示，系统由常规P1D控制器和被控对象组成。图7常规PID控制系统原理图PID控制器是一种比例、积分、微分并联的控制器。PID控制器的数学模型可以用下式表示:式中：u(t): 控制器的输出; e(t): 控制器输入，它是给定值和被控对象输出值的差，称偏差信号; : 控制器的比例系数; TI : 控制器的积分时间; TD : 控制器的微分时间。在PID控制器中，它的数学模型由比例、积分、微分三部分组成。这三部分分别是:(1)比例部分比例部分数学表达式表示为: 在比例部分，比例系数越大，则过渡时间越短，控制结果的静态偏差也越小;但越小，也容易产生振荡。因而，比例系数选择必须适当，才能取得过渡时间少，静态偏差小而又稳定的效果。（2)积分部分积分部分的数学表达式为 从积分的数学表达式可以知道，只要存在偏差，则它的控制作用就会不断增加。只有在偏差e(t)=0时，它的积分才会为一个常数，控制作用才是一个不会增大的常数。可见，积分部分的作用可以消除系统的偏差。积分时间不对积分部分的作用影响极大。当TI较大时，则积分作用较弱，这时，系统的过渡过程不易产生振荡，但是消除偏差所需的时间较长。当TI较小时，则积分作用较强，这时系统过渡过程中有可能产生振荡，但消除偏差所需的时间较短。(3)微分部分微分部分数学表达式表示为: 微分部分的作用强弱由微分时间TD决定。TD越大，则它抑制e（t)变化的作用越强，TD越小，它反抗e（t）变化的作用越弱。它对系统的响应速度有很大的影响。 PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈控制用该方法或其较小的变形来控制。PID调节器及其改进型是在工业过程控制中最常见的控制器，尽管许多先进控制方案不断推出，但PID控制器以其结构简单，易于操作等优点，仍被广泛应用于冶金、化工、电力、轻工和机械等工业过程控制中。3. PID参数整定当一个控制系统实际安装完成后，系统各个环节以及被控对象各通道的特性就不能再改变了，而唯一能改变的就是调节器的参数，即调节器的比例度、积分时间TI和微分时间TD。通过改变这三个参数的大小就可以改变整个系统的性能，获得较好的过渡过程和控制质量。调节器参数整定的目的就是按照已定的控制系统，求取控制系统质量最好的调节器参数。 控制器参数的整定方法归纳起来可分为两大类，理论计算整定法与工程整定法。从原理上讲，理论计算整定法比工程整定法更能实现控制器参数的“最佳整定”，但无论是用解析法还是实验测定法求取的过程数学模型都只能近似反映过程的动态特性，因而理论计算所得的整定参数值可靠性不高，在现场使用中还需进行反复调整。相反，工程整定法虽未必能达到“最佳整定参数”，但由于使用者不需要知道过程完整数学模型，使用者不需要具备理论计算所必须的控制理论知识，因而简便、实用，易于被过程技术人员所接受并优先采用，但并不意味着理论计算整定法就没有价值了。恰恰相反，通过理论计算，有助于人们深入理解问题的实质，减少整定工作中的盲目性，较快地整定到最佳状态，尤其在较复杂的过程控制系统中，理论计算是不可缺少的。此外，理论计算推倒出的一些结果正是工程整定法的理论依据。4.温度控制系统PID控制仿真前面建立了空调系统各环节的数学模型，前几节又分析了控制过程的性能指标，下面利用Matlab，我们就可以对控制系统进行仿真研究。1.单回路PID控制仿真 根据建立的控制系统各个环节的数学模型，利用Matlab仿真软件建立整个控制系统的结构图,由于调节阀的时间常数相对于房间和表冷器的时间常数很小，故在仿真时忽略调节阀环节，这样温度控制系统便是一个典型的二阶系统。本次研究的各环节参数参照文献中央空调集散控制系统的研究中实际工程数据。因此研究此二阶系统更具有普遍意义。根据前一章中的PID控制器的参数整定知识，调整PID的参数值直到取得满意的响应曲线。其中房间温度的设定值为20，仿真时间为50OOs, PID控制器的采样时间为1s。得到的响应曲线如图8所示。(注意:除特殊标注外，论文中响应曲线的仿真图横轴均为时间轴，单位为秒；纵轴均为温度轴，单位为 。)图8单回路PID控制响应曲线2. PID控制抗干扰性仿真 在控制系统中，要求系统有很好的抗干扰性，我们这里主要考虑房间人员和仪器设备的使用情况的干扰，选用信号发生器产生干扰信号，来研究系统对突加干扰的动态响应。在系统稳定后，T=3500秒时加个持续时间为5分钟，幅值为2的信号来模拟房间干扰，加干扰时的仿真图如8所示，干扰信号如图9所示，响应曲线如图10所示。图9 房间所加的干扰信号 图10 房间加干扰后的响应曲线 由图10可知，单回路P1D控制系统，当参数整定好后，系统能够进行自我调节，有一定的抗干扰性。而且可以看出PID控制具有一定的适应性。但是，当考虑新风干扰，及送风管道的干扰以及空调房间内的大量热源设备干扰时，PID控制就很难再起到很好的调节作用。同时，在世界各国尤其是我国能源极度紧张的情况下,节能问题也显的尤为突出。又PID控制有很大的超调，这很不利于节