空调温度控制系统

目录第一章过程控制过程设计任务书.2一、设计标题.2二、进程说明.2三、主要参数.2四、设计内容和要求.3第二章空调温度控制系统的数学建模.4第一，恒温器的微分方程.4二、热水加热器的微分方程.6三、敏感元件和变送器微分方程.7四、敏感元件和变送器差分特性.8五、执行器特性.8第三章空调温度控制系统设计.9一、进程说明.9二、决定控制方案.10三、恒温级联控制系统工作过程.13四、选择组件.13第四章单回路系统的MATLAB仿真.17第五章设计概要.19第一章过程控制课程设计使命声明一、设计主题：空调温度控制系统建模与仿真二、进程说明设计背景是中央空调系统的冬季温度控制部分，如图所示，简化了系统图。该系统由空调室、送风、鼓风机、加热设备、调节阀等组成。为了节约能源，将一些室内循环风与室外新鲜空气混合使用，这两者的比例由空调过程决定，假设整个冬天保持不变。用两个蒸汽盘管加热器1SR，2SR加热混合空气，加热的空气通过鼓风机供应到空调室。此设计假定送风量保持不变。设计的主要任务是根据选定的控制方案建立控制系统的数学模型，然后使用MATLAB仿真控制系统，总结仿真结果的分析、比较、不同控制方法和不同调整规律对室温控制的影响。三、主要参数(1)恒温器：不考虑纯粹的延迟时：容量系数C1=1 (kca/OC)送风量G=20(单位/小时)空气比热C1=0.24(kca/32;oc)封套热阻r=0.14(时间OC/千卡)(2)热水加热器 Sr， Sr:不考虑容量延迟，而是作为单个容量对象处理。时间常数T4=2.5(分钟)放大倍数K4=15 (OC时间/)(3)电气控制阀：比例系数K3=1.35(4)温度测量链接：比例连结处理，比例系数K2=0.8(5)调节器：根据控制系统计划，可以使用PI或PID调整规则。调节器参数根据过程控制系统工程设置原则与仿真一起确定。四、设计内容和要求1.流程建模机构分析用于建立上述每个链接的数学模型。2.系统设计分别用单回路系统和串行系统方案配置控制系统，绘制控制流程图和系统框图。3.设定调节器参数利用MATLAB仿真方法，根据过程控制系统调节器参数工程设置方法，确定了单回路系统控制器参数。4.模拟分析对于单回路系统，以加热器 Sr热水流量变化为主干扰，通过阶跃干扰下的模拟，分析了比较调节器参数变化对系统的影响。级联控制系统仿真(可选)利用MATLAB仿真方法，根据过程控制系统调节器参数工程设置方法，确定级联系统控制器参数，并将干扰仿真分析与单回路系统进行比较。6.设计报告主要包括：机构分析建模过程分析流程流，确定控制方案，绘制控制流程图，方块图，说明其工作方式。用MATLAB仿真实现单回路系统调节器参数设置过程单回路系统MATLAB仿真级联系统MATLAB模拟(可选)单回路系统与级联系统的MATLAB仿真比较(可选)设计摘要第二章空调温度控制系统的数学建模一、温控器的微分方程为了便于研究，将图表中显示的温度调节器看作单个容量对象，建立数学模型，而不考虑纯滞后现象。1.微分方程的列写根据能量守恒定律，在单位时间内进入温度调节器的能量减去单位时间内温度调节器产生的能量等于温度调节器能量存储量的变化率。也就是说上述关系的数学表达式如下：(2-1)中-温度调节器容量系数，包括室内空气热储存和设备和维护结构表面的热储存(kcal/)；-室内空气温度、回风温度()；-送风量(千克/小时)；-空气的比热(千卡/公斤)；-进气温度()；-室内发热量(千卡/小时)；-室外空气温度()；-温控器包络的热阻(小时/千卡)。将样式(2-1)清理为：(2-2)或(2-3)中-恒温的时间常数(小时)。-温控器的热阻(小时/千卡)-温控器放大系数()；-室内和室外干扰转换为送风温度的变化()。式(2-3)是恒温温度的数学模型。中间和是恒温的输入参数或输入量。恒温输入参数或调整后的量。输入参数是导致调整更改的因素，在调整时用作干涉。对出口量的输入量的信号联系称为通道。对调节的信号连接的干扰称为干扰信道。调整后的信号调整后的信号连接称为调整通道。样式中的常量，即(2-4)样式中的常量，即(2-5)这个式子变成了只有调节量和扰动量的微分方程。此表达式也称为温控器干涉通道的微分方程。2.增量微分方程的列写自动调整系统主要考虑从给定值调整的值的变化过程，因此经常会寻找调整后增量的变化过程。因此，必须研究增量方程式的列写。所谓增量方程式是输出参数增量和输入参数增量之间关系的方程式。如果恒温器在切换，则：c0 f0=a0 (2-6)，(2-7)具有项目增量的样式将格式(2-7)替换为格式(2-3):(2-8)将格式(2-6)替换为格式(2-8):(2-9)中间(2-9)是恒温增量微分方程的正则表达式，其形式显然与样式(2-3)相同。对于牵引转换，恒温器可用的传递函数为：(2-10)二、热水加热器对象的微分方程如上所述，水加热器可以是具有2容量背面的双容量对象，为了简化研究问题，可以将图2-7水加热器看作是容量后面的单容量对象。这里不考虑纯滞后，水加热器对象特性用以下微分方程说明。中-水加热器后空气温度的变化()；-水加热器的时间常数(小时)；-热水流量变化(/小时)；-水加法器前的空气供应温度变化()；-进入水加热器的热水温度的变化引起的热量变化合成送风温度的变化()；-水加热器的放大系数()。他的物理意义是热水流转变为一个单位时发生的热量变化史和送风温度的变化。热水器的前送风温度恒定，进水加热温度恒定，自下而上获得热水加热器1SR对象调节通道的微分方程如下：(2-11)热水加热器之前，送风温度恒定，流入加热器的热水流变为常数。也就是说，可以获得上述热水加热器2SR的对象调整通道的微分方程如下：(2-12)使用上加热器1SR和2SR池转换时，两个传递函数的传递函数为：(2-13)(2-14)三、敏感元件和变送器的微分方程敏感部件和变送器也是自动调节系统的重要组成部分。自动调节系统的“感觉器官”，即调节器，根据特殊信号工作。1.敏感元素的微分方程根据热平衡原理，热阻每小时由周围介质吸收的热量和每小时由周围介质引入的热量相同，因此没有套管热阻的热平衡方程如下：(2-15)中-热阻热容量()；-热阻温度()；-介质温度()；-介质对热阻的传热系数()；-热阻的表面积()；基准(2-16)对于敏感组件的放大系数，自下而上可以写为(2-17)正常-时间常数，是敏感元件的热阻系数()。时间常数通常比物件的时间常数小。如果重要元件的时间常数小到可以忽略的程度，则样式为(2-18)变送器特性和微分方程使用电气装置仪表时，一般应将测试的信号转换为集成0-10ma电流信号，使用气动装置仪表时应转换为集成0.2-1.0kg cm 2信号。他们转换时的时间常数和延迟时间都很小，可以省略。所以实际上是放大的链接。发射器特性现在可以用以下表达式表示：(2-19)中-变送器成比例变化的相应信号()；-敏感组件反映的测量参数(温度)()；-发射器的大系数。四、敏感部件和发射器特性敏感元件是主要惯性元件，2变送器是比例环，表达式(2-19)被2-16取代。(2-20)相应的增量表达式：(2-21)如果您可以省略重要元件的时间常数的数值与物件常数的比率，则：(2-22)敏感元件和发射器的这一段可以看作是比例环。使用传感器和变送器微分方程的全转换，可以使用以下传递函数：(2-23)五、执行器特性执行器是调节系统的重要组成部分，将其比作过程自动化的“手和脚”。其特性也直接给系统的调节质量留下了印象，可以根据流量平衡关系列出气动执行器的微分方程如下：(2-24)中气动执行器的时间常数(分钟)；-假定薄膜容量系数和常数；-从调节器到调节阀导管的阻力系数。W-热水流()；P-调节后的气压信号()；-流量系数；-致动器弹簧的弹簧系数；在实际应用中，一般将气动调节阀作为一级惯性环处理，其时间常数在几秒到几十秒之间，对象时间常数大的话，气动调节头可以作为放大环处理，简化调节系统的微分方程如下：(2-25)(2-26)中气动控制阀的大系数。使用传感器和变送器微分方程的全转换，可以使用以下传递函数：(2-27)第三章空调温度控制系统设计一、进程说明设计背景是中央空调系统的冬季温度控制，如图1所示，系统图简化，控制过程如图2所示。该系统由空调室、送风、鼓风机、加热设备、调节阀等组成。为了节约能源，将一些室内循环风与室外新鲜空气混合使用，这两者的比例由空调过程决定，假设整个冬天保持不变。