【《变风量空调的PID控制分析案例》2800字】

变风量空调的PID控制分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u23123变风量空调的PID控制分析案例 1276781.1PID控制理论研究 1253401.2PID控制器参数整定方法 2157601.3PID串级控制系统的建立 3257191.4传统PID控制系统仿真研究 7PID控制理论研究为了有效地实现控制该系统,系统能够通过测量偏差的一个比例作用,即时地产生一个调节变化,以有效地保证它的快捷性;通过将偏差计算结果进行积分,可以大幅度地提高自动化控制系统的准确率,并把系统的响应平均值固定到一个设定点。通过对偏差方程式进行微分,可以有效地消除该系统中的惯性效应。PID基本构造图如下表所示。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s11PID控制器图4.1中,e(t)为偏差的一个输入,u(t)为一个控制变换器测得的偏差输出。输入和输出之间的相互关系就是三个基本的调节方法规律相互叠加,即：(4.1)整理后，得：(4.2)由式（4.2）可以推导出PID的传递函数如下：(4.3)式中，——比例系数；——积分时间常数；——微分时间常数。PID控制器参数整定方法自动控制系统除了准确地进行设计和构造外,最主要的是调整PID控制器的三个参数。控制器的参数调节整定的一个本质目标就是在控制效果能够满足既定系统的要求时,得到一个控制器的参数。常见的PID整定的方式有下面几种：（1）理论计算整定法：需要清楚地了解每一个被控对象和整个控制器系统的特点,对整个控制器系统的结构进行了理论建模,并根据这些设计参数来求解控制器的各种设计参数。理论上计算和设置方法对模型精度的要求很高,求解时间复杂,难以完全掌握,在机械领域无法迅速获取参数。（2）工程整定法：根据有关工程师的理论和实践操作经验,结合了被控对象的功能特点和控制要求,在工程现场调整了控制器的各种参数。由于工程整定方法容易被学习和记忆,不需要复杂的理论计算,对于操作者的技术要求也不高,因此已得到了广泛的应用。经常采用的建筑工程整定方式主要有经验试差法、Z-N法、临界比例带法(稳定边界法)和响应曲线法,各有优缺点和适用条件。在真实的应用中,对工程整定的方法所获得的各种控制器参数都需要进一步的修改,让控制系统的控制效果能够应对实际需求。结合上述内容，本文决定使用临界比例带法对PID进行计算。表STYLEREF1\s4.1临界比例度法控制器类型∆(1/TTP2--PI20.85-PID1.70.50.13PID串级控制系统的建立本文选择一种新型的与压力无关的终端可以控制的系统来监测空调各房间内部的温度。常规PID串级自动化控制系统所带来的、结构简单、调试方便、运行稳定性良好等优势。控制系统的辅助控制器可以采用P(比例)调节来代替PI(比例式积分)的调节,电动调节阀的传递函数就是一个比例式积分的过程。如果增加一个积分的过程,系统的类型就会得到一些改进,系统的稳定性也就会大大降低,积分的调节就会频繁地产生电动调节阀的自动控制和转动信号,必然也就会大大降低这个调节阀的质量和使用寿命。主控制器选择PID控制。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s12PID串级控制系统结合2.2.1节中所有部分建立的VAV及各末端控制装置各个主要工作原理环节的时间数学计算模型,选择电动液压调节整流阀的各个工作时间常数分别为30,风量、温度传感器各自的各个工作时间常数的值分别为1、30,各自的传递函数计算公式根据列表显示如下：电动调节阀传递函数：风量传感器传递函数：温度传感器传递函数：根据3.2.2节,VAV末端控制系统中的空调机组在房间内的调节通道输出送风量和干扰频率时的传递函数和室内温度时的干扰频率时输出传递函数和频率时的传递函数分别表达式为如下图所示：调节通道传递函数：干扰通道传递函数：综上,VAV的末端温度控制器的系统主要控制图设计如下所示:图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s13末端系统控制图（1）控制器的末端温度调节系统的副回路控制器进行温度调节的参数测量整定工作流程如下：VAV末端系统的风量副回路仿真模型结构如下所示。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s14末端系统副回路模型图4-3中P副控制器仿真模型如下所示。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s15P副控制器控制器模型从副回路的一个脉冲输入端开始发出一个简单的单位阶跃响应脉冲信号,并且开始对其中p控制器信号进行比例整定,当这个比例响应系数中的kp较大时,系统响应曲线如下图所示。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s16当kp=50时系统阶跃响应振荡过大当比例系数KP较小时，系统响应曲线如下图所示：图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s17当kp=5时系统阶跃响应速度太慢不断地对p控制器中一个比例系数kp进行测试凑和调整后,选择合适的尺寸,此时系统响应曲线图如下图所示。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s18当kp=10时系统阶跃响应系统稳定从对于图4.6的系统阶跃响应分析我们可以清楚地看出,当kp=50时,系统的超调量较大,在这个调节期内的过程不稳定。当kp=5时,从图4.7中我们可以清楚地看出,调整后的过程几乎不会发生超调,但是系统的过渡进行耗时更为漫长。当kp=10时,从图4.8可以清楚地看出,风量调节稳定,几乎没有发生超调,系统过渡时间短,控制效果好。因此,将次回路P副控制器的比例系数KP取为10。（2）主回路室内温度控制系统的末端室内温度控制器主回路的参数调节整定工作过程如下所示：采用如下图所示的PID参数整定模型，对PID进行参数的整定。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s19PID参数整定模型PID参数整定模型中PID控制器模型如下图所示。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s110PID控制器模型PID参数整定步骤如下：①将系统PID的最大功率积分系数p与时间功率ti同步调至最大,即设为ki=kp/ti=0,积分系数时间设定为0;再将微分时间系数td同时调至最小,即设为kd=kp*td=0,微分系数时间设定为0;此时的微分主控制回路是由子系统PID微分电路模拟系统结构设计如下图。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s111临界比例带过程模型②适当地调节PID控制器中比例系数kp(kp=1/δ)的大小,直到系统进行一个等幅频率的阶跃响应而呈现相应的等幅振荡。经过多次反复的整定,当kp=4.3时,即临界频率比例因子δk=1/4.3时,系统中一个单位的阶跃响应就会呈现一个等幅振荡的过程,由此我们可以通过计算求得临界振荡周期tk=277。③将已在步骤②中通过求得的临界振荡比例周期因子度量δk和临界振荡周期因子tk分别带入4.2节点的示意图4.1临界时的比例因子度量算法在上述经验计算公式中,计算可以得到相应的参数：进而可以计算出PID控制器的积分系数Ki、微分系数Kd：图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s112PID控制器参数传统PID控制系统仿真研究对如图4.13所示的仿真模型进行了仿真和研究。首先在空调房间的温度设定值为32℃时对其进行没有任何干扰的温度控制,随后把空调房间的温度设定值确认为26℃,得到了如图4.14所示的房间的温度仿真曲线。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s113无干扰PID控制仿真模型图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s114房间温度32℃-26℃无干扰PID控制下房间温度仿真由图4.14所示，采用PID控制，在无干扰的情况下房间温度在2324s左右稳定在26℃。房间的最低气温一般会出现在913s,温度大约为25.1℃,与我们所设定的最高气温值26℃相比,超调量大约为0.9℃,超调15%。为直观的对于干扰信号在人为作用下形成PID控制处理器控制处理效果相关问题进行了深入研究,将干扰信号在各通道进行替换后形成人为添加的模拟干扰,系统采用仿真的控制模型系统结构如图4.15所示,仿真的系统结果设计见图4.16所示。图STYLEREF1\s4.15有干扰PID控制仿真模型图STYLEREF1\s4.16t=3000-3500s时加入斜率为0.2%干扰的PID房间温度仿真由仿真结果图4.16可以清楚地看出,采用PID,在3000-3500s时对整个房间进行加入热扰动,房间的温度在4575s左右重新稳定到26℃,干扰后的