建筑自動(dòng)化上機(jī)報(bào)告

恒溫恒濕房間的仿真模擬控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告院系__環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院___專業(yè)班級(jí)____建環(huán)1302班___姓名____黃瓊海______________學(xué)號(hào)___U201315925___________指導(dǎo)教師___徐新華_______________2016年5月13日控制對(duì)象與控制要求；本次模擬仿真的目的是要滿足在秋（過渡季）、夏、冬三季的溫濕度控制。其中濕度為相對(duì)濕度，因?yàn)闇囟扰c相對(duì)濕度的耦合關(guān)系，而且在實(shí)際工況中，對(duì)溫、濕度又有不同的精度要求，因此我們只需要在溫濕度中選取其中一個(gè)進(jìn)行精調(diào)，另外一個(gè)滿足一定條件即可。我們要做的工作便是在上述外界環(huán)境下，分別對(duì)溫濕度進(jìn)行控制。溫度控制：，；濕度控制：，在模擬過程中，對(duì)于各季環(huán)境差異，我們主要考慮的是環(huán)境溫度的不同，即顯熱負(fù)荷的差異。同時(shí)，我們假設(shè)各種條件下房間內(nèi)的產(chǎn)濕都是相同的，這主要是基于室內(nèi)設(shè)備、人員沒有變化。本次實(shí)驗(yàn)主要是利用MATLAB中Simulink仿真模型模擬恒溫恒濕機(jī)組在各種工作環(huán)境下的運(yùn)行情況。我們需利用Simulink仿真模型模擬恒溫恒濕機(jī)組在各種工作環(huán)境下的運(yùn)行情況，通過仿真實(shí)驗(yàn)找到合適的控制策略，實(shí)現(xiàn)房間里的恒溫恒濕控制。控制方法：先粗調(diào)，后精調(diào)；由于所用控制器件的慣性及精度影響，很難在第一刻就能使調(diào)節(jié)后的空氣溫濕度達(dá)到要求。而且處于保護(hù)設(shè)備和節(jié)能的角度考慮，我們沒有必要總使設(shè)備運(yùn)行在滿負(fù)載工況下，同時(shí)避免在很小的區(qū)域內(nèi)由于控制目標(biāo)的波動(dòng)而使其頻繁啟停，同時(shí)還得兼顧進(jìn)行微調(diào)所能達(dá)到的幅度，因而根據(jù)設(shè)備自身參數(shù)要求，設(shè)定一個(gè)合適的粗調(diào)區(qū)是很重要的。將本次實(shí)驗(yàn)的粗調(diào)區(qū)設(shè)置為t=23±1℃，φ=60%±10%，如下圖所示：我們將將空氣狀況分為6個(gè)區(qū)。在藍(lán)色區(qū)域以外的工況下，所有設(shè)備均按要求全負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)入藍(lán)色區(qū)域后再進(jìn)行精調(diào)?？諝鉅顩r設(shè)備①②③④⑤⑥加熱器√√√加濕器√√√表冷器√√√由于溫度與相對(duì)濕度的相互耦合關(guān)系，在溫度低、相對(duì)濕度大的情況下，完全可以通過只需開啟加熱器的方法來達(dá)到升溫和降濕的雙重效果。因此，我們須首先進(jìn)行絕對(duì)濕度控制，通過焓濕表先查出23℃，60%工況下的，再定出其1%與10%偏差時(shí)的絕對(duì)濕度，用所測(cè)到的空氣絕對(duì)濕度減去，得到濕度差，與設(shè)定范圍上下限的進(jìn)行比較，確定設(shè)備的開啟。這樣做的好處是可以在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到濕度控制，當(dāng)絕對(duì)濕度達(dá)到一定范圍時(shí)，加濕器就不用再開了，可以節(jié)省能量。但其缺點(diǎn)就是由于所要達(dá)到的最終結(jié)果是相對(duì)濕度的控制，而且不同溫度、相同下對(duì)應(yīng)的是不同的，這樣即使達(dá)到了精度要求，但溫度還需調(diào)節(jié)，溫度的變化必然導(dǎo)致的變化，而在上是體現(xiàn)不出的（如果空氣只是加熱的話），即使是用表冷器降溫，的變化與的變化趨勢(shì)是截然相反的（減少，同時(shí)溫度降低，增大），控制上很不方便、也不直觀。因此在微調(diào)區(qū)我們要采用控制相對(duì)濕度的辦法。因此比較好的控制方法是，在粗調(diào)區(qū)用來控制，精調(diào)區(qū)再轉(zhuǎn)而控制的變化。這樣既能達(dá)到節(jié)能的目的，又可以簡(jiǎn)潔、明了地實(shí)現(xiàn)精度控制。（我們?cè)诜抡婺M中采用的是控的方式，這種方法比較直接，但在局部區(qū)域可能會(huì)使得能耗加大）。在MATLAB的Simulink模擬模型中，運(yùn)用ctrl.m進(jìn)行粗調(diào)。再通過ctrl_T.m和ctrl_D.m分別完成對(duì)溫度和濕度的精確控制中精調(diào)過程。在精調(diào)過程中，由于所給出的設(shè)備模型不具有較大的延遲性，從我們得出的結(jié)果看，達(dá)到給定的溫濕度設(shè)定值(實(shí)際上是設(shè)備的啟停狀態(tài)變化)后，設(shè)備對(duì)空氣的影響作用就變得很小，因此在精調(diào)時(shí)，我們?nèi)匀恍枰诰{(diào)區(qū)中給出一個(gè)范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)部空氣不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)即滿足要求，在環(huán)狀區(qū)域內(nèi)再進(jìn)行精調(diào)。但在實(shí)際的Simulink模擬模型中，我們不可能直接將溫濕度調(diào)節(jié)到我們理想的控制要求，我們對(duì)ctrl_T.m和ctrl_D.m需要不斷進(jìn)行修正，直到得到符合我們實(shí)驗(yàn)要求的溫濕度范圍。詳細(xì)控制算法1、溫度控制實(shí)現(xiàn)方法：由于控制的過程最終是給被控器件一個(gè)0－1信號(hào)，如果是0，則表示該儀器停止運(yùn)行，如果是1，則表示該儀器運(yùn)行。例如，如果要精調(diào)溫度，我們就以溫度作為程序控制的主線。當(dāng)實(shí)測(cè)溫度與設(shè)定溫度的差大于0.1度時(shí)，我們分以下三種情況進(jìn)行處理：當(dāng)實(shí)測(cè)濕度（相對(duì)）與設(shè)定值的差大于8％，即濕度偏大時(shí)，應(yīng)當(dāng)開啟表冷器進(jìn)行制冷除濕。當(dāng)實(shí)測(cè)相對(duì)濕度與設(shè)定值的差小于-8％，即溫度偏高、濕度偏低時(shí)，應(yīng)當(dāng)開啟加濕器和表冷器以同時(shí)降溫和加濕。而在二者之間時(shí)，說明濕度已經(jīng)達(dá)到了要求，只需要用表冷器降溫即可。同樣的道理，當(dāng)實(shí)測(cè)溫度與設(shè)定溫度的差小于-0.1度時(shí)，也是仿照上面的情況分成三種情況進(jìn)行討論，在程序中有說明，這里就不贅述了。需要特別說明的是，我們?cè)诳刂七^程中特別選定了一個(gè)正負(fù)0.01度的一小段溫度范圍作為過渡區(qū)，在這個(gè)區(qū)中的時(shí)候只要濕度在我們?cè)试S的最大范圍內(nèi)，我們就不用對(duì)空氣再做任何的處理，這樣可以節(jié)約一部分能量。同時(shí)，介于這個(gè)過渡區(qū)與粗調(diào)區(qū)之間的就是我們的精調(diào)區(qū)。處于精調(diào)區(qū)的空氣溫度已經(jīng)在設(shè)定范圍內(nèi)，我們的目標(biāo)是讓它更加接近設(shè)定值，同時(shí)將不再控制范圍內(nèi)的濕度控制在設(shè)定范圍內(nèi)。因此，對(duì)于處于精調(diào)區(qū)的空氣在進(jìn)行溫度處理時(shí)，均采用前面的積分公式算出需要的加熱量，然后與7.5Kw的加熱器進(jìn)行比較，得到需要在一個(gè)周期內(nèi)加熱的比例，然后把這個(gè)比例轉(zhuǎn)換成占空比信號(hào)傳給加熱器。對(duì)于表冷器我們也采用了類似的方法。不同的是，為了簡(jiǎn)化問題，我們直接利用需要降低的溫度與表冷器一次的降溫量進(jìn)行比較得到需要加熱的比例，然后再轉(zhuǎn)換成占空比信號(hào)傳遞給表冷器進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。至于加濕器，我們假設(shè)它的工作周期為150秒（即150秒內(nèi)只能啟動(dòng)一次），通過用給定的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它在150秒內(nèi)可以將同溫度空氣的相對(duì)濕度增加10％，于是我們直接將需要的加濕量與之比較得到一個(gè)周期內(nèi)需要的加濕比，再轉(zhuǎn)換成占空比信號(hào)傳給加濕器。2、濕度控制的實(shí)現(xiàn)濕度的控制與溫度類似，只是在粗調(diào)的時(shí)候要以濕度為標(biāo)準(zhǔn)，先將濕度調(diào)整到我們需要的范圍內(nèi)，然后再對(duì)溫度的不同情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在進(jìn)入精調(diào)區(qū)后，我們采用加熱器和加濕器對(duì)濕度進(jìn)行精確控制。加熱器可以在溫度低而濕度大的時(shí)候達(dá)到升溫除濕的目的，而加濕器則只要是當(dāng)濕度偏低時(shí)將濕度拉回設(shè)定范圍。具體方法由于和溫度控制類似，此處不再詳述。3、Matlab程序中子程序介紹：（1）Ctrl：溫濕度粗調(diào)程序，將室內(nèi)房間溫濕度的可調(diào)范圍控制早粗調(diào)區(qū)（Δt=±1℃；Δd=±0.1）。（2）Ctrl_T:溫度精調(diào)程序，將室內(nèi)房間溫濕度的變化范圍控制在Δt=±0.1℃；Δd=±0.07。（3）Ctrl_D：濕度精調(diào)程序，將室內(nèi)房間溫濕度的變化范圍控制在Δt=±0.6℃；Δd=±0.01。（4）TDtofai：由溫度，含濕量求得相對(duì)濕度的程序。（5）TDtoTsfai：由溫度，含濕量求得濕球溫度的程序。（6）TsfaitoTD：由濕球溫度求得該狀態(tài)下的含濕量的程序?？刂屏鞒炭驁D；▲控制流程框圖▲Simulink程序框圖▲房間框圖▲控制模塊框圖模擬結(jié)果（三個(gè)季節(jié)）室內(nèi)溫濕度及設(shè)備開啟狀態(tài)等；模擬實(shí)驗(yàn)的時(shí)間為5000s，分別將三個(gè)季節(jié)下，粗調(diào)、溫度精調(diào)、濕度精調(diào)的含濕量、溫濕度、設(shè)備開啟狀態(tài)的結(jié)果圖表列出。1、夏季（環(huán)境溫度為32℃）（1）粗調(diào)結(jié)果▲含濕量隨時(shí)間的變化曲線▲溫度t和相對(duì)濕度φ隨時(shí)間的變化曲線▲設(shè)備啟停狀況溫度精調(diào)結(jié)果▲含濕量隨時(shí)間的變化曲線▲溫度t和相對(duì)濕度φ隨時(shí)間的變化曲線▲設(shè)備啟停狀況濕度精調(diào)結(jié)果▲含濕量隨時(shí)間的變化曲線▲溫度t和相對(duì)濕度φ隨時(shí)間的變化曲線▲設(shè)備啟停狀況2、秋季（環(huán)境溫度為15℃）（1）粗調(diào)結(jié)果▲含濕量隨時(shí)間的變化曲線▲溫度t和相對(duì)濕度φ隨時(shí)間的變化曲線▲設(shè)備啟停狀況溫度精調(diào)結(jié)果▲含濕量隨時(shí)間的變化曲線▲溫度t和相對(duì)濕度φ隨時(shí)間的變化曲線▲設(shè)備啟停狀況濕度精調(diào)結(jié)果▲含濕量隨時(shí)間的變化曲線▲溫度t和相對(duì)濕度φ隨時(shí)間的變化曲線▲設(shè)備啟停狀況3、冬季（環(huán)境溫度為-3℃）（1）粗調(diào)結(jié)果▲含濕量隨時(shí)間的變化曲線▲溫度t和相對(duì)濕度φ隨時(shí)間的變化曲線▲設(shè)備啟停狀況溫度精調(diào)結(jié)果▲含濕量隨時(shí)間的變化曲線▲溫度t和相對(duì)濕度φ隨時(shí)間的變化曲線▲設(shè)備啟停狀況濕度精調(diào)結(jié)果▲含濕量隨時(shí)間的變化曲線▲溫度t和相對(duì)濕度φ隨時(shí)間的變化曲線▲設(shè)備啟停狀況六、結(jié)果分析1、夏季溫濕度模擬調(diào)節(jié)結(jié)果分析粗調(diào)的溫濕度比較接近設(shè)定值，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，溫度約為24℃，相對(duì)濕度φ約為59%；溫度精調(diào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，溫度約為23.2±0.3℃，相對(duì)濕度φ約為58%；濕度精調(diào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，溫度約為23.6±0.4℃，相對(duì)濕度φ約為59%。由此可見，設(shè)計(jì)的模擬函數(shù)在夏季工況下運(yùn)行，能比較精確地控制室內(nèi)濕度，使其滿足設(shè)計(jì)條件，對(duì)于溫度的控制則出現(xiàn)了較大的波動(dòng)，需要進(jìn)行進(jìn)一步修正。對(duì)于設(shè)備的啟停結(jié)果進(jìn)行比較分析，在粗調(diào)時(shí)，由于對(duì)溫濕度控制精度，因此加熱器會(huì)頻繁啟停對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。而進(jìn)入溫濕度精調(diào)后，我們可以發(fā)現(xiàn)加熱器的啟停頻率明顯減少，而只用表冷器和加濕器的啟停來控制溫濕度調(diào)節(jié)。秋季溫濕度模擬調(diào)節(jié)結(jié)果分析粗調(diào)的溫濕度結(jié)果不理想，溫度在22~24℃的范圍內(nèi)波動(dòng)，相對(duì)濕度φ超過了70%且不斷波動(dòng)；溫度精調(diào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，溫度約為22.91±0.01℃，達(dá)到了預(yù)期效果，相對(duì)濕度φ超過了70%且不斷波動(dòng)；濕度精調(diào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，相對(duì)濕度φ約為60%，達(dá)到了預(yù)期效果，溫度沒能達(dá)到穩(wěn)態(tài)且波動(dòng)較大。對(duì)于三種調(diào)節(jié)模式，加熱器的啟停非常頻繁，表冷器較少啟停。在粗調(diào)和濕度精調(diào)的情況下，加濕器啟停次數(shù)較多，在溫度精調(diào)的情況下，加濕器的啟停次數(shù)較少。由此可見，秋季情況的模擬實(shí)驗(yàn)中，主要靠加熱器的啟停來調(diào)節(jié)溫濕度。但是現(xiàn)有的溫濕度粗調(diào)程序ctrl.m、溫度精調(diào)程序ctrl_T.m、濕度精調(diào)程序ctrl_D.m并不能同時(shí)調(diào)節(jié)溫濕度至理想效果，需要加以改進(jìn)。分析過渡性季節(jié)調(diào)節(jié)誤差較大的原因：系統(tǒng)中冷水機(jī)組，組合式空調(diào)器的表冷器制冷能力不足，但再熱能力滿足要求，其運(yùn)行結(jié)果是溫度滿足要求但相對(duì)濕度偏高，或者是因?yàn)橄到y(tǒng)中冷水機(jī)組，組合是空調(diào)器的制冷能力和再熱能力都滿足要求，但運(yùn)行調(diào)試不夠完善，不能充分發(fā)揮冷水機(jī)組，組合式空調(diào)器及再熱器的作用。冬季溫濕度模擬調(diào)節(jié)結(jié)果分析粗調(diào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，溫度約為22℃，相對(duì)濕度φ約為70%，和預(yù)期狀態(tài)相比，出現(xiàn)了溫度偏低，相對(duì)濕度φ偏高的狀況，其中加熱器的啟停非常頻繁，表冷器和加濕器的啟停次數(shù)較少。溫度精調(diào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，溫度約為23℃，接近預(yù)期值，相對(duì)濕度φ約為73±2%，其中加熱器的啟停非常頻繁，表冷器的啟停次數(shù)非常少，加濕器在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)溫度后，啟停頻率也降低。濕度精調(diào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，相對(duì)濕度φ穩(wěn)定在60%左右，溫度在23±1℃范圍內(nèi)波動(dòng)，其中加熱器的啟停同樣非常頻繁，表冷器的工作時(shí)間較短，加濕器的啟停頻率基本不變，但是加濕器的工作時(shí)間變短。冬季情況下，模擬系統(tǒng)在粗調(diào)模式下溫濕度誤差較大；在溫度精調(diào)模式下，相對(duì)濕度φ偏高，需要改變調(diào)試程序ctrl_T.m以更精確地調(diào)整相對(duì)濕度；在濕度精調(diào)模式下，能保證相對(duì)濕度φ的精度，且溫度變化在允許范圍內(nèi)。綜上分析可得，粗調(diào)程序ctrl.m、溫度精調(diào)程序ctrl_T.m、濕度精調(diào)程序ctrl_D.m在夏秋冬三種情況下，對(duì)溫濕度調(diào)節(jié)的精確度各有不同。為改進(jìn)模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可針對(duì)不同季節(jié)，設(shè)計(jì)不同的調(diào)節(jié)程序，以滿足不同情況下的溫濕度需求。實(shí)驗(yàn)心得