恒溫恒濕房間的仿真模擬控制實驗報告

1、建筑自動化實驗報告題目：恒溫恒濕房間的仿真模擬控制實驗班 級： 建環(huán)1202班 姓 名： 周鵬 學 號： U201215854 指導教師： 徐新華 完成時間： 2015 年 6 月建筑自動化實驗建環(huán)1202班周鵬一、 實驗目的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?？刂茖ο鬄闇囟群蜐穸龋渲袧穸葹橄鄬穸?，因為溫度與相對濕度的耦合關系，而且在實際工況中，對溫、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進行精調，另外一個滿足一定條件即可。我們要做的工作便是在上述外界環(huán)境下，分別對溫濕度進行控制。其中溫度控制：，濕度控制：， 本次實驗主要是利用Mat

2、lab中Simulink仿真模型模擬恒溫恒濕機組在各種工作環(huán)境下的運行情況。在模擬過程中，對于各季環(huán)境差異，我們主要考慮的是環(huán)境溫度的不同，即顯熱負荷的差異。同時，我們假設各種條件下房間內的產濕都是相同的，這主要是基于室內設備、人員沒有變化。我們需利用Simulink仿真模型模擬恒溫恒濕機組在各種工作環(huán)境下的運行情況，通過仿真實驗找到合適的控制策略，實現(xiàn)房間里的恒溫恒濕控制。二、 實驗控制方法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節(jié)后的空氣溫濕度達到要求。而且處于保護設備和節(jié)能的角度考慮，我們沒有必要總使設備運行在滿負載工況下，同時避免在很小的區(qū)域內由于控制目標的波動而是其頻繁

3、啟停，同時還得兼顧進行微調所能達到的幅度，因而根據(jù)設備自身參數(shù)要求，設定一個合適的粗調區(qū)是很重要的。因此，我們的實驗控制方法是先確定一個合適的房間溫濕度粗調區(qū)，根據(jù)我們所需控制的恒溫恒濕房間的溫濕度控制要求：t=23，=60%，我們可以確定溫度的粗調區(qū)為：T=23±1，=60%±10%，如下圖所示：粗調使室內溫濕度環(huán)境滿足條件之后，便可以集中對溫濕度中的一個因素進行調節(jié)。對于溫度和濕度的控制必須有一個是精確控制，而另外一個則有一個比較寬的變化，我們分別通過ctrl_T.m和ctrl_D.m分別完成對溫度和濕度的精確控制中精調過程。但在實際的Simulink模擬模型中，我們不

4、可能直接將溫濕度調節(jié)到我們理想的控制要求，我們對ctrl_T.m和ctrl_D.m需要不斷進行修正，直到得到符合我們實驗要求的溫濕度范圍。三、 實驗控制算法1、溫度控制實現(xiàn)方法：由于控制的過程最終是給被控器件一個01信號，如果是0，則表示該儀器停止運行，如果是1，則表示該儀器運行。例如，如果要精調溫度，我們就以溫度作為程序控制的主線。當實測溫度與設定溫度的差大于0.1度時，我們分以下三種情況進行處理：當實測濕度（相對）與設定值的差大于8，即濕度偏大時，應當開啟表冷器進行制冷除濕。當實測相對濕度與設定值的差小于8，即溫度偏高、濕度偏低時，應當開啟加濕器和表冷器以同時降溫和加濕。而在二者之間時，說

5、明濕度已經達到了要求，只需要用表冷器降溫即可。同樣的道理，當實測溫度與設定溫度的差小與0.1度時，也是仿照上面的情況分成三種情況進行討論，在程序中有說明，這里就不贅述了。需要特別說明的是，我們在控制過程中特別選定了一個正負0.01度的一小段溫度范圍作為過渡區(qū)，在這個區(qū)中的時候只要濕度在我們允許的最大范圍內，我們就不用對空氣再做任何的處理，這樣可以節(jié)約一部分能量。同時，介于這個過渡區(qū)與粗調區(qū)之間的就是我們的精調區(qū)。處于精調區(qū)的空氣溫度已經在設定范圍內，我們的目標是讓它更加接近設定值，同時將不再控制范圍內的濕度控制在設定范圍內。因此，對于處于精調區(qū)的空氣在進行溫度處理時，均采用前面的積分公式算出需

6、要的加熱量，然后與7.5Kw的加熱器進行比較，得到需要在一個周期內加熱的比例，然后把這個比例轉換成占空比信號傳給加熱器。對于表冷器我們也采用了類似的方法。不同的是，為了簡化問題，我們直接利用需要降低的溫度與表冷器一次的降溫量進行比較得到需要加熱的比例，然后再轉換成占空比信號傳遞給表冷器進行相應的動作。至于加濕器，我們假設它的工作周期為150秒（即150秒內只能啟動一次），通過用給定的模型進行實驗，發(fā)現(xiàn)它在150秒內可以將同溫度空氣的相對濕度增加10，于是我們直接將需要的加濕量與之比較得到一個周期內需要的加濕比，再轉換成占空比信號傳給加濕器。2、濕度控制的實現(xiàn)濕度的控制與溫度類似，只是在粗調的時

7、候要以濕度為標準，先將濕度調整到我們需要的范圍內，然后再對溫度的不同情況進行相應的調整。在進入精調區(qū)后，我們采用加熱器和加濕器對濕度進行精確控制。加熱器可以在溫度低而濕度大的時候達到升溫除濕的目的，而加濕器則只要是當濕度偏低時將濕度拉回設定范圍。具體方法由于和溫度控制類似，此處不再詳述。下面繪出實驗控制流程框圖：Simulink 程序圖：房間框圖：控制模塊：四、 模擬結果Matlab程序中子程序介紹：Ctrl：溫濕度粗調程序，將室內房間溫濕度的可調范圍控制早粗調區(qū)（t=±1；d=±0.1）。Ctrl_T:溫度精調程序，將室內房間溫濕度的變化范圍控制在t=±0.1；

8、d=±0.07。Ctrl_D：濕度精調程序，將室內房間溫濕度的變化范圍控制在t=±0.6；d=±0.01。TDtofai：由溫度，含濕量求得相對濕度的程序。TDtoTsfai：由溫度，含濕量求得濕球溫度的程序。TsfaitoTD：由濕球溫度求得該狀態(tài)下的含濕量的程序。1. 夏季1) 粗調結果： 設備啟停狀況：2) 溫度精調結果： 設備啟停狀況：3) 濕度精調結果： 設備啟停狀況：2. 秋季1) 粗調結果： 設備啟停狀況：2) 溫度精調結果： 設備啟停狀況：3) 濕度精調結果：設備啟停狀況：3. 冬季1) 粗調結果：設備啟停狀況:2) 溫度精調結果：設備啟停狀況：3

9、) 濕度精調結果：設備啟停結果：五、 實驗結果分析1. 夏季溫濕度調節(jié)結果分析：夏季的粗調結果比較符合設定要求，溫濕度的值被調節(jié)到一個合理的范圍之內，t=24，=59%，而溫度與濕度精調后，雖然溫濕度單一都可以得到預想的控制設計范圍，但溫濕度對應的變化卻并沒有得到很好的對應。對于溫濕度的聯(lián)合控制，由于室外的溫濕度擾動，溫濕度只能說是大致對應，總有溫度或者濕度超出了控制范圍。設備的啟停結果分析：在粗調時，由于溫濕度控制精度很大，因此加熱器會頻繁啟停，對于溫度進行調節(jié)。而進入溫濕度精調后，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節(jié)。2. 秋季溫濕度調節(jié)結果分析

10、：從圖中粗調結果的圖像來看，粗調結果并不理想，溫濕度偏移預期控制量很多，這說明在過渡季節(jié)，室外環(huán)境的多變性對于控制系統(tǒng)有很大的干擾，往往會導致恒值控制系統(tǒng)不能很好對室內溫濕度進行合理的控制。而由溫濕度精調控制結果，可以看出，無論是溫度精調還是濕度精調，都只有唯一的控制參數(shù)可以得到很好的控制，而其他的參數(shù)卻往往不能很好的對應預想的控制范圍。設備啟停的頻率與種類差異性大，其中所有加熱器都有啟停記錄，說明溫濕度調節(jié)過程復雜，室外氣象參數(shù)多變。過渡季節(jié)溫濕度異常原因分析：過渡季節(jié)溫濕度出現(xiàn)異常，其原因不外乎以下幾種：1.系統(tǒng)中冷水機組，組合式空調器的表冷器制冷能力不足，但再熱能力滿足要求，其運行結果是

11、溫度滿足要求但相對濕度偏高。2.系統(tǒng)中冷水機組，組合式空調器的表冷器制冷能力滿足要求，但在熱能力u=不夠，其運行結果是相對濕度滿足要求，但溫度卻偏低。3.系統(tǒng)中冷水機組，組合是空調器的制冷能力和再熱能力都滿足要求，但運行調試不夠完善，不能充分發(fā)揮冷水機組，組合式空調器及再熱器的作用，以致出現(xiàn)要么溫度滿足要求但相對濕度卻偏高，要么相對濕度滿足要求但溫度卻偏低的現(xiàn)象。綜合實際的Simulink框圖，系統(tǒng)不存在再熱能力不足，故原因只能是1或者3，實際須看運行設備系統(tǒng)。3. 冬季溫濕度調節(jié)結果分析：冬季的粗調結果中溫度控制極其穩(wěn)定，而濕度控制卻波動加大，但至少在濕度合理控制范圍內。由粗調節(jié)的設備啟停圖

12、像，可以看出加熱器啟停頻繁，很好地控制了室內溫度，而表冷器與加濕器的啟停則較為少，但對濕度控制也大體上到達要求。而從溫濕度精調結果，圖像跟秋季控制圖像相似，但差異變化范圍更為奇怪，溫度都能符合的很好，相對濕度最高竟然達到75%，可見該控制系統(tǒng)對于冬季的濕度控制過程需要進行改進，才能得到很好的濕度控制。六、 實驗心得通過這次實驗的操作與分析，我對于室內環(huán)境的調節(jié)過程以及室內環(huán)境自動控制的程序有了一個比較清晰的理解。雖然實驗中Mat lab程序和Simulink框圖都是老師已經準備好的，但我認為通過這次的實驗分析，我對于Matlab軟件的理解又加深了一層。實驗中的各種程序并不是很復雜，復雜的是Simulink框圖的理解，然而到現(xiàn)在，我對于實驗中Sim