恒溫恒濕房間的仿真模擬控制實(shí)驗(yàn)報告

1、建筑自動化實(shí)驗(yàn)報告題目：恒溫恒濕房間的仿真模擬控制實(shí)驗(yàn)班 級： 建環(huán)1202班 姓 名： 周鵬 學(xué) 號： U201215854 指導(dǎo)教師： 徐新華 完成時間： 2015 年 6 月建筑自動化實(shí)驗(yàn)建環(huán)1202班周鵬一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋敬文M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?yàn)闇囟扰c相對濕度的耦合關(guān)系，而且在實(shí)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(jìn)行精調(diào)，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(jìn)行控制。其中溫度控制：，濕度控制：， 本次實(shí)驗(yàn)主要是利用Mat

2、lab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。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(fù)荷的差異。同時，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。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。二、 實(shí)驗(yàn)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(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，同時避免在很小的區(qū)域內(nèi)由于控制目標(biāo)的波動而是其頻繁

3、啟停，同時還得兼顧進(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)定一個合適的粗調(diào)區(qū)是很重要的。因此，我們的實(shí)驗(yàn)控制方法是先確定一個合適的房間溫濕度粗調(diào)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(diào)區(qū)為：T=23±1，=60%±10%，如下圖所示：粗調(diào)使室內(nèi)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(jìn)行調(diào)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(diào)過程。但在實(shí)際的Simulink模擬模型中，我們不

4、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。三、 實(shí)驗(yàn)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01信號，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)測溫度與設(shè)定溫度的差大于0.1度時，我們分以下三種情況進(jìn)行處理：當(dāng)實(shí)測濕度（相對）與設(shè)定值的差大于8，即濕度偏大時，應(yīng)當(dāng)開啟表冷器進(jìn)行制冷除濕。當(dāng)實(shí)測相對濕度與設(shè)定值的差小于8，即溫度偏高、濕度偏低時，應(yīng)當(dāng)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(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)測溫度與設(shè)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(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，我們在控制過程中特別選定了一個正負(fù)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(nèi)，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(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，對于處于精調(diào)區(qū)的空氣在進(jìn)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(jìn)行比較，得到需要在一個周期內(nèi)加熱的比例，然后把這個比例轉(zhuǎn)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(jìn)行比較得到需要加熱的比例，然后再轉(zhuǎn)換成占空比信號傳遞給表冷器進(jìn)行相應(yīng)的動作。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(nèi)需要的加濕比，再轉(zhuǎn)換成占空比信號傳給加濕器。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

7、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濕度進(jìn)行精確控制。加熱器可以在溫度低而濕度大的時候達(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。下面繪出實(shí)驗(yàn)控制流程框圖：Simulink 程序圖：房間框圖：控制模塊：四、 模擬結(jié)果Matlab程序中子程序介紹：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)（t=±1；d=±0.1）。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t=±0.1；

8、d=±0.07。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(diào)結(jié)果： 設(shè)備啟停狀況：2) 溫度精調(diào)結(jié)果： 設(shè)備啟停狀況：3) 濕度精調(diào)結(jié)果： 設(shè)備啟停狀況：2. 秋季1) 粗調(diào)結(jié)果： 設(shè)備啟停狀況：2) 溫度精調(diào)結(jié)果： 設(shè)備啟停狀況：3) 濕度精調(diào)結(jié)果：設(shè)備啟停狀況：3. 冬季1) 粗調(diào)結(jié)果：設(shè)備啟停狀況:2) 溫度精調(diào)結(jié)果：設(shè)備啟停狀況：3

9、) 濕度精調(diào)結(jié)果：設(shè)備啟停結(jié)果：五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1. 夏季溫濕度調(diào)節(jié)結(jié)果分析：夏季的粗調(diào)結(jié)果比較符合設(shè)定要求，溫濕度的值被調(diào)節(jié)到一個合理的范圍之內(nèi)，t=24，=59%，而溫度與濕度精調(diào)后，雖然溫濕度單一都可以得到預(yù)想的控制設(shè)計(jì)范圍，但溫濕度對應(yīng)的變化卻并沒有得到很好的對應(yīng)。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(yīng)，總有溫度或者濕度超出了控制范圍。設(shè)備的啟停結(jié)果分析：在粗調(diào)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(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)。2. 秋季溫濕度調(diào)節(jié)結(jié)果分析

10、：從圖中粗調(diào)結(jié)果的圖像來看，粗調(diào)結(jié)果并不理想，溫濕度偏移預(yù)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(dǎo)致恒值控制系統(tǒng)不能很好對室內(nèi)溫濕度進(jìn)行合理的控制。而由溫濕度精調(diào)控制結(jié)果，可以看出，無論是溫度精調(diào)還是濕度精調(diào)，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(yīng)預(yù)想的控制范圍。設(shè)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(diào)節(jié)過程復(fù)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(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

11、溫度滿足要求但相對濕度偏高。2.系統(tǒng)中冷水機(jī)組，組合式空調(diào)器的表冷器制冷能力滿足要求，但在熱能力u=不夠，其運(yùn)行結(jié)果是相對濕度滿足要求，但溫度卻偏低。3.系統(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，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(shí)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(shí)際須看運(yùn)行設(shè)備系統(tǒng)。3. 冬季溫濕度調(diào)節(jié)結(jié)果分析：冬季的粗調(diào)結(jié)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(nèi)。由粗調(diào)節(jié)的設(shè)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(nèi)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(dá)要求。而從溫濕度精調(diào)結(jié)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(dá)到75%，可見該控制系統(tǒng)對于冬季的濕度控制過程需要進(jìn)行改進(jìn)，才能得到很好的濕度控制。六、 實(shí)驗(yàn)心得通過這次實(shí)驗(yàn)的操作與分析，我對于室內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)過程以及室內(nèi)環(huán)境自動控制的程序有了一個比較清晰的理解。雖然實(shí)驗(yàn)中Mat lab程序和Simulink框圖都是老師已經(jīng)準(zhǔn)備好的，但我認(rèn)為通過這次的實(shí)驗(yàn)分析，我對于Matlab軟件的理解又加深了一層。實(shí)驗(yàn)中的各種程序并不是很復(fù)雜，復(fù)雜的是Simulink框圖的理解，然而到現(xiàn)在，我對于實(shí)驗(yàn)中Sim