恒溫恒濕系統(tǒng)仿真模型說(shuō)明

1、恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)控制仿真模型說(shuō)明 一、控制對(duì)象簡(jiǎn)化及數(shù)學(xué)模型1、房間模型為了更突出所研究的問(wèn)題，將房間簡(jiǎn)化為一個(gè)二階慣性環(huán)節(jié)。假設(shè)房間內(nèi)部為溫度均勻的空 間，不考慮由送風(fēng)溫差而導(dǎo)致的局部溫度不同；房間圍護(hù)結(jié)構(gòu)有一定的熱慣性，假設(shè)圍護(hù)結(jié) 構(gòu)溫度均勻。 TOC o 1-5 h z dt 一， 、 、房間內(nèi)空氣的熱微分方程為：c無(wú)=cGP(tsp -t) + KF(t -1) + Q(1)(2) HYPERLINK l bookmark5 o Current Document dtz墻壁微分方程為：c w - K F (t -t ) + KF (t -t ) w dTw w a ww其中，tw為房間

2、墻壁內(nèi)表面溫度。K為房間內(nèi)空氣與墻面換熱系數(shù)，F(xiàn)為換熱面積。Q為房 間產(chǎn)熱量，產(chǎn)熱量在5000W附近隨即變化，tsup為送風(fēng)溫度，G為送風(fēng)量G=3000m3/h。 送風(fēng)量恒定不變。ta為房間墻內(nèi)某點(diǎn)溫度，可以認(rèn)為在仿真計(jì)算期間該點(diǎn)溫度為常數(shù)。Kw為墻面與墻內(nèi)參照點(diǎn)間的換熱系數(shù)，F(xiàn)為換熱面積。c = CV p、c = C V p分別為空 wr r r r w www氣和墻壁的慣性參數(shù)。將方程(2.1)、(2.2)分別進(jìn)行拉式變換得到(3)cGpt + KFt + Q t =cGp+KFa TOC o 1-5 h z c, 1rS + 1 cGp + KFK F t + KFtt = KE+ Kw

3、cwS + 1K F + KF設(shè)房間內(nèi)空氣時(shí)間常數(shù)為T(mén)，T = - = 300s r r cGp + KFcGp -1= 1=2 二= 又令 KF 、cGp + KF 1500，c K F設(shè)墻壁時(shí)間常數(shù)為T(mén) = 廠w二廠=300s，令r w =5，K F + KFKF則(1)、(2)分別變?yōu)椋篢 d +1 = -1 + 11 r dT3 sup 3 w(6)dd房間的濕模型為：武Gp (LT) + Wsupdtw + t diw其中，d為房間含濕量，dsup為送風(fēng)含濕量，W為房間濕負(fù)荷W在1000g/h附近變化。 將(7)進(jìn)行拉式變換得到(8)d + W sup Gp d =:s +1 Gp設(shè)

4、房間的濕模型的時(shí)間常數(shù)為丁- = 1200s，則得到drGpd + 1200W d S，1I200s +12、蒸發(fā)器模型對(duì)于穩(wěn)定工況，空氣通過(guò)蒸發(fā)器后，濕球溫度降低5oC。在干工況下，相對(duì)濕度低于90%；在減濕過(guò)程中，相對(duì)濕度達(dá)到90%。求出穩(wěn)態(tài)解后，實(shí)際的解為：(10)t (t +At ) = t (t )e / T +1 (t +At )(1 e 章 / t )式中，t為t的穩(wěn)態(tài)解。在本題目中，t是空氣溫度；t(T+AT)為當(dāng)前時(shí)刻空氣溫度；t(t )為 上一時(shí)刻空氣溫度；T為時(shí)間常數(shù)；At為離散時(shí)間步長(zhǎng)。3、加熱器模型空調(diào)箱中有四個(gè)可獨(dú)立控制的加熱器，其功率分別為1.25kw，1.25k

5、w，2.5kw，5kw。經(jīng)過(guò) 加熱器后空氣溫度上升，含濕量不變。加熱器微分方程為：C & = Q + K(t t )(11)h diha h加熱器中空氣的穩(wěn)態(tài)方程為：C Gp (t t- K(t -t )(12)其中tain為加熱器進(jìn)口空氣溫度；ta為加熱器出口空氣溫度；th為加熱器肋片溫度;K=1000W/ oC，Ch=30kJ/ C，加熱器的時(shí)間常數(shù)Th=Ch/K=30s；4、加濕器模型加濕器的微分方程為：C 虹=Q KF(t t ) rod(t ) d signd(t ) d w disw 2w 1w 1加濕器出口空氣濕度:,o刁(t ) - d signd(t ) - d d = d

6、+11(14)其中：tw為加熱器水溫；t2為加濕器出口空氣溫度；d2為加濕器出口空氣的含濕量；cw= 4.18X4000J/g.C； Qs為加濕器的加熱功率Qs = 6000w； r為汽化潛熱r=2500J/g； 0是潛熱0.001(0 t 99oC)注：sign(x)為符號(hào)函數(shù)，當(dāng)x0時(shí)，值為1；當(dāng)x0時(shí)，值為0。二、Simulink仿真模型介紹光盤(pán)中的仿真平臺(tái)是利用Matlab6.5建立的。恒溫恒濕機(jī)組的模擬軟件包內(nèi)包括的文件及其 功能如下：Model_system.mdl:被控系統(tǒng)在simulink中仿真文件。Model_room.mdl:不同工況房間的模型，讀者可以用此文件中的房間模型

7、替換Model_system.mdl中的“房間”模型，以仿真在不同工況下的控制效果。t.m：實(shí)現(xiàn)恒溫控制的控制算法文件。fai.m：實(shí)現(xiàn)恒濕控制的控制算法文件。room.mdl：需要仿真的8種工況模型。TDtotsfai.m、TsfaitoTD.m、TDtotfai.m、Ttopb.m：這些文件是干球溫度、濕求溫度、含濕量、 相對(duì)濕度、飽和水蒸氣分壓力等參數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)化的計(jì)算程序。其中Model_system.mdl文件是最主要的仿真平臺(tái)文件。打開(kāi)此文件，可以看到如下界面:其中System模塊是被控系統(tǒng)模塊，CTRL模塊是控制器模塊。在Set模塊中可以輸入溫度設(shè) 定值和相對(duì)濕度設(shè)定值，Clo

8、ck模塊是仿真系統(tǒng)時(shí)鐘。雙擊System模塊可以進(jìn)入該模塊，看到詳細(xì)的被控系統(tǒng)模型，如圖2。圖2房間模塊是按照前面的房間數(shù)學(xué)模型建立的仿真模型，描述房間的熱、濕特性。房間模塊的 輸入?yún)?shù)為送風(fēng)溫度和含濕量，輸出參數(shù)為房間溫度（回風(fēng)溫度）和含濕量。蒸發(fā)器模型是按照上述數(shù)學(xué)模型建立的仿真蒸發(fā)器工作特性的模型。其輸入?yún)?shù)為回風(fēng)溫度 和含濕量，以及控制器輸出的冷機(jī)啟停命令。認(rèn)為冷機(jī)開(kāi)啟時(shí)蒸發(fā)器起到降溫除濕的作用， 冷機(jī)關(guān)閉時(shí)冷機(jī)不起作用。在模型添加了定時(shí)啟停模塊，保證冷機(jī)開(kāi)啟5分鐘內(nèi)不允許馬上 關(guān)閉冷機(jī)，冷機(jī)關(guān)閉5分鐘內(nèi)不允許馬上開(kāi)啟冷機(jī)。加熱器模塊是按照前面的數(shù)學(xué)模型搭建的電加熱器仿真模塊。其輸入?yún)?/p>

9、數(shù)包括經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器后 的空氣溫度和含濕量，還包括來(lái)自于控制器，對(duì)四個(gè)加熱器的啟?？刂泼?。在圖2中，從 上至下依次為14號(hào)加熱器的控制命令。（1號(hào)加熱器功率1.25kW，2號(hào)加熱器功率1.25kW， 3號(hào)加熱器功率2.5kW，4號(hào)加熱器功率5kW。）加濕器是按照前面加濕器模型搭建的加濕器仿真模塊，其輸入?yún)?shù)包括經(jīng)過(guò)加熱器后的空氣 溫濕度和含濕量，以及來(lái)自控制器的加濕器中電加熱器啟?？刂泼?。蒸發(fā)器、加熱器、加濕器三個(gè)模塊串聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成恒溫恒濕機(jī)組的仿真模型。雙擊CTRL模塊可以進(jìn)入該模塊看到詳細(xì)的模塊搭建情況，如圖3。其中Control program模塊中可以嵌入控制算法程序文件，仿真平臺(tái)將根據(jù)控制程序?qū)崿F(xiàn)恒 溫恒濕控制。讀者可以在其中嵌入t.m文件，實(shí)現(xiàn)高精度恒溫一般精度恒濕控制效果；也可 以嵌入fai.m實(shí)現(xiàn)高精度恒濕一般精度恒溫控制效果；或嘗試嵌入自己編輯控制程序文件。 t.m