建筑自动化实验报告题目：恒温恒湿房间的仿真模拟控制实验班级：建环1302班姓名：陈文博学号：U201315938指导教师：徐新华完成时间： 2016 年 5 月一、实验目的本次模拟仿真的目的是要满足在 秋（过渡季）、夏、冬三季的温 湿度控制。控制对象为温度和湿度，其中湿度为相对湿度，因为温度 与相对湿度的耦合关系，而且在实际工况中，对温、湿度又有不同的 精度要求，因此我们只需要在温湿度中选取其中一个进行精调，另外 一个满足一定条件即可。我们要做的工作便是在上述外界环境下，分 别对温湿度进行控制。其中温度控制：t 二 23 土 0.1 C , 0 二 60 土 10%O湿度控制：o 二 60 土 1%, t 二 23 土 1 CO本次实验主要是利用Mat lab中Simulink仿真模型模拟恒温恒 湿机组在各种工作环境下的运行情况。在模拟过程中，对于各季环境 差异，我们主要考虑的是环境温度的不同，即显热负荷的差异。同时， 我们假设各种条件下房间内的产湿都是相同的，这主要是基于室内设 备、人员没有变化。我们需利用Simuli nk仿真模型模拟恒温恒湿机 组在各种工作环境下的运行情况，通过仿真实验找到合适的控制策略 实现房间里的恒温恒湿控制。二、实验控制方法由于所用控制器件的惯性及精度影响，很难在第一刻就能使调节 后的空气温湿度达到要求。而且处于保护设备和节能的角度考虑，我 们没有必要总使设备运行在满负载工况下，同时避免在很小的区域内 由于控制目标的波动而是其频繁启停，同时还得兼顾进行微调所能达 到的幅度，因而根据设备自身参数要求，设定一个合适的粗调区是很 重要的。因此，我们的实验控制方法是先确定一个合适的房间温湿度 粗调区，根据我们所需控制的恒温恒湿房间的温湿度控制要求： t=23C, e=60%,我们可以确定温度的粗调区为：T=231C, 0=60%粗调使室内温湿度环境满足条件之后，便可以集中对温湿度中的 一个因素进行调节。对于温度和湿度的控制必须有一个是精确控制， 而另外一个则有一个比较宽的变化，我们分别通过ctrl_T.m和 ctrl_D.m 分别完成对温度和湿度的精确控制中精调过程。但在实际 的 Simulink 模拟模型中，我们不可能直接将温湿度调节到我们理想 的控制要求，我们对 ctrl_T.m 和 ctrl_D.m 需要不断进行修正，直到 得到符合我们实验要求的温湿度范围。三、实验控制算法1、温度控制实现方法：由于控制的过程最终是给被控器件一个01 信号，如果是 0， 则表示该仪器停止运行，如果是 1，则表示该仪器运行。例如，如果 要精调温度，我们就以温度作为程序控制的主线。当实测温度与设定 温度的差大于 0.1 度时，我们分以下三种情况进行处理：当实测湿度（相对）与设定值的差大于8，即湿度偏大时，应 当开启表冷器进行制冷除湿。当实测相对湿度与设定值的差小于8， 即温度偏高、湿度偏低时，应当开启加湿器和表冷器以同时降温和加 湿。而在二者之间时，说明湿度已经达到了要求，只需要用表冷器降 温即可。同样的道理，当实测温度与设定温度的差小与0.1 度时，也是仿 照上面的情况分成三种情况进行讨论，在程序中有说明，这里就不赘 述了。需要特别说明的是，我们在控制过程中特别选定了一个正负0.01 度的一小段温度范围作为过渡区，在这个区中的时候只要湿度在我们 允许的最大范围内，我们就不用对空气再做任何的处理，这样可以节 约一部分能量。同时，介于这个过渡区与粗调区之间的就是我们的精 调区。处于精调区的空气温度已经在设定范围内，我们的目标是让它更加接近设定值，同时将不再控制范围内的湿度控制在设定范围内。 因此，对于处于精调区的空气在进行温度处理时，均采用前面的积分 公式算出需要的加热量，然后与7.5Kw的加热器进行比较，得到需要 在一个周期内加热的比例，然后把这个比例转换成占空比信号传给加 热器。对于表冷器我们也采用了类似的方法。不同的是，为了简化问题， 我们直接利用需要降低的温度与表冷器一次的降温量进行比较得到 需要加热的比例，然后再转换成占空比信号传递给表冷器进行相应的 动作。至于加湿器，我们假设它的工作周期为150秒（即150 秒内只 能启动一次），通过用给定的模型进行实验，发现它在150 秒内可以 将同温度空气的相对湿度增加10，于是我们直接将需要的加湿量 与之比较得到一个周期内需要的加湿比，再转换成占空比信号传给加 湿器。2、湿度控制的实现湿度的控制与温度类似，只是在粗调的时候要以湿度为标准，先 将湿度调整到我们需要的范围内，然后再对温度的不同情况进行相应 的调整。在进入精调区后，我们采用加热器和加湿器对湿度进行精确 控制。加热器可以在温度低而湿度大的时候达到升温除湿的目的，而 加湿器则只要是当湿度偏低时将湿度拉回设定范围。具体方法由于和 温度控制类似，此处不再详述。下面绘出实验控制流程框图：Simulink 程序图：S-etecLseason唐间U1 T&D1迓涅厦设走世加涅器* IN T15PECTR3_1CTR3_2OUTT-3D3 CTRZL3CTR3_4IN 75D3CTR2OUT T4.D2H T检 D2CTR4DuttIN TiSEXtrF_7.jFrajNCE2_7.：Cii3 IStr4 2CsetCir_R房间框图：ieElt士內产建囲CTSBledLseasc 仃TSSfflSfrSJSftii宝內产迪更Tnan&itir FenTransfer FcnlTransliar FcnJQIN T&D1E3*r簪阴1侵112005+11iSOligf-l iSBwasfsa控制模块：四、模拟结果Matlab 程序中子程序介绍：Ctrl:温湿度粗调程序，将室内房间温湿度的可调范围控制早 粗调区（At二1C;Ad二0.1）。Ctrl_T：温度精调程序，将室内房间温湿度的变化范围控制在A t= 0.1 C;A d= 0.07。Ctrl_D：湿度精调程序，将室内房间温湿度的变化范围控制在A t= 0.6C;A d= 0.01 。TDtofai:由温度，含湿量求得相对湿度的程序。TDtoTsfai:由温度，含湿量求得湿球温度的程序。TsfaitoTD :由湿球温度求得该状态下的含湿量的程序。1. 夏季1) 粗调结果：设备启停状况：2) 温度精调结果：设备启停状况：3) 湿度精调结果：设备启停状况：2. 秋季1) 粗调结果：设备启停状况：-1I1I1111I1.Id, HI临1PT1 1 1 1 1 1 1 1 1iTT IT工工工工.Ii| 1nt f Illiiiiim!I!iIiiIiiiI-I|I|iI|I|n111n n, nn n,n nn in1Lj%IKEC3000ma390D4 KM-CW5D2) 温度精调结果：设备启停状况：3) 湿度精调结果：设备启停状况：3. 冬季1) 粗调结果：设备启停状况:2) 温度精调结果：设备启停状况：3) 湿度精调结果：设备启停结果：五、实验结果分析1. 夏季温湿度调节结果分析：夏季的粗调结果比较符合设定要求，温湿度的值被调节到一个合 理的范围之内，t=24C,e=59%，而温度与湿度精调后，虽然温湿度 单一都可以得到预想的控制设计范围，但温湿度对应的变化却并没有 得到很好的对应。对于温湿度的联合控制，由于室外的温湿度扰动， 温湿度只能说是大致对应，总有温度或者湿度超出了控制范围。 设备的启停结果分析：在粗调时，由于温湿度控制精度很大，因此加 热器会频繁启停，对于温度进行调节。而进入温湿度精调后，我们可 以发现加热器的启停频率明显减少，而只用表冷器和加湿器的启停来 控制温湿度调节。2. 秋季温湿度调节结果分析：从图中粗调结果的图像来看，粗调结果并不理想，温湿度偏移预 期控制量很多，这说明在过渡季节，室外环境的多变性对于控制系统 有很大的干扰，往往会导致恒值控制系统不能很好对室内温湿度进行 合理的控制。而由温湿度精调控制结果，可以看出，无论是温度精调 还是湿度精调，都只有唯一的控制参数可以得到很好的控制，而其他 的参数却往往不能很好的对应预想的控制范围。设备启停的频率与种 类差异性大，其中所有加热器都有启停记录，说明温湿度调节过程复 杂，室外气象参数多变。过渡季节温湿度异常原因分析：过渡季节温湿度出现异常，其原因不外乎以下几种：1. 系统中冷水机组，组合式空调器的表冷器制冷能力不足，但再热能 力满足要求，其运行结果是温度满足要求但相对湿度偏高。2. 系统中冷水机组，组合式空调器的表冷器制冷能力满足要求，但在 热能力U二不够，其运行结果是相对湿度满足要求，但温度却偏低。3. 系统中冷水机组，组合是空调器的制冷能力和再热能力都满足要求 但运行调试不够完善，不能充分发挥冷水机组，组合式空调器及再热 器的作用，以致出现要么温度满足要求但相对湿度却偏高，要么相对 湿度满足要求但温度却偏低的现象。综合实际的Simulink框图，系统不存在再热能力不足，故原因只能是 1 或者 3，实际须看运行设备系统。3. 冬季温湿度调节结果分析：冬季的粗调结果中温度控制极其稳定，而湿度控制却波动加大， 但至少在湿度合理控制范围内。由粗调节的设备启停图像，可以看出 加热器启停频繁，很好地控制了室内温度，而表冷器与加湿器的启停 则较为少，但对湿度控制也大体上到达要求。而从温湿度精调结果， 图像跟秋季控制图像相似，但差异变化范围更为奇怪，温度都能符合 的很好，相对湿度最高竟然达到 75%，可见该控制系统对于冬季的湿 度控制过程需要进行改进，才能得到很好的湿度控制。六、实验心得 通过这次实验的操作与分析，我对于室内环境的调节过程以及室 内环境自动控制的程序有了一个比较清晰的理解。虽然实验中Mat lab 程序和 Simulink 框图都是老师已经准备好的，但我认为通过这 次的实验分析，我对于Matlab软件的理解又加