恒温恒湿系统仿真模型说明

1、恒温恒湿空调系统控制仿真模型说明 一、控制对象简化及数学模型1、房间模型为了更突出所研究的问题，将房间简化为一个二阶惯性环节。假设房间内部为温度均匀的空 间，不考虑由送风温差而导致的局部温度不同；房间围护结构有一定的热惯性，假设围护结 构温度均匀。 TOC o 1-5 h z dt 一， 、 、房间内空气的热微分方程为：c无=cGP(tsp -t) + KF(t -1) + Q(1)(2) HYPERLINK l bookmark5 o Current Document dtz墙壁微分方程为：c w - K F (t -t ) + KF (t -t ) w dTw w a ww其中，tw为房间

2、墙壁内表面温度。K为房间内空气与墙面换热系数，F为换热面积。Q为房 间产热量，产热量在5000W附近随即变化，tsup为送风温度，G为送风量G=3000m3/h。 送风量恒定不变。ta为房间墙内某点温度，可以认为在仿真计算期间该点温度为常数。Kw为墙面与墙内参照点间的换热系数，F为换热面积。c = CV p、c = C V p分别为空 wr r r r w www气和墙壁的惯性参数。将方程(2.1)、(2.2)分别进行拉式变换得到(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设房间内空气时间常数为T，T = - = 300s r r cGp + KFcGp -1= 1=2 二= 又令 KF 、cGp + KF 1500，c K F设墙壁时间常数为T = 厂w二厂=300s，令r w =5，K F + KFKF则(1)、(2)分别变为：T d +1 = -1 + 11 r dT3 sup 3 w(6)dd房间的湿模型为：武Gp (LT) + Wsupdtw + t diw其中，d为房间含湿量，dsup为送风含湿量，W为房间湿负荷W在1000g/h附近变化。 将(7)进行拉式变换得到(8)d + W sup Gp d =:s +1 Gp设

4、房间的湿模型的时间常数为丁- = 1200s，则得到drGpd + 1200W d S，1I200s +12、蒸发器模型对于稳定工况，空气通过蒸发器后，湿球温度降低5oC。在干工况下，相对湿度低于90%；在减湿过程中，相对湿度达到90%。求出稳态解后，实际的解为：(10)t (t +At ) = t (t )e / T +1 (t +At )(1 e 章 / t )式中，t为t的稳态解。在本题目中，t是空气温度；t(T+AT)为当前时刻空气温度；t(t )为 上一时刻空气温度；T为时间常数；At为离散时间步长。3、加热器模型空调箱中有四个可独立控制的加热器，其功率分别为1.25kw，1.25k

5、w，2.5kw，5kw。经过 加热器后空气温度上升，含湿量不变。加热器微分方程为：C & = Q + K(t t )(11)h diha h加热器中空气的稳态方程为：C Gp (t t- K(t -t )(12)其中tain为加热器进口空气温度；ta为加热器出口空气温度；th为加热器肋片温度;K=1000W/ oC，Ch=30kJ/ C，加热器的时间常数Th=Ch/K=30s；4、加湿器模型加湿器的微分方程为：C 虹=Q KF(t t ) rod(t ) d signd(t ) d w disw 2w 1w 1加湿器出口空气湿度:,o刁(t ) - d signd(t ) - d d = d

6、+11(14)其中：tw为加热器水温；t2为加湿器出口空气温度；d2为加湿器出口空气的含湿量；cw= 4.18X4000J/g.C； Qs为加湿器的加热功率Qs = 6000w； r为汽化潜热r=2500J/g； 0是潜热0.001(0 t 99oC)注：sign(x)为符号函数，当x0时，值为1；当x0时，值为0。二、Simulink仿真模型介绍光盘中的仿真平台是利用Matlab6.5建立的。恒温恒湿机组的模拟软件包内包括的文件及其 功能如下：Model_system.mdl:被控系统在simulink中仿真文件。Model_room.mdl:不同工况房间的模型，读者可以用此文件中的房间模型

7、替换Model_system.mdl中的“房间”模型，以仿真在不同工况下的控制效果。t.m：实现恒温控制的控制算法文件。fai.m：实现恒湿控制的控制算法文件。room.mdl：需要仿真的8种工况模型。TDtotsfai.m、TsfaitoTD.m、TDtotfai.m、Ttopb.m：这些文件是干球温度、湿求温度、含湿量、 相对湿度、饱和水蒸气分压力等参数之间的相互转化的计算程序。其中Model_system.mdl文件是最主要的仿真平台文件。打开此文件，可以看到如下界面:其中System模块是被控系统模块，CTRL模块是控制器模块。在Set模块中可以输入温度设 定值和相对湿度设定值，Clo

8、ck模块是仿真系统时钟。双击System模块可以进入该模块，看到详细的被控系统模型，如图2。图2房间模块是按照前面的房间数学模型建立的仿真模型，描述房间的热、湿特性。房间模块的 输入参数为送风温度和含湿量，输出参数为房间温度（回风温度）和含湿量。蒸发器模型是按照上述数学模型建立的仿真蒸发器工作特性的模型。其输入参数为回风温度 和含湿量，以及控制器输出的冷机启停命令。认为冷机开启时蒸发器起到降温除湿的作用， 冷机关闭时冷机不起作用。在模型添加了定时启停模块，保证冷机开启5分钟内不允许马上 关闭冷机，冷机关闭5分钟内不允许马上开启冷机。加热器模块是按照前面的数学模型搭建的电加热器仿真模块。其输入参

9、数包括经过蒸发器后 的空气温度和含湿量，还包括来自于控制器，对四个加热器的启停控制命令。在图2中，从 上至下依次为14号加热器的控制命令。（1号加热器功率1.25kW，2号加热器功率1.25kW， 3号加热器功率2.5kW，4号加热器功率5kW。）加湿器是按照前面加湿器模型搭建的加湿器仿真模块，其输入参数包括经过加热器后的空气 温湿度和含湿量，以及来自控制器的加湿器中电加热器启停控制命令。蒸发器、加热器、加湿器三个模块串联起来，构成恒温恒湿机组的仿真模型。双击CTRL模块可以进入该模块看到详细的模块搭建情况，如图3。其中Control program模块中可以嵌入控制算法程序文件，仿真平台将根据控制程序实现恒 温恒湿控制。读者可以在其中嵌入t.m文件，实现高精度恒温一般精度恒湿控制效果；也可 以嵌入fai.m实现高精度恒湿一般精度恒温控制效果；或尝试嵌入自己编辑控制程序文件。 t.m