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第四章 楼宇自动化系统 第 四 章楼宇自动化系统 Building Automatic System (BAS) BAS是智能建筑必不可少的基本组成部分 提供舒适、宜人和安全的生活与工作环境 提高各类建筑设备运行的经济性 对建筑物内的各类设备进行有效的监控 综合自动化的实现，是要分别建立在自上而下的分层单元，从控制角度来分析，现代工业控制对象具有以下特征： 1.复杂性：系统结构和参数具有高维性，时变性，模糊性和高度的非线形。 2.不确定性：系统及其外部环境具有很多未知的和不确定的因素，这些因数还会随着时间空间的变化而发生难以预料的变化。 3.高性能要求：由于系统复杂导致控制目标的多样和各种目标之间的矛盾性。目前，国际上先进的控制系统，应为分布式智能控制系统，该系统采用具有内核技术的适时多任务、多用户、分布式操作系统，以实现抢先任务调度算法的快捷响应，构成分布式智能控制系统的硬件和软件，并采用标准化、模块化和系统化的设计，系统运行互为热备份。 §4.1 自动控制理论简介 §4.2 BAS的构成 §4.3 集散式计算机控制与管理系统 §4.4 LONWORKS技术简介 §4.5 BACnet协议的应用 §4.6 设备的自动控制 §4.7 楼宇自动化系统的施工 §4.1 自动控制理论简介 一、自动控制理论的发展 18世纪，James Watt 为控制蒸汽机速度设计的离心调节器，是自动控制领域的第一项重大成果。 1922年，Minorsky研制出船舶操纵自动控制器，并证明了从系统的微分方程确定系统的稳定性的方法。 1932年，Nyquist提出了一种根据系统的开环频率响应(对稳态正弦输入)，确定闭环系统稳定性的方法。 1934年，Hezen提出了用于位置控制系统的伺服机构的概念，讨论了可以精确跟踪变化的输入信号的机电伺服机构。 1940年代，频率响应法为闭环控制系统提供了一种可行方法，Evans提出并完善了根轨迹法。 1950年代末，控制系统设计问题的重点从设计许多可行系统中的一种系统，转到设计在某种意义上的最佳系统（最优控制）。 1960年代，数字计算机的出现为复杂系统的基于时域分析的现代控制理论提供了可能。 从1960年到1980，确定性系统、随机系统的最佳控制，及复杂系统的自适应和学习控制，都得到充分的研究。 从1980年到现在，现代控制理论进展集中于鲁棒控制、H∞控制及其相关课题。 经典控制理论 以传递函数为基础研究单输入-单输出一类定常控制系统的分析与设计问题。这些理论由于其发展较早，现已臻成熟。 现代控制理论 以状态空间法为基础，研究多输入-多输出、时变、非线性一类控制系统的分析与设计问题。系统具有高精度和高效能的特点。 线性系统理论 最优控制 辨识控制 自适应控制 随机控制 鲁棒（Robust）控制 模糊（Fuzzy）控制 智能控制 近十年来，随着人工智能和机器人技术的快速发展，对智能控制的研究出现一股热潮。各种智能决策系统、专家系统、学习系统和故障诊断系统等已被应用于各类工业过程控制系统、智能机器人系统和智能化生产系统。 热力系统的自动反馈控制 二、自动控制系统的基本要求 可以归结为 稳定性（长期稳定性） 准确性（精度） 快速性（相对稳定性） 控制系统基本组成（P.33） 分类 三、PID控制器 P----Proportional, I ----Integral, D----Derivative. 据统计，工业控制的控制器中PID类控制器占有90%以上。 随着控制理论的发展，出现了各种分支，如专家系统、模糊逻辑、神经网络、灰色系统理论等，它们和传统的PID控制策略相结合又派生出各种新型的PID类控制器，形成庞大的PID家族，很多算法大大改进了传统PID控制器的性能。 优点：结构简单、算法简单、鲁棒性好和可靠性高，各个控制器参数有着明显的物理意义，调整方便，被广泛应用于过程控制和运动控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统 缺点：各个控制器参数需调节。 PID控制器 四、智能控制 模糊（Fuzzy）控制 ----建立在模糊数学理论之上 基于人工神经网络（ANN）的控制 ----建立在ANN（模仿人类神经系统）理论之上 模糊神经网络控制 ----将模糊数学理论与ANN理论相结合 学习控制（仿人控制） ----包括迭代学习控制、遗传学习控制等 §4.2 BAS的构成 1. 监控范围 供配电及管理系统：高、低压配电，变电，发电 照明控制与管理：工作、事故、艺术等照明 环境控制与管理：空调，通风，