恒温恒湿系统仿真模型说明.doc

恒温恒湿空调系统控制仿真模型说明 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。 房间内空气的热微分方程为： (1) 墙壁微分方程为： (2) 其中，tw为房间墙壁内表面温度。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，Fw为换热面积。、分别为空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) (4) 设房间内空气时间常数为Tr， 又令、， 设墙壁时间常数为，令， 则(1)、(2)分别变为： (5) (6) 房间的湿模型为： (7) 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) 设房间的湿模型的时间常数为，则得到(9) (9) 2、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) 式中，为t的稳态解。在本题目中，t是空气温度；为当前时刻空气温度；为上一时刻空气温度；T为时间常数；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，1.25kw，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： (11) 加热器中空气的稳态方程为： (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/ oC，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： (13) 加湿器出口空气湿度： (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＝4.18×4000J/g.℃；Qs为加湿器的加热功率Qs＝6000w；为汽化潜热r＝2500J/g；是潜热系数。 注：sign(x)为符号函数，当x0时，值为1；当x0时，值为0。 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： 图1 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，Clock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