洁净空调自控系统温湿度解耦控制研究

论文摘要

洁净空调系统中,为了保证室内温、湿度都在允许的精度范围内,需要进行变露点控制,但是由于温、湿度控制系统的相互耦合、各通道时延、惯性时间常数相差较大等特点,露点温度很难控制。为了达到控制精度,实际系统中会出现冷水阀、加热阀、加湿阀三个阀门同时开启的现象,造成了能量的浪费,并且往往单个回路运行都较正常,但是多个回路同时工作时,整个系统就不容易稳定。因此为了保证多变量控制系统长期安全而有效运行,并且充分利用单变量控制的成熟技术与经验,对多变量系统进行解耦控制是一种行之有效的方法。本文针对一个具体的四管制定风量洁净空调系统设计了由上位机(PC)和下位机(PLC)构成的控制系统方案。针对该系统变露点控制方法中温、湿度之间的耦合作用,提出一种温、湿度解耦控制方案。采用机理分析和试验数据分析相结合的方法,建立了两输入两输出的传递函数矩阵模型。引入含湿量作为中间变量来控制机器露点,通过控制含湿量间接地控制相对湿度,解除加热阀—房间相对湿度通道的耦合;设计前馈补偿器补偿冷水阀—房间温度通道的耦合作用,将温、湿度耦合控制系统进行解耦。设计前馈补偿和PID控制相结合的控制系统。MATLAB仿真结果表明该方法的控制效果较好,为温、湿度控制提供了一种行之有效的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 课题来源和论文研究所要完成的主要工作
• 1.3 本章小结
• 2 JK-3洁净空调自控系统概况及其控制系统
• 2.1 JK-3洁净空调系统的概况
• 2.1.1 空气洁净技术的发展历史
• 2.1.2 洁净空调与一般空调的区别
• 2.1.3 JK-3洁净空调系统概况
• 2.1.4 JK-3洁净空调控制系统结构
• 2.2 JK-3洁净空调自控系统控制功能
• 2.2.1 系统的主要功能
• 2.2.2 上位机（WINCC）的主要功能
• 2.2.3 下位机（PLC）的主要功能
• 2.3 控制系统的硬件组成
• 2.4 系统测控点表统计
• 2.5 本章小结
• 3 洁净空调PLC程序及监控界面的开发
• 3.1 PLC控制程序软件设计
• 3.2 WINCC监控界面的开发
• 3.2.1 WINCC组态软件介绍
• 3.2.2 WINCC组态设计
• 3.3 本章小结
• 4 温湿度控制系统模型的建立
• 4.1 系统建模分类
• 4.2 温湿度控制系统的机理建模
• 4.2.1 房间模型
• 4.2.2 加热器模型
• 4.2.3 表冷器模型
• 4.2.4 加湿器模型
• 4.2.5 系统的传递函数矩阵
• 4.2.6 系统模型辨识的数据测量
• 4.3 模型辨识算法及实现
• 4.3.1 系统辨识的步骤
• 4.3.2 最小二乘算法
• 4.3.3 开环离线模型辨识实现
• 4.4 本章小结
• 5 温湿度的解耦设计
• 5.1 线性多变量过程解耦控制的方案分析和比较
• 5.1.1 线性多变量过程控制系统解耦原理
• 5.1.2 线性多变量解耦控制的常用方案及比较
• 5.2 洁净空调系统温湿度解耦控制设计
• 5.2.1 含湿量控制的解耦设计
• 5.2.2 前馈解耦补偿器的设计
• 5.3 本章小结
• 6 温湿度控制系统仿真及结果分析
• 6.1 MATLAB仿真软件介绍
• 6.2 MATLAAB环境下PID控制器设计
• 6.2.1 PID控制算法原理
• 6.2.2 PID控制器设计
• 6.3 温湿度解耦控制系统系统仿真
• 6.4 仿真结果分析
• 6.5 本章小结
• 7 总结
• 7.1 结论
• 7.1.1 本文已解决的问题
• 7.1.2 独立见解和创新点
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录Ⅰ 图表索引
• 附录Ⅱ 硕士研究生期间发表论文