空调自控基本知识

自控基本知识

（一）基本概念

自动控制是指用专用的仪表和装置组成控制系统，以代替人的手动操作，去调节空调参数，使之维持在给定数值上，或是按给定的规律变化，从而满足空调房间的要求。现在国内自动控制采用的方法，都是先测出调节参数对给定值的偏差，然后根据这个偏差，经控制系统的调节，消除干扰的影响，使调节参数再回到给定值（或允许范围）

（二）自动控制系统的组成

目前空调自动控制系统多采用电动调节。这样的控制系统可由下面所示方块图表示：

附图：自动控制系统方块图

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自动控制系统方块图

由于外扰的作用，调节对象的调节参数发生变化，经敏感元件测量并传送给控制机构（调节器），调节器根据调节参数对给定值的偏差，指令执行机构使调节机构动作，去调节调节对象的负荷，使调节参数回到原来的给定值。在给执行机构供电的主电路上，为使调节稳定，常装有通断机构，以便对执行机构间断供电。

（三）自动调节常用术语

1 ．调节参数（也叫被调参数）

需要维持数值不变或在允许范围内变化的参数，叫做调节参数。空调中的调节参数主要是温度、湿度、压力，还有水位等等。2．给定值（也叫定值值）

就是根据需要给调节参数预先规定的不变值或波动范围，叫做给定值。例如规定维持房间温度为23 士0.5 C,这个数值（即波动范围22.5?23.5 C ）就是室温调节系统的给定值（范围）。

3 ．偏差

调节参数的实际数值同给定值之间的差值，叫做偏差。例如，规定控制温度（给定值）为20 C,而实际却是21C，它们相差的「C即为偏差。4．扰动

能引起调节参数产生偏差的因素，叫做扰动或干扰。空调中引起空调房间温度变化的因素，象室外温度变化、送风温度变化以及室内余热变化等等，都是室温的扰动。自动调节的作用，也正是为消除扰动的影响，使调节参数恒定或在要求范围内。

5 ．调节对象

需要维持调节参数的数值不超过给定的变化限度的地方，就叫做调节对象。在空调中，需要调节空气参数的各个环节都是调节对象，如恒温室，喷水室出口、二次加热器之后等等。

6．敏感元件

测量和反映调节参数大小的部件，叫做敏感元件。空调中主要是感温元件，即测量温度的设备，象热电阻等。此外还有感湿元件、压力测量元件和水位指示设备等。

7．调节器

接受敏感元件的信号并指令执行机构动作的二次仪表或装置，统称调节器。

8．执行机构

接受控制机构（调节器）的指令并驱使调节机构动作的设备，叫做执行机构。比如接触器、电机和调压器等等。

9．调节机构

直接影响和调节被调参数的机构，叫做调节机构。比如电加热器、双通三通水阀、风阀等等。

（四）调节对象的特性

调节对象是自动调节系统的服务对象。它的特性如何，直接影响到自动调节系统的效果。这些特性是；

1．对象的负荷

当调节过程处于稳定状态时，在单位时间内流入或流出调节对象的能量，叫做调节对象的负荷。比如，当空调房间的空气温度保持恒定时，单位时间流入或流出空调间的热量，就是空调间的负荷。这时流出的热量和流入的热量相平衡。

由于外扰的作用，将引起对象负荷的变化（比如对于空调间来说，由于室外温度的变化，便改变了它向室外的散热量），从而破坏了原来的能量平衡状态，引起调节参数的变化，于是调节过程便开始，以改变对象的输入或输出能量，使能量达到新的平衡，令调节参数回到给定值。可见调节对象负荷的变化情况，直接牵涉到对自动调节系统的要求。如果对象的负荷变

化速度相当急剧，那么就要求自动调节系统具有较高的灵敏度，能够在调节参数偏差很小时就开始调节动作，以便迅速恢复平衡。反之，对自动调节系统灵敏度的要求就不一定那样高。一般空调对象负荷变化是比较缓慢的。2．对象的传递系数对象的负荷每变化一个单位能量时，引起调节参数相应的变化量，称为传递系数，以K 表示。例如，喷水室的传递系数是指在一定喷水量和风量下，喷水温度每变化1C时引起露点温度的变化，水加热器的传递系数是指热水温度变化I c时通过它的空气温度变化值，恒温室的传递系数是指在一定送风量下，送风温度变化1C时引

起室温（一般指控制点）的变化值。综合以上所述就是，假设在对象负荷的温度变化为时，弓I起对象的温度变化为△◎,则K =（Aey（△ 3）。传递系数K值小，当扰动破坏平衡状态时，调节参数离开给定值的偏差小，自动调节系统就容易保持平衡，反之，传递系数大，调节参数离开给定值的偏差大，调节对象不易保持平衡。

3．对象的时间常数（也叫反应时间）

它表示当调节对象的负荷发生最大变化时，调节参数保持初始的变化速度，使其值改变到规定数值所需的时间，以T 表示。反应时间的倒数叫对象的灵敏度，它的意思是当调节对象的负荷产生最大变化时，调节参数的变化速度。它们表示了当调节对象的负荷发生变化时，引起调节参数变化速度的快慢，反应时间长（灵敏度小）表示即使热量变化（扰动）很大，温度也只能是很缓慢的变化，反之，反应时间短（灵敏度大），表示室温的变化速度快，热惯性小。

在空调中对象的时间常数T是这样确定的，即对象的冷热负荷从某稳定

值突然改变（阶跃）到某稳定值，调节参数一一温度从原稳定值 起达到负荷阶跃后最后稳定值的63.2 %时的时间。

4 .对象的滞后（也叫延迟）

当对象的负荷变化时，调节参数并不能立即随着变化，而是延迟 一个时

间后才开始变化，这段时间称为滞后时间，以T 表示。比如空 调系统中，电加热器电源刚接通，空调房间控制点的温度不会马上上 升，而要经过一段时间（在这段时间内进行热量输送和空气混合等）才 开始上升。

调节对象的滞后，对于调节过程产生不利影响，它将降低调节系 统的稳定性，增大调节参数的偏差，拖长调节时间。

附图：调节对象的飞升变化曲线

调节对象飞升变化曲线

综上所述，比较理想的调节对象是负荷变化要小，传递系数要小 些，滞后时间短些。

（五）调节器的特性 调节器在自动调节系统中， 象人的大脑一样， 它负责接受信号并发出 动作命令。它有以下主要特性：

1．调节范围

指的是调节器的工作范围， 即调节器能在调节参数从某值到某值 的范

围内工作，一般即表盘刻度值。 &

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2．精度等级

它代表仪表自身所产生的基本误差，是指仪表在正常工作条件下可能发生的最大绝对误差△ x（仪表读数与被测量的实际值之差），与仪表额定值X H（表盘最大刻度值即满标值）的百分比。有两种表示方法，一种是用百分数表示，比如说某表精度为1 ％，一种是以百分数中的数字表示，即把1％称为1 级表，0.5 ％称为0.5 级表等等。显然数字越小表示仪表误差越小。

由于仪表误差△x出现的位置不定，所以测量数字愈小误差愈

大。比如某一个1级表，其温度测量范围为0?50 C,那么它可能出现的最大误差厶x = 50 X 1 % = ± 0.5 C,这说明测量0?50 C时均可能出现0.50 C的误差，显然测量0 C时其误差为0.5 C,要比测量50 C时出现0.50 C 的误差大得多。因此为充分利用仪表的准确度，提高测量精度，选仪表时应尽量采用小量程的仪表，或使仪表经常测量范围在其全量程的1／2 以上。

3 ．不灵敏区（呆滞区）

不能引起调节动作的调节参数对给定值的偏差区间，如图所示。一般都是以对满刻度的百分数表示，比如刻度为0?50 C的调节器，其不灵敏区为0.5 %, 那么该调节器不灵敏区的温度值为50 X 0.5 % = 0.25 C,它表示实际温度在给定值附近0.25 C这个偏差区

间内时，调节器没有输出动作讯号。显然不灵区愈小仪表愈灵敏。附图仪表不灵敏区

不灵敏区

员输出动作|/正彎B动作

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炭输出N 正输出

给定值

仪表不灵敏区

4.调节器的滞后

当调节对象中安装测量元件处的调节参数开始变化时，一般要经过一段时间后调节器才使调节机构相应的动作，这段时间就是调节器的滞后。调节器的滞后

将引起自动控制系统的滞后。

5.反馈

为了保证自动调节系统的稳定性，把调节机构（或调节器的输出量）的某些量返回来对调节器起作用，就叫做反馈。如果调节参数对给定值产生偏差时，反馈作用使偏差信号减弱，叫做负反馈，反之，如果反馈作用使偏差信号增大，叫做正反馈。正反馈可以增大调节器的放大倍数，负反馈用来提高自动调节系统（或调节器）的稳定性。调节器一般都采用负反馈来调节调节器的品质，以提高调节的稳定性。

（六）调节器的种类

由于工业参数种类繁多，所以调节器的种类也很多。空调中多采用位式调节器，比例调节器和比例积分微分调节器。简述如下；1．两位式调节器两位式调节器的动作特点是：当调节参数产生偏差时，它输出信号只能使执行机构通或断，从而带动调节机构全开或全关，调节参数经常在上下两个极限之间波动。所以它一般常用于允许调节参数有一定波动、反应时间长、滞后时间小，负荷变动不频繁的调节对象，比如用于室温调节。