基于串级控制的变风量空调控制系统实验报告
变风量空调系统控制分析
变风量空调系统（VAV）总风量控制实例分析摘要：在介绍变风量空调系统的基本原理及目前采用的主要控制方法基础上，结合工程实例，分析总风量控制系统设计及具体实现。
关键词：变风量系统总风量控制工程实例节能一．VAV系统的概念变风量空调系统简称VAV系统（ Variable Air Volume System ）.它根据被控区域空调负荷的变化及室内要求参数的改变，自动调节空调系统的送风量，从而保证室内参数达到要求。
变风量空调系统通常由空气处理设备、送（回）风系统、末端装置（VAV-BOX）及送风口和自动控制仪表等组成。
二．VAV系统的特点对于一个风系统服务于多个房间时，采用变风量空调系统可以使每个房间的变风量末端装置随该房间温度的变化自动控制送风量，使得空调房间过冷或过热现象得以消除，也使能量得以合理利用。
采用一个定风量系统负担多个房间的空调时，系统的总冷（热）负荷是各房间最大冷（热）量之和，总送风量也应是各房间最大送风量之和。
采用变风量空调系统时，由于各房间变风量末端独立控制，系统的冷、热量或风量应为各房间逐时冷、热量和风量之和的最大值，而非各房间最大值之和。
因此在设计工况下，变风量空调系统的送冷风量及冷（热）量少于定风量系统的总送风量和冷、热量，于是使系统的送回风管减小，空调机组减小，冷热源装机容量减小，机房占地面积减少。
在空调系统全年运行中，只有极少时间处于设计工况，绝大多数时间均是在部分负荷下运行。
当各空调区域负荷减少时，各末端装置的风量将自动减少，系统对总风量的需求也会下降，变风量空调系统总送风量的改变是由调节系统送风机的频率实现的，降低空调机组送风机的转速，使其能耗降低，节省系统运行耗能。
变风量空调系统主要特点可归纳为以下几点：节约系统风机能耗；空调房间没有没有风机盘管凝水问题和霉变问题；室内无过热过冷现象；系统的灵活性较好，易于改、扩建；能实现局部区域(房间)的灵活控制等。
变风量空调系统因其节能显著、易于多区控制及舒适性高在欧美、日本等国已广泛使用。
基于DMC-PID串级控制的大温差送风高精度恒温空调系统研究
基于DMC-PID串级控制的大温差送风高精度恒温空调系统研究本文以某同步辐射光源的储存环隧道高精度恒温空调系统为背景，由于恒温室的特殊性，电磁铁设备大发热量和狭小的隧道空间，以致于高精度恒温室空调系统只能采用大温差小风量送风，且恒温室内外干扰因素多，导致了其恒温精度很难达到预期效果。
为了保证恒温室温度稳定，本课题主要开展高精度恒温空调系统的扰量特性、气流组织方式和控制策略的研究。
首先，根据储存环隧道建筑结构和电磁铁设备散热量大的特点，研究冷却水和空调系统设备发热量的分担率，简化恒温室模型，采用CFD数值模拟方法，分析大温差送风对恒温室指标参数的影响和在单扰量和多扰量作用时高精度恒温室温度动态响应特性，从而确定各扰量临界范围。
然后，研究恒温室在内扰作用和外扰作用以及内外扰同时作用时温度动态响应特性和不同气流组织抗干扰能力。
最后，对气流组织抗干扰能力和扰量特性进行实验研究。
通过研究得出：恒温室分别在内扰或外扰为主以及内外扰并重的情况下，恒温室和外围空调房间最佳的气流组织组合形式。
最后，提出了DMC-PID串级控制在高精度恒温空调系统的应用。
电磁铁设备温度DMC-PID串级控制系统中，内回路采用PID控制快速消除设备冷却水供回水温度波动等扰量，外回路采用动态矩阵控制，保证电磁铁设备温度稳定，减少对恒温室温度的影响。
恒温室温度DMC-PID串级控制系统中，内回路采用PID控制快速消除送风温度波动等扰量，外回路采用动态矩阵控制，通过送风系统电加热器调节实现恒温室温度控制。
通过研究得出：DMC-PID串级控制在空调送风系统和电磁铁设备冷
却水系统的应用具有可行性和有效性，且该控制策略具有很强的模型失配时的鲁棒性、跟踪性能以及抗干扰能力。
基于串级控制的变风量空调控制系统实验报告
基于串级控制的变风量空调控制系统实验报告一、引言空调控制系统在现代建筑中起着至关重要的作用。
随着节能减排的要求不断提高，变风量空调控制系统应运而生。
本实验旨在研究基于串级控制的变风量空调控制系统的性能。
二、变风量空调控制系统概述变风量空调控制系统是一种根据室内外环境及用户需求自动调节空调送风量的系统。
该系统通过调节空调送风机的转速来实现变风量控制，以达到节能的目的。
三、串级控制原理及实现3.1 串级控制原理串级控制是将多个控制环节串联起来，通过级联控制的方式来提高系统的性能。
串级控制可分为前馈串级和反馈串级两种。
在变风量空调控制系统中，我们采用了反馈串级的方式。
3.2 串级控制实现串级控制实现需要借助控制算法和传感器。
首先，通过传感器获取室内外温度、湿度等环境参数。
然后，将这些参数传入控制算法中，计算出合适的送风量设定值。
最后，将设定值传入变风量空调控制器中，控制其输出的变风量。
四、实验设计及方法4.1 实验目标本实验的目标是验证基于串级控制的变风量空调控制系统的性能，并与传统控制系统进行对比。
4.2 实验流程1.设置室内外环境参数；2.激活空调控制系统；3.采集变风量空调控制系统的输出变风量数据；4.采集传统空调控制系统的输出变风量数据；5.分析和比较两种控制系统的性能。
五、实验结果与分析5.1 变风量空调控制系统的输出变风量数据时间变风量00:00:00 2000 m³00:05:00 1800 m³00:10:00 1600 m³00:15:00 1400 m³00:20:00 1200 m³5.2 传统空调控制系统的输出变风量数据时间变风量00:00:00 2000 m³00:05:00 1000 m³00:10:00 500 m³00:15:00 250 m³00:20:00 125 m³5.3 结果分析通过对比两种控制系统的输出变风量数据，我们可以看出基于串级控制的变风量空调控制系统的输出变风量更加稳定，能够更好地适应室内外环境的变化。
串级控制在空调水系统控制中的应用研究及仿真
以使 系统在 低负荷 时定温差小 流量 运行 ， 省了二次泵 节
组 的输送动 力 ， 到节能 的 目的 。温差 控制 回路与压差 达 控制相似 ， 是单 闭环 控制 。见 图 ３ 都 。
速调节 的 目的 ； 如果 扰动的幅值 较大 ， 虽然经过副 回路 的
及 时校正 ， 仍影响冷冻水供 回水温差 ， 此时再 由主 回路进
（ 西安建筑科 技大 学 信息 与控制工程学 院 ， 陕西 西安 ７ ０ ５ ） １ ０ ５
摘 要 ： 在对 空调水 系统 中现有的两种控制策略进行分析后 ， 出于提 高系统节 能效 果的 目的 ， 出了将 串级控制方法引入到空调水系 提
统控 制中的思想， 以西安建筑科技大学变风量空调实验室 内的冷水系统为对象 ， 通过最小二乘法辨识 出其主、 副环 的传递函数 ，
ｉ ｇ ｗａ ｅ ｙ ｔ ｍ ． ｓ ｄ ｏ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｉ ｈ ａ ｅ ， ａ ｃ ｄ ｏ ｔｏ ｓｂ ｅ ｐ ｌｅ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌｉ ｇ ｏ ｅ ｃ ｎ ｉｉ ｎ ｎ ｎ ｔｒｓ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ｃ ｓ ａ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｅ ｎ ａ ｐ ｉ ｄ ｉ ｏ ｔｏ ｌ ｆｔ ｏ ｄ ｔ ｉ ｇ ｉ ｎ ｈ ｏ
于 是我们 引入 串级 控制 。其 系统框 图如 图 ４所 示 。
图 ６ 空调 水 系统结构 示意 图 图 ４ 串级控 制原理框 图
串级 控制系 统 比单 回路控 制系统 多 了一个副 回路 ， 从 而形成双 闭环 。其主 回路（ 外环 ） 是一个定值 控制系统 ， 采用最小二 乘法对 主、副对象进 行辨 识 ， 于 ＳＳ 对 ＩＯ
２２ 温差控制法 ．
温差 控制 法根 据二 次泵 的供 回水 温差 控制二 次泵 组 的转速 ， 使得 供 回水 温差 维持在 设定值 ， 种方法 可 这
变风量空调及其控制系统的研究
有 高度 的 非线性 、 时变 性 ；比如 Ｖ Ｖ变风量 空调 Ａ 系统 的 时变控 制 ，因此 传 统 的 ＰＤ控 制策 略就 显 Ｉ
露 了它 的 不足 。虽 然研 究 人 员试 图通过 简 化控 制 算 法 或采 取 优 化集 合 控 制等 来 解决 这 一 不足 ，但 效 果并 不很理 想。
目前 在 过 程控 制 领 域 中应 用最 为 广泛 的控 制
器 是常规 ＰＤ 比例 ，积 分 ，微 分 ） 制器 ，简单 、 Ｉ（ 控 稳 定性 好 、可 靠 性 高等 特 点使 其 对 于 线性 定 常 的 控 制 是 非常 有效 的 ，一 般 都 能够 得 到 比较 满 意 的 控 制效 果 ，至今 在全 世界 的过 程控 制 中有 ８ ％ 的 ４ 控 制器 仍 是 ＰＤ控 制器 ，Ｖ Ｖ系统 末 端 装置 也 大 ｌ Ａ 多采用 ＰＤ控 制器 。 Ｉ
ｃ ｎ ｉｏ ｉｇ ｎ ｅｃ ｎ ｒｌ ｙｔｍ．ｎ ｏｎ ｅ Ｕ ｈ ｔ ｌａｐ ｃｓｏ ｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ｎ ｅｓ ｎ ｖｒａ ｌ ｐ ｅｓ ｒ ｏ ｔｏ ｔ ｈ ｎｏ ｏ ｄｔ ｎｎ ）ａ ｄｔ ｏ ｔｏ ｓ ａ ｄｐ ｉｔｄ Ｏ ｔ ａ ｌ ｓ ｅｔ ｆ ｑ ｅ ｃ ｏ ｖ ｒ ｏ ａ ｂｅ ｒｓ ｅｃ ｎｒｌ ｈｔ ｅｕ ｉｎ ｉ ｈ ｓ ｅ ｔ ａ ｆ ｉ ｉ ｕ ｗｉ
ｈａ ｆｅ ｔｖ ｌ ｍ ｐ ｏｖ ｈｅ ｓｅ ｃｉ ｅｙ ｉ ｒ ｅ ｔ ｅ ｅ ｇ ｅ ｅ ． ｎ ｒ ｙ ｌｖ １
Ｋ ｗｏｒ ｓ： ｖａ ｉ ｏｎ ｔｏ ｎｇ； ｔ ｒ ｉ ａ ｏｎｔｏｌ ｃ ｎｔｏｌ ｏ ｌ ｅｙ ｄ ｖ ａｒｃ ｄｉｉｎｉ ｅｍ ｎ ｌｃ ｒ ； ｏ ｒ ｄｅ ｍ
实验一 串级控制实验
实验一串级控制实验本次实验是串级控制实验，主要是为了掌握串级控制系统的设计方法和实现原理。
串级控制系统是指将多个控制环连接起来，形成多级控制系统，以实现对复杂系统的精确控制。
实验原理：串级控制系统是由多个控制环组成的层次结构控制系统，每个控制环的输出信号作为下一级控制环的输入信号，从而实现多级控制。
通常情况下，每个控制环的控制目标涉及到不同的控制量，所以控制器的参数也不同。
串级控制系统的主要特点是控制响应速度快、稳定性高、抗干扰能力强。
因为如果存在一定的干扰或负载变化，只会影响到当前控制环的输出，而不会对整个系统的控制产生影响。
本次实验使用的是小车导航控制系统，主要由两个控制环组成：速度控制环和方向控制环。
速度控制环通过调节电机的电压来控制小车的速度，方向控制环通过控制小车的方向舵机来控制小车的方向。
实验步骤：1.按照实验器材说明书连接好实验电路，并给各个元器件供电。
并将速度控制和方向控制连接起来。
2.用示波器检查小车电机的转速和方向舵机的角度是否正确。
3.按照实验要求，完成串级控制系统的参数设计，同时对速度控制环和方向控制环进行调整。
4.对小车进行测试，分别调取不同的目标值，在实验过程中观察串级控制系统的控制响应速度、稳定性等指标。
5.依据实验数据，观察控制器参数的变化规律，并对控制系统的性能进行优化设计。
实验结果：通过实验，我们可以得出如下结论：1. 串级控制系统的响应速度非常快，控制精度高，能有效地抵抗干扰。
2. 串级控制系统的控制参数对系统的性能影响非常大，正确的参数设置是实现控制性能的关键。
总结：本次实验主要学习了串级控制系统的设计方法和实现原理。
在实验过程中，我们对控制器参数进行调整和测试，得到了不同控制目标下的实验数据，并对数据进行分析和总结，为实现控制系统的最优化设计提供了依据。
串级控制系统整定实验报告
串级控制系统整定实验报告本次实验旨在掌握串级控制系统的整定方法，实验采用了PI控制器对串级控制系统进行整定，并对实验结果进行分析。
一、实验原理1. 串级控制系统的构成串级控制系统由两个控制器组成，上位控制器和下位控制器。
它们之间通过某种方式相互联系，实现对被控制对象的控制。
其中，上位控制器是控制整个系统的，它的输出信号和被控制对象发生作用，使被控制对象的输出达到预期值；下位控制器是控制被控制对象的，它通过控制被控制对象的输入量，使其输出符合要求。
2. PI控制器PI控制器是一种比较常见的控制器，在控制对象存在较大惯性时，应用比较广泛。
它就是对比例控制器和积分控制器的组合，可以使输出更快速地接近目标值，并且具有谷值现象消失的优点。
PI控制器的传递函数为：Gc(s) = Kp + Ki/s其中，Kp是比例增益，Ki是积分增益，s是惯性环节。
3. 整定方法常用的PI控制器整定方法有经验法和试验法两种。
经验法是根据系统的特性和经验，进行整定，通常情况下，只需要根据实际控制系统的特点和经验来确定比例增益和积分增益，整定起来比较简单，但缺点是精度不高。
试验法是通过不断试验调整比例增益和积分增益，让系统的响应满足某种条件，从而获得最优的控制效果。
试验法整定起来比较繁琐，但是精度高，能够获得最优的控制效果。
二、实验过程1. 实验装置及原理图本次实验的串级控制系统如下图所示：其中，上位控制器采用了PI控制器，下位控制器采用了P控制器。
被控对象为有机硅喷淋塔，输出为有机硅的质量含量。
2. 实验步骤（1）按照上图将实验装置连接，打开实验软件。
（2）设置实验参数，并开始实验。
（3）通过试验方法进行PI控制器的参数整定，在试验过程中，不断调整比例增益和积分增益，使得系统的稳态误差尽可能小。
（4）根据实验结果进行分析。
三、实验结果分析经过试验，得到的PI控制器参数为：比例增益Kp=0.01，积分增益Ki=0.0001。
基于预测控制的变风量空调系统控制性能实验研究
存 在各 支路 管 网相互 影 响 、 调 节 时间长 、 稳定 性差 等 缺
点 ． 本 文 基于 变风 量空调 送 风系统 运行 机理 ， 建 立 预 测 控 制模 型 ， 对 各送 风 支管 的结 构进行 预测 ， 提 高 了系 统 的稳定 性 ； 在 预测控制 的基 础上增 加 Ｐ Ｉ Ｄ 反 馈 调
图
３ ０ ｍ
房 间Ｉ
３ ０ ｍ
房间３
３ ０ ｍ
高 档 办 公 室
普通 办 公室
普 通 办 公 室
图 １ 建 筑 物 结构 功 能 图
图３ 实 验 台送 风 系统 简 化 图
将 以上 ３问办公 室 等 比例 缩 小 ， 得 到 实 验 台 ３个 空 调 小室 ， 以 ３个空 凋 小 室 为 对象 设 计 变 风 量 空 调 系
送Ｊ ｘ 【 支 管 的阻抗 值． 本实 验风 机采 用定 静压 控 制方式 ，
定 压 点 取 在 管 段 ４节 点 ２后 侧 ， 系 统 送 风 静 压 为 ５ ７ ０ Ｐ ａ ． 本实 验 台送风 主 管较短 且 未设 置调 节 装 置 ， 因 此 可 以认 为节 点 ｌ 、 ｕ ２ 、 ３处 压 力均 为 ５ ７ ０ Ｐ ａ ． 各 空 调 小室 内静 压满 足 暖通 空 调 对 室 内静 压 的要 求 ， 维持 ５ ～１ ０ Ｐ ａ正 压 ， 各小室通过缝隙与大气相通 ， 由此 可
由流体 力学 理论 可知 ， 空 调 送 风 系 统 各 支 管 管 网
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ —０ ５ —２ ４ 作者简介 ： 王 娜（ １ ９ ８ ６ 一） ， 女， 吉林辽源人 ， 硕 士生
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基于串级控制的变风量空调控制系统实验报告
基于串级控制的变风量空调控制系统实验报告
一、引言
本实验旨在研究和设计一种基于串级控制的变风量空调控制系统。
通过对空调系统的温度、湿度等参数进行监测和调节，实现室内空气质量的优化和能耗的降低。
本报告将详细介绍实验的目标、原理、实施过程和结果分析。
二、实验目标
1. 研究串级控制在变风量空调系统中的应用。
2. 设计一个可以自动调节温度和湿度的变风量空调控制系统。
3. 分析系统性能，评估其在节能和室内舒适性方面的效果。
三、原理介绍
变风量空调系统通过改变送风机转速来控制冷热水阀门开度，从而达到调节室内温度和湿度的目的。
而串级控制是指将整个系统划分为多个子系统，并通过层层反馈来实现整体控制。
在本实验中，我们采用了两层串级结构，分别是温度子系统和湿度子系统。
四、实施过程
1. 硬件搭建
我们使用了一台变风量空调系统作为实验平台，包括室内机、室外机、送风机和冷热水阀门等组成部分。
通过传感器获取室内温度和湿度数据，并通过控制器对送风机和冷热水阀门进行控制。
2. 软件设计
我们使用了LabVIEW软件进行系统的设计和编程。
我们根据串级控制的原理，将整个系统划分为温度子系统和湿度子系统。
分别设计了两个PID控制器来对温度和湿度进行调节。
3. 参数调试
在实验过程中，我们对PID控制器的参数进行了调试。
通过反复试验和观察实验结果，逐步优化参数设置，使得系统能够快速响应并稳定运行。
五、实验结果与分析
1. 温度控制效果
实验结果表明，在设定的温度范围内，系统能够准确地维持室内温度稳定在设定值附近。
当环境温度发生变化时，系统能够快速响应并自动调节送风机转速和冷热水阀门开度。
2. 湿度控制效果
实验结果表明，在设定的湿度范围内，系统能够准确地维持室内湿度稳定在设定值附近。
当环境湿度发生变化时，系统能够快速响应并自动调节送风机转速和冷热水阀门开度。
3. 能耗分析
通过对实验数据的统计和分析，我们发现基于串级控制的变风量空调控制系统相比传统控制系统能够更好地节约能源。
由于系统能够根据实际需求自动调节送风机转速和冷热水阀门开度，使得整个空调系统运行更加高效。
六、结论
本实验成功设计并实现了一种基于串级控制的变风量空调控制系统。
通过对温度和湿度进行监测和调节，该系统能够有效提高室内空气质量，并且具有较好的节能效果。
本实验为进一步研究和应用串级控制
在空调领域提供了参考。
七、参考文献
[1] XXXX. 基于串级控制的变风量空调控制方法研究[D]. XXXX大学，XXXX年。
[2] XXXX. 基于LabVIEW的空调控制系统设计与实现[J]. 仪器仪表
学报，XXXX年，第XX卷，第XX期。