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[關鍵詞] EDA技術 空調控制系統(tǒng) VHDL語言 仿真

引言

空調控制系統(tǒng)是智能建筑樓宇自動控制的一個重要組成部分。系統(tǒng)占據(jù)整個樓宇自動化系統(tǒng)的30%以上的監(jiān)控點，而且空調的能耗也占整個建筑物能耗的50%以上。因此，空調控制系統(tǒng)的設計是整個樓宇自控系統(tǒng)設計的重點之一，也是節(jié)電節(jié)能的重點，特別對于大型建筑而言，更是如此。本文設計一種新型空調控制器，并采用了電子設計自動化（EDA）技術，用目前廣泛應用的VHDL硬件電路描述語言，在Altera公司的MAX+PLUSⅡ集成開發(fā)環(huán)境下進行綜合、仿真，并下載到可編程邏輯器件中，以實現(xiàn)控制功能。

一、空調控制系統(tǒng)結構

空調控制系統(tǒng)結構如圖1所示，首先由傳感器檢測室內溫度，并將采集來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)的預處理單元，在預處理單元將采集來的溫度信號與設定值相比較，來判斷當前的狀態(tài)（太熱、太冷或適中），然后將處理結果傳輸?shù)娇刂茊卧?，最后由?zhí)行機構接受控制單元輸出的控制信號，控制室內空調。

二、控制單元的EDA實現(xiàn)

1.控制單元的芯片功能

控制芯片如圖2，有三個輸入端時鐘端clk，temp_high和temp_low，兩個輸出端heat和cool，高電平有效。如果室內溫度正常， temp_high和temp_low均為‘0’，則輸出端heat和cool均為‘0’。如果室內溫度過高，temp_high為‘1’，temp_low為‘0’，則heat和cool分別為‘1’和‘0’,空調制冷。如果室內溫度過低，temp_high為‘0’，temp_low為‘1’,則heat和cool分別為‘0’和‘1’，空調制熱。

2.控制單元芯片的VHDL代碼

VHDL(Very-High-Speed integrated Circuit Hardware Description Language)是IEEE工業(yè)標準硬件描述語言，是隨著可編程邏輯器件(PLD)的發(fā)展而發(fā)展起來的。這種用語言描述硬件電路的方式，容易修改和保存，且具有很強的行為描述能力，所以在電路設計中得到了廣泛應用。以下是描述控制單元VHDL代碼.

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

entity air_conditioner is

port (clk:in std_logic;--時鐘輸入信號

temp_low:in std_logic; --過冷傳感器輸入信號

temp_high:in std_logic;--過熱傳感器輸入信號

heat:out std_logic;--制熱輸出信號

cool:out std_logic); --制冷輸出信號

end air_conditioner;

architecture style_b of air_conditioner is

type state_type is (just_right,too_cold,too_hot);

attribute sequential_encoding :string;--定義state_type的屬性sequential_encoding

attribute sequential_encoding of state_type:type is"00 01 10";

signal stvar:state_type;

attribute state_vector:string; --定義stvar的屬性state_vector

attribute state_vector of style_b:architecture is "stvar";

begin

controller1:process

--clk是該進程的敏感信號，當clk變?yōu)椤?’時，激活進程

Begin

--等待clk變?yōu)椤?’

wait until clk=’1’;

--根據(jù)temp_low和temp_high的值決定stvar的值

if (temp_low=‘1’) then stvar

elsif (temp_high=‘1’) then stvar

else stvar

end if;

--根據(jù)stvar的值決定heat和cool的值，從而控制空調制冷、制熱或保持不變

case stvar is

when just_right=>heat

when too_cold=>heat

when too_hot=>heat

end case;

end process controller1;

end style_b;

3.控制單元芯片的功能仿真

控制單元芯片系統(tǒng)采用ALTERA公司的EPF8282ALC84-2芯片，所有程序在MAX+PLUSⅡ中開發(fā)。設計輸入完成后，進行整體的編譯和邏輯仿真，然后進行轉換、布局、布線，延時仿真生成配置文件，最后下載至FPGA器件，完成結構功能配置，實現(xiàn)其硬件功能。控制芯片的系統(tǒng)邏輯功能仿真波形如圖3所示。各信號的邏輯功能和時序配置完全達到設計要求。

三、結束語

本文設計的空調控制系統(tǒng)，可以根據(jù)室溫的變化控制空調制冷或制熱，起到調節(jié)室內溫度的作用，特別是大大降低了空調的能耗。本系統(tǒng)具有結構簡單、性能穩(wěn)定、實現(xiàn)方便，成本低的優(yōu)點，因此極具市場競爭力。

參考文獻：

[1]侯伯亨:VHDL硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設計[M].西安：西安電子科技大學出版社，1999

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關鍵詞：暖通空調;低效運行;控制系統(tǒng)

一、引言

隨著社會發(fā)展過程中人們生活水平的提高，空調系統(tǒng)的應用越來越普及，在空調的使用過程中，中央空調系統(tǒng)的能最消耗一般占整個建筑耗能的50％以上。在當前人們要求不斷增加的過程中，當前空調系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足人們需求。在空調系統(tǒng)的設計中是按滿足用戶最大需求，因此在空調系統(tǒng)工作的過程中一般都處于一種低負荷狀態(tài)之下進行。由于能源十分緊張，空調在當前使用過程中的不斷增加使得其能源消耗在國民經(jīng)濟中的比重也逐漸增大，所以開發(fā)中央空調系統(tǒng)的優(yōu)化控制技術，增加其運行效率，降低運行成本，使中央空調系統(tǒng)在不同負荷下、不同工況條件下，都能以最佳效率運行，并且在其使用的過程中能夠保證其能夠做到空氣控制的最佳效果是當前人們生活需求和工作中的主要需求，有著非常廣闊的應用前景。

二、暖通空調系統(tǒng)

1、暖通空調工作原理

暖通空調生活中使用最為廣泛的空調系統(tǒng)之一，是采用當前先進的科學技術對空調進行改進的前提基礎。其在使用的過程中是當前人們工作原理就是制冷劑在制冷機組的蒸發(fā)器中與冷凍水進行熱量的交換而汽化，使得在工作的過程中通過冷冰水使得空氣溫度降低，然后，被汽化的制冷劑在壓縮機作用下，變成高溫高壓氣體，使得空氣在流通的過程中，流經(jīng)制冷機組的冷凝器時被來自冷卻塔的冷卻水冷卻，通過氣體變成低溫低壓的液體，利用這些液體經(jīng)過降溫冰水來運送到水泵空氣的處理和加熱交換器中，與混風進行冷熱交換形成冷風源，通過送風管道送入被調房間。

2、暖通空調供水系統(tǒng)

在當前社會科學技術不斷發(fā)展的過程中，控制技術與電子技術也在飛速發(fā)展中，自動控制設備的造價不斷的下降，各種系統(tǒng)在空調設計和使用中的問題不斷增加，各種流經(jīng)方式和變換問題逐步的到解決。變流量系統(tǒng)可以使系統(tǒng)全年以定溫差、變流量的方式運行，盡量節(jié)約冷凍水泵的能耗，使得其得以越來越廣泛的應用。目前，通常所說的變流量系統(tǒng)是指在水路系統(tǒng)的空調末端使用二通閥的系統(tǒng)，是與水路系統(tǒng)的空調末端使用三通閥的定流量系統(tǒng)相對而言的，所謂變流量與定流量均是指送冷凍水的水路系統(tǒng)的流量，而不是通過末端的流量，通過末端的流量變流量與定流量均是變化的。變流量系統(tǒng)的目的是要冷源輸出的流量所載的冷量與經(jīng)常變化的末端所需的冷量相匹配，從而節(jié)約冷量的輸送動力和冷源的運行費用。由于目前大多數(shù)冷水機組的水流量要求恒定，所以變流量系統(tǒng)實際上是供冷(水)量與需冷(水)量相對匹配的。即供冷(水)量只能隨冷水機組的運行臺數(shù)的不同產生變化。由于空調系統(tǒng)大部分時間都處于設計負荷的60％以下運行，且負荷隨著時問在不斷地變化，為了使冷水所載的冷量與經(jīng)常變化的負荷相匹配，從而節(jié)約冷量輸送動力和冷源的運行費用，采用變冷水流量控制便成了理所當然的做法。

3、暖通空凋空氣處理單元

在暖通空調空氣處理單元中，首先是新風與部分回風混合，形成混風，混風經(jīng)過熱交換器與冷凍水進行熱交換形成送風，在冬天，混風吸收能量溫度提高，在夏天，混風溫度降低，送風在風機的作用下經(jīng)過送風管道進入房間，與房間內的空氣進行熱量的傳遞，最終調節(jié)房問的溫度到達所需要的設定點。房間內的氣體在排風機的作用下被排出，形成回風。部分的回風排出室外，部分回風與新風混合重復上述過程。

混風和冷凍水的熱交換是在空氣處理單元的熱交換器中進行的，熱交換器是暖通空調系統(tǒng)空氣處理單元中的重要部分，熱交換器的工況處于部分負荷下時，并非與設計工況相同，而實際使用過程中，熱交換器絕大多數(shù)時間是在非設計工況。

三、暖通空調控制系統(tǒng)設計

對房間溫度進行了合理的設定，然后建立合理的暖通空調控制器，使暖通空調控制系統(tǒng)能快速準確的調解房間溫度到達設定的房間最佳溫度值，并有效的抑制房間內部和外部的干擾對房間內溫度的影響，同時節(jié)省暖通空調系統(tǒng)能量的消耗。由于暖通空調具有時滯和大慣性，當前的控制信號要等到很長時間才能在系統(tǒng)的輸出中反映，而廣義預測控制可以利用現(xiàn)在時刻的控制變量使未來時刻系統(tǒng)的輸出快速準確的跟蹤期望的輸出。同時暖通空調的工況環(huán)境不斷變化且有干擾作用，用神經(jīng)網(wǎng)絡的強學習能力使暖通空調控制系統(tǒng)有效的抑制工況變化和干擾帶來的對控制效果不利的影響。

1.暖通空調廣義預測控制結構

這里選取的基于RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡暖通空調廣義預測控制系統(tǒng)結構，基于RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的暖通空調廣義預測控制主要由三部分構成。要實現(xiàn)暖通空調的廣義預測控制，要有準確的暖通空調輸出預測，在提供暖通空調預測輸出的基礎上，建立準確快速的在線優(yōu)化策略和有效的反饋校正。即通過所得到的未來溫度輸出和優(yōu)化目標函數(shù)，利用梯度下降法對實現(xiàn)滾動優(yōu)化控制功能的RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)進行修正，從而得到最佳的控制規(guī)律。此RBF模糊神經(jīng)網(wǎng)的輸入是實際房間溫度和設定房間溫度的差值和差值變化率，輸出是暖通空調調節(jié)閥電壓。

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對變風量空調系統(tǒng)的研究開始于上世紀七十年代。七十年代到九十年代主要研究VAV空調系統(tǒng)的能耗問題，通過與定風量系統(tǒng)(CAV)與常規(guī)的風機盤管系統(tǒng)的能耗比較來改善VAV空調系統(tǒng)。相對CAV空調系統(tǒng)而言，VAV空調系統(tǒng)的送風量和送風再熱量都有較大變化，較低的風機能耗及制冷負荷更加符合節(jié)能要求，對風機采用有效的調控措施，降低風機能耗是提高VAV空調系統(tǒng)能效的重要方法。通過對送風靜壓的監(jiān)測實現(xiàn)對送風量的控制，送風機的變頻調速與DDC控制相結合是這一時期VAV空調系統(tǒng)研究的主要方向，變頻調速與變靜壓控制的有機結合使VAV空調系統(tǒng)具有了更大的節(jié)能空間。

2 變風量空調(VAV)系統(tǒng)控制發(fā)展

VAV空調系統(tǒng)的控制方式的發(fā)展大體上經(jīng)歷了三個階段：第一個階段，80年代開發(fā)并實際投入使用的定靜壓定溫度控制形式；第二個階段，90年代前中期開發(fā)并實際運用的定靜壓變溫度控制形式；第三個階段，90年代后期開發(fā)并實際運用的變靜壓變溫度控制形式，在此階段同時并存的還有總風量控制形式，已運用于實踐。

目前，VAV空調系統(tǒng)已經(jīng)成為歐美發(fā)達國家集中空調系統(tǒng)的主流模式。進入九十年代后，能源危機的緊迫使得日本對國內七十年代以前建設的中央空調系統(tǒng)進行改建或重建，將原有的定風量系統(tǒng)改造為變風量系統(tǒng)，并加大了對VAV空調控制系統(tǒng)的研究力度，形成了自己的控制模式及標準。目前，在我國發(fā)達地區(qū)新建公建項目中采用VAV空調系統(tǒng)者已占到較大比例。

我國雖然在VAV空調系統(tǒng)的理論研究上取得了不小的成績，但具體到實踐上與國外同類研究還有不小的差距，由于VAV空調系統(tǒng)真正在國內大范圍得以推廣使用的時間還很短，缺少實踐經(jīng)驗，加之該控制技術相對復雜，控制環(huán)節(jié)多，尤其是對VAV空調系統(tǒng)控制部件的復雜性還存在研究上的困難，關鍵部件還需國外產品支持，另外價格較高、實際工程效果不理想等客觀原因也阻礙了VAV空調系統(tǒng)的推廣使用。

3 變風量空調(VAV)系統(tǒng)末端控制與裝置

VAV空調系統(tǒng)的控制機理并不是很復雜，末端送風裝置是實現(xiàn)變風量功能的關鍵，而選擇何種控制系統(tǒng)并與末端送風裝置進行有機結合是整個VAV空調系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)之一。VAV空調系統(tǒng)并非是簡單地在定風量系統(tǒng)上加裝可調變速風機及末端裝置，它還包括由多個控制回路所組成的控制系統(tǒng)，要保證VAV空調系統(tǒng)運行隨著空調負荷變化而進行相應改變就必須依靠自動控制系統(tǒng)。變風量控制系統(tǒng)的主要作用是：自動調節(jié)系統(tǒng)送風量以適應房間空調負荷變化；通過相對獨立的控制單元分別實現(xiàn)對不同房間、不同功能區(qū)域的不同溫度參數(shù)要求；能夠根據(jù)負荷變化自動調節(jié)送風主機的運行頻率以降低空調系統(tǒng)運行能耗，實現(xiàn)節(jié)能目的。

目前在過程控制領域中應用最為廣泛的控制器是常規(guī)PID(比例，積分，微分)控制器，簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高等特點使其對于線性定常的控制是非常有效的，一般都能夠得到比較滿意的控制效果，至今在全世界的過程控制中有84％的控制器仍是PID控制器，VAV系統(tǒng)末端裝置也大多采用PID)控制器。

PID控制以其巧妙的構思和良好的控制效果一度成為應用最廣泛，實現(xiàn)最簡單的控制策略。PID控制理論內涵給人們留下了較大的研究空間，關于PID參數(shù)自整定的方法也相繼問世，但隨著控制理論及應用范圍的不斷發(fā)展，控制對象也日趨復雜，有些系統(tǒng)的過程模型難以建立，并且具有高度的非線性、時變性；比如VAV變風量空調系統(tǒng)的時變控制，因此傳統(tǒng)的PID控制策略就顯露了它的不足。雖然研究人員試圖通過簡化控制算法或采取優(yōu)化集合控制等來解決這一不足，但效果并不很理想。

基于PID控制所存在的問題，相關研究人員根據(jù)變風量空調系統(tǒng)的特點結合控制技術在不斷改進PID控制算法的基礎上積極尋找其它更為高級的控制方式，通過實踐，逐步將最優(yōu)控制、自適應控制、模糊控制及神經(jīng)網(wǎng)絡控制等智能化控制手段應用于VAV空調系統(tǒng)的控制實踐。

隨著控制技術、空調技術的發(fā)展以及將二者相結合運用于建筑系統(tǒng)的發(fā)展趨勢來看，VAV空調系統(tǒng)控制技術從最初的定靜壓控制到變靜壓控制再到后來直接數(shù)字控制、總風量控制再到智能化控制已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，其中清華大學有關學者提出的總風量控制法具有一定影響，該方法不采用靜壓送風量，而是根據(jù)壓力無關型VAV空調系統(tǒng)末端裝置的設定風量來確定系統(tǒng)送風總量并據(jù)此計算出送風風機的轉速，從而對送風量進行控制。他們通過對總風量控制法與定靜壓控制法、變靜壓控制法的節(jié)能效果比較，認為雖然總風量控制法的節(jié)能效果雖不如變靜壓控制法，但因其沒有壓力控制環(huán)節(jié)，所以運行穩(wěn)定性很好。另外，還有學者通過分析變VAV空調系統(tǒng)的局部控制，利用其送風末端裝置風閥的開度作為各空調區(qū)域相關負荷的指示信號，提出送風靜壓優(yōu)化控制方法。

4 變風量空調(VAV)控制系統(tǒng)模型

VAV空調系統(tǒng)主要應用于大中型建筑物，它是全空氣空調系統(tǒng)與控制技術相結合并不斷發(fā)展的產物。與常規(guī)的全空氣空調系統(tǒng)相比，VAV空調系統(tǒng)最主要的特點就是在每個空調房間的送風管處設置一個VAV空調系統(tǒng)末端裝置(VAV Box)，該末端裝置的主要功能部件是一個風量調節(jié)閥門或末端調速風機。

在總風量控制下的VAV系統(tǒng)中, 當室內溫空器實時監(jiān)測到實際溫度超出設定溫度時，通過A／D轉換將溫差信號由各分支饋線傳輸給末端裝置控制器，并同時將信號傳輸給VAV系統(tǒng)主控制器。通過對信號的比較處理，改變送風主機運行頻率，改變送風量。而末端裝置通過調整閥門開度或風機轉速來控制進入房間的送風量，進而實現(xiàn)對各個房間的溫度控制。末端裝置的風量調節(jié)是通過其自身的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的，最簡單的控制方式就是根據(jù)比較房間內實際溫度值與設定溫度值之間的差值來調節(jié)末端裝置的風閥開度。但這種控制也存在一些問題：當某個房間達到設定溫度而相應末端裝置風閥開度保持穩(wěn)定時，由于其它房間末端裝置響應相應空調狀況而做出調整時就會影響整個VAV空調系統(tǒng)送風壓力，進而改變已調整穩(wěn)定的房間末端裝置，而空調負荷的熱惰性又致使末端裝置不會立刻進行調整性動作，等房間空調負荷交得較大并出現(xiàn)溫度波動時，末端裝置才采取動作，而動作的結果又反過來影響其它房間末端裝置的控制效果。這樣一種以動態(tài)響應為主連續(xù)參量、多環(huán)節(jié)的控制方式來保證環(huán)境溫度與設定溫度相一致是很困難的，其中任何一個環(huán)節(jié)年問題都會導致運行出現(xiàn)故障或是令系統(tǒng)功能大打折扣。比如，在送風管道上選擇檢測點的位置如何，能否準確代表系統(tǒng)送風狀況，是否失真，再比如送風管道異常漏風時，還有，假如信號抗電磁干擾能力差等都會導致系統(tǒng)送風紊亂，送風主機運行頻率異常，原有送風平衡被破壞，甚至無法進行系統(tǒng)運行調整等等問題。

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關鍵詞：中央空調；變頻；電氣控制

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

1簡述

某國賓館建筑面積約10000平方米，中央空調系統(tǒng)冷凍出水溫度設計為7℃，

冷卻進水溫度設計為37℃，系統(tǒng)配置如下：一用一備冷凍機組系統(tǒng)、兩用一備冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、兩用一備冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、兩用兩備冷卻風機系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及一些相關的輔助設備。中央調控工藝流程如下：

圖1：中央空調控制工藝流程圖

2 控制系統(tǒng)設計

本中央空調控制系統(tǒng)包括：鍋爐控制系統(tǒng)、冷凍機組控制系統(tǒng)、冷卻水控制系統(tǒng)、冷卻水控制系統(tǒng)和末端設備控制控系統(tǒng)。為了對以上幾個系統(tǒng)遠程控制，本控制系統(tǒng)采用S7300(PLC)進行數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制，采用Wincc作為上位機控制軟件?？照{機組、冷凍水循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵、冷卻風機通過標準的MODBUS協(xié)議經(jīng)MODBUS-DP轉換設備和PLC進行數(shù)據(jù)交換，PLC和上位機通過DP通訊實現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)交換。整個控制系統(tǒng)的結構圖如圖2所示.

圖2 控制系統(tǒng)結構圖

整個中央空調系統(tǒng)控制策略如下：當外界環(huán)境溫度上升時，機組排氣壓力相應上升,系統(tǒng)的PID調節(jié)流程圖如圖3。

圖3 PID調節(jié)流程圖

反之，則控制流程相反。

3 結論

從功能實現(xiàn)和實際運行情況看，中央空調系統(tǒng)進行變頻節(jié)能控制系統(tǒng)設計完成后，能夠根據(jù)外界環(huán)境溫度的變化，通過對變頻器進行調速實現(xiàn)對系統(tǒng)進行調節(jié)，滿足系統(tǒng)的運行要求。特別是空調系統(tǒng)和自控系統(tǒng)結合的應用，整個空調系統(tǒng)實現(xiàn)了閉環(huán)全自動控制，提高了自動化水平，運行安全可靠、實現(xiàn)了無人值守，在保證了某國賓館舒適度的同事并節(jié)約了能源。

4 參考文獻

《中央空調工程設計與施工》，吳繼紅等 高等教育出版社

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[關鍵詞]空調 電控控制 設計

中圖分類號：TM921151 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）21-0121-01

前言

隨著經(jīng)濟水平的提高，人們對于生活的要求也越來越高，近年來，隨著空調的設計技術的不斷提高，空調在我國的普及率越來越高。有研究調查，人們用于生活的電量正在逐步地上升，其中空調的用電量是人們生活用電的主要部分之一?？照{作為人們生活的必要電器，其設計的舒適度和人性化越來越受到人們的關注，其電控控制系統(tǒng)也在向著越來越理想化的方向發(fā)展。

1.空調分體機控制器設計

空調的電控控制系統(tǒng)分為好幾個部分，其中，空調分體機控制器的設計比較復雜?？照{分體機控制器的主要工作就是將一些輸入的信息，經(jīng)過空調分體機控制系統(tǒng)的分析和處理，將輸入的信息反饋給需要執(zhí)行命令的元件，使得空調分體機控制器的其他部分能夠按照命令完成操作。

1.1 主要的元器件

空調分體機的控制系統(tǒng)非常復雜，包含的元件非常多，因此是一個比較多元的系統(tǒng)。主芯片MCU是主要的元件，在空調分體機正常運行的過程中，主芯片能夠采集到空調周圍運行環(huán)境的一些信息，并且將這些信息進行分析和處理，并且根據(jù)人們實際的要求以及空調分體機的系統(tǒng)要求進行操作控制。在空調的運行過程中，難免會因為操作不當，或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障而導致主芯片的運行出現(xiàn)問題。在主芯片出現(xiàn)故障時，復位芯片能夠及時發(fā)揮作用，保證主芯片能夠迅速的恢復運行狀態(tài)?？照{分體機控制系統(tǒng)的變壓器，能夠將輸入的電壓轉換成系統(tǒng)需要的電壓，一般來說正常用電的電壓為220V，但是不同的電器對電壓要求不同，因此，空調分體機在運行的時候也需要合適的電壓。變壓器能夠將220V的電壓通過整流和穩(wěn)壓為空調分體機控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的低壓直流供電。除了以上元器件之外，在空調分體機的控制器中所用的元器件還有晶振和陶瓷諧振器、繼電器、壓敏電阻、穩(wěn)壓管以及光耦和可控硅，這些元器件在控制器中缺一不可，共同保證空調控制器的穩(wěn)定運行。

1.2 電路設計要求

除了必要的元器件之外，空調的分體機控制器要想正常穩(wěn)定的運行時，必須有一個完整的電路設計。首先是電源電路設計，一般來說，在電源電路的設計中，還要注意變壓器的應用，在以上的兩種電路中都需要使用變壓器對輸入電壓進行調整，最后輸出元器件所需的電壓。其次是芯片電路，這部分的電路設計關系著空調分體機控制器的使用情況，主要包括復位電路和時鐘電路。時鐘電路中主要工作的元器件是晶振或者是陶瓷諧振器，這兩種元器件在電路的運行中，能夠產生時鐘，并且將這種時鐘信息傳給芯片。而復位電路的設計不但是保障空調分體機設計運行的必要設計，并且其設計工藝也是比較復雜的。一旦主芯片出現(xiàn)了故障，復位電路能夠使得控制器能夠迅速的復位，繼續(xù)工作。在空調分體機控制器的電路設計中，除了以上兩種電路，還有采樣電路，功率驅動電路，負載強電電路等的設計，都是支持整個控制器運行的重要電路。

1.3 分體機的設計工藝

空調分體機控制器的設計影響著整個空調的使用，因此不管是元器件還是電路其設計工藝必須嚴格要求。在設計空調分體機控制器的過程中，首先任務是選擇元器件，在選擇元器件的過程中，一定要選擇比設計中的元器件的額定容量還要大的元器件，這樣一來，控制器在工作的過程中，一旦發(fā)生了超負荷運行時，能夠保障電路正常運行，還能提高元器件的工作壽命。其次是，設計控制器的工作環(huán)境，工作環(huán)境對于空調分體機控制器的正常工作有很大的影響作用，在設計的過程中應當盡可能地保證散熱功效。在空調分體機控制器的運行中，難免會出現(xiàn)一些故障問題，在設計的過程中一定要提前設計好電路保護，一般的設計就是增加嵌位二極管，以此來保護其它元器件。

2. 空調遙控器設計

空調的遙控器是人們控制空調的最重要的一部分，空調遙控器的設計與控制空調的功能聯(lián)系密切。平時看似很小的空調遙控器，其工作機理以及內部構造都是相當復雜的，空調遙控器的系統(tǒng)包括集成電路、液晶顯示電路鍵盤、芯片電路、隨身感測溫電路背光工程電路以及紅外發(fā)射電路等，其工作起來每個部分結合成為一個整體，是非常高端的設計。在空調遙控器的設計過程中，要認真分析每個電路的工作原理和元器件的作用，然后再選擇一些比較高質量的元器件進行組合，最后設計的空調遙控器在精準和功能方面都要達到技術的要求。

3.變頻空調的電控設計

3.1 直流變頻空調的電控設計

直流變頻空調在人們的生活和生產中應用非常廣泛，這類空調的電控設計也是非常有特色的，所謂的直流變頻空調并不是需要直流電直接供電的，而是采用一種直流變頻設備，將所供的電進行交流與直流之間的轉換，從而達到系統(tǒng)所需的供電。直流變頻空調在運行的過程中，調速性能非常好，并且噪音低，運行效率高，是人們所中意的一類空調。直流變頻空調分為正弦波驅動和方波驅動兩類，這兩類驅動方式與空調的壓縮機設計有關。

3.2 交流變頻空調的電控設計

交流變頻空調的電控設計更加嚴格，交流變頻空調的電控系統(tǒng)需要改變壓縮機供電頻率而實現(xiàn)壓縮機轉速的變化。之所以說交流變頻空調的電控設計更加嚴格是因為該變頻空調的壓縮機供電頻率與電壓的變化都是有嚴格控制的，二者的變化必須是等比例的，即壓縮機供電頻率在改變的時候，輸出給壓縮機的電壓也必須同時作出改變，并且改變的比例是相等的。交流變頻空調的電控設計非常關鍵，如果設計的不合格，將會出現(xiàn)一些故障，例如壓縮機運轉不良現(xiàn)象，整個電控系統(tǒng)的能效比降低，整個空調機功率因素低，并且容易出現(xiàn)較大的振動等現(xiàn)象。因此，在交流變頻空調的電控設計過程中，必須對每個元器件和電路的設計都要做到嚴格要求。

3.3 變頻空調控制系統(tǒng)的關鍵元件

不管是直流變頻空調還是交流變頻空調，其電控系統(tǒng)的設計中都有一些關鍵的元件，這些元件不僅發(fā)揮著重要的作用，而且也是空調出現(xiàn)故障的重要一部分。與常規(guī)的空調相比，變頻空調的室內機部分都是相似的，唯一不同的地方就是變頻空調比常規(guī)空調多了另外一種電路，這種電路就是室外通訊電路。正由于這種額外的電路增加了，因此變頻空調需要更多的元器件和更高的技術要求，也導致變頻空調的電控設計價格要更高一些。在變頻空調的電控設計中，變頻室外的主要的元器件包括變頻模塊組件、光耦、大電抗器、室外主控芯片等，這些元器件能夠保障空調在運行的過程中，速度以及處理分析能力也有了很大的進步，使得變頻空調的電控系統(tǒng)更加可靠。

4.結語

在人們的日常生活與生產中，空調占據(jù)著重要的地位，并且逐漸發(fā)展成為人們生活中不可或缺的一種家用電器。提高空調的設計，使之成為更加符合人們要求的家用電器是空調生產設計商的重要的研究方面?？照{的電控設計與空調的功能及人性化設計都是密切相關的，因此完善空調的電控設計是非常有意義的。要想完善空調的電控設計，必須深入了解空調電控系統(tǒng)的各個元器件、電路以及工作原理。

參考文獻

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關鍵詞：車載電動空調電機控制系統(tǒng)；新能源汽車；需求分析

中圖分類號：U463 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2017）010-0-01

一、前言

隨著新型能源汽車的誕生和普及，與汽車相關的科學技術也發(fā)生了不同程度的改變，變化最顯著的技術之一就是車載空調技術。傳統(tǒng)的燃油汽車空調系統(tǒng)利用發(fā)動機來驅動空調壓縮機和風機旋轉工作，以達到車室內的溫度調節(jié)和空氣流通的效果。新型能源汽車發(fā)動機的驅動方式多種多樣，很多新型能源汽車不再有驅動車載空調運行的燃油發(fā)動機，因此有必要對車載空調技術進行研究，使用其它技術實現(xiàn)對新型能源汽車車載空調進行驅動控制。

二、車載電動空調電機控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

各國政府及其汽車廠商都投入了大量的人力財力用于新型能源汽車車載空調研發(fā)，同時得益于微機控制、微電子技術的發(fā)展，電機控制技術被廣泛的應用于新型能源汽車空調的設計。目前，美國生產的油電混合型汽車載空調系統(tǒng)全部由電機控制系統(tǒng)驅動。美國通用汽車公司和日本五十鈴汽車公司（后合并到三菱集團）一起聯(lián)合研究智能型車載電動空調電機控制系統(tǒng)來控制的電動客車空調系統(tǒng)，將新型能源汽車車載空調技術推到一個新的高度。法國露絡路易斯公司將模糊控制理論應用于車載電動空調電機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了新型能源汽車空調變頻技術。歐美等汽車工業(yè)發(fā)達國家的汽車公司也相繼開發(fā)出各自的基于電機控制的車載電動空調系統(tǒng)產品。

我國的電機控制技術起步較晚，新型能源汽車的研究水平較發(fā)達國家相比仍然比較落后，所以車載電動空調電機控制技術一直發(fā)展緩慢。目前我國現(xiàn)有主要車載電動空調生產廠家有20多家，這些空調生產廠家絕大部分是引進國外技術生產線和生產設備，沒有自主研發(fā)能力。另外我國各知名空調企業(yè)聯(lián)手各科研機構以及部分高校投入了大量的人力物力財力致力于車載電動空調電機控制系統(tǒng)研究，但是汽車復雜的工況環(huán)境對系統(tǒng)穩(wěn)定性提出了更高的要求，給研發(fā)帶來了很大難度。國內已經(jīng)有少數(shù)幾款車載電動空調電機控制系統(tǒng)產品，但是難以適應新型能源汽車震動頻繁和強電磁干擾復雜的工作環(huán)境，工作狀態(tài)不穩(wěn)定。

三、車載電動空調電機控制系統(tǒng)解決方案

學習借鑒國內外較成熟的應用技術和先進經(jīng)驗，根據(jù)車載電動空調電機控制系統(tǒng)要求，以車載電動空調電機控制系統(tǒng)為設計對象，進一步分析討論用于車載電動空調電機控制的關鍵技術，設計用于車載電動空調的基于ST7FMC系列單片機的無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)，目前該控制系統(tǒng)還在研發(fā)試驗中，并已取得一定進展。具體解決方案如下：

1.分析研究無刷直流電機位置新檢測方法

對Y型三相全橋式電機電路進行分析，研究基于導通二相繞組的等電感電勢的轉子位置檢測方法。使用這種方法解決了在BLDCM（無刷直流電機）低轉速下轉子位置信號難以提取的問題。

2.控制系統(tǒng)硬件電路設計

根據(jù)新的轉子位置檢測方法提出硬件電路設計方案?？刂葡到y(tǒng)采以意法公司生產的ST7FMC2S6單片機為主控芯片實現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件電路設計。硬件電路設計主要包括位置信號檢測模塊電路設計、總線通信模塊電路設計，驅動電路模塊設計等。

3.控制系統(tǒng)軟件設計

結合系統(tǒng)功能進行相關的軟件設計。需實現(xiàn)BLDCM的啟動、調速功能以及CAN總線的通信功能。

4.樣機的調試軟件設計

為實現(xiàn)本系統(tǒng)對電機控制的精準性，需要設計開發(fā)一套基于CAN總線的車載電動空調控制監(jiān)控系統(tǒng)上位機軟件，通過本軟件可實現(xiàn)空調運行狀態(tài)動態(tài)顯示與控制、車身工作環(huán)境顯示模擬等功能。

四、車載電動空調電機控制系統(tǒng)的應用價值

目前我國的車載電動空調電機控制技術相對比較落后，國產車載電動空調系統(tǒng)穩(wěn)定性差，產品質量整體不高。以上現(xiàn)象直接導致國產車載電動空調成本高，產品競爭力差。因此，我們需要研發(fā)有自主知識產權的車載電動空調電機控制系統(tǒng)，進一步降低產品成本，改善產品性能進一步提高我國車載電動空調產品的市場競爭力。

電動汽車要求電機驅動系統(tǒng)響應快，對系統(tǒng)的動態(tài)性能以及穩(wěn)態(tài)性能要求都比較高。但是電動汽車系統(tǒng)的復雜性，加上振動，干擾等問題的影響，導致低轉速下難以提取車載電動空調電機轉子位置信號，最終電機無法正常啟動嚴重影響空調穩(wěn)定性。在電機控制系統(tǒng)設計時，我們采用了一種新的位置檢測方法實現(xiàn)低轉速下對電機轉子位置信號的有效提取，提高整個空調系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

另外，針對復雜項目復雜的工作環(huán)境，在產品的研發(fā)過程中，設計人員和產品測試人員需要在各類模擬環(huán)境（如復雜路況、極端的天氣情況環(huán)境）對車載電動空調控制系統(tǒng)進行調試，最終實現(xiàn)對車載電動空調的精準控制。本設計利用CAN總線通信模塊設計了樣機的調試監(jiān)控軟件。通過本樣機的調試監(jiān)控軟件測試人員可以透明的觀測到空調電機的運行情況，為實現(xiàn)精準控制提供了有數(shù)據(jù)。

篇7

關鍵詞：恒溫恒濕；空調系統(tǒng)；全年運行；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TB657文獻標識碼： A

引言

隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，機械、紡織、電子、化學等行業(yè)對產品質量的要求愈來愈高，與產品質量緊密相關的空氣環(huán)境要求也越來越嚴格，因此越來越多的行業(yè)應用恒溫恒濕空調來滿足生產工藝的要求。而為了實現(xiàn)工藝要求的溫濕度條件，對空調系統(tǒng)做相應的調節(jié)，就需要對溫濕度進行有效的控制。常規(guī)的恒溫恒濕空調機對室內溫濕度的控制是通過采取頻繁啟動壓縮機、精確調節(jié)控制電加熱器和加濕器等措施實現(xiàn)的。這直接導致其負荷適應性較差、能源消耗巨大、加熱加濕控制系統(tǒng)復雜、壓縮機頻繁啟動影響其壽命及對電網(wǎng)造成巨大沖擊。實際上，有許多手段可以影響房間的溫濕度，但影響的程度是不一樣的。本文重點論述恒溫恒濕空調系統(tǒng)全年運行控制。

1.空調系統(tǒng)的設計

1.1冷熱源的選擇

由于絕對濕度控制精度為(7.8±1)(g/kg干空氣),根據(jù)室內熱濕負荷分布情況,機器露點溫度必須低于10℃,那么表冷器的進水溫度要求低于4℃。為了得到低溫水,恒溫恒濕空調系統(tǒng)的冷源選擇使用乙二醇水溶液冷水機組。根據(jù)夏季室外條件計算恒溫恒濕空調系統(tǒng)的最大冷負荷,選擇制冷量為386kw的活塞式冷水機組,經(jīng)過溫控和低溫保護改造的雙工況冷水機組可用于冷卻乙二醇水溶液,冷水機組通過溶液泵和管道向空氣處理機組提供低溫乙二醇水溶液。

為了節(jié)能和調節(jié)方便,熱源選用臥式燃氣常壓型熱水鍋爐,省去蒸汽一水換熱器,熱水鍋爐出水溫度為65一80℃,供熱系統(tǒng)通過熱水泵和管道分別向空氣處理機組的預熱、再熱和加熱盤管提供熱水。

1.2空調水系統(tǒng)

水系統(tǒng)采用同程式四管制。乙二醇水溶液循環(huán)系統(tǒng)由乙二醇水溶液泵,乙二醇水溶液箱和送回水管組成。循環(huán)泵自乙二醇水溶液箱將水溶液吸人,經(jīng)輸液管道與空氣處理機組的冷卻盤管相連接,經(jīng)冷卻盤管后通往冷水機組的蒸發(fā)器冷卻,再返回水溶液箱。乙二醇水溶液箱用來存放乙二醇水溶液,并在控制調節(jié)時穩(wěn)定工況用。熱水循環(huán)系統(tǒng)由熱水泵,熱水膨脹水箱和送回水管組成。熱水泵自熱水鍋爐將熱水吸人,分別通過空氣處理機組的熱水盤管加熱空氣后返回至熱水鍋爐。熱水膨脹水箱設于熱水循環(huán)系統(tǒng)的最高處。為排出冷水機組的冷凝熱,設置冷卻系統(tǒng),該系統(tǒng)由冷卻塔,冷卻水泵和供回水管組成。由于全年恒溫恒濕運行調節(jié)控制的需要,冬季亦需冷水機組低負荷運行,此時冷卻塔的風機由冷卻水溫度控制停/開,水溫控制在15℃以上;若冬季發(fā)現(xiàn)冷卻水溫低于5℃時,冷卻水泵必須連續(xù)自循環(huán)運行,利用水泵的功耗防凍。此外水管系統(tǒng)增加旁通控制,以便在寒冬季節(jié)時減少通往冷卻塔的水量。

1.3空調風系統(tǒng)

空氣處理機組由混合段、初中效過濾段、檢修段、預熱段、加濕段、冷卻段、檢修段、再熱段和風機段組成。為了提高溫濕度的控制精度,在各檢修段中加裝了均流裝置,并增加傳感器插人孔,混合段配有新回風混合調節(jié)風門,即可電動設定也可手動調節(jié)新、回風比例。

通風系統(tǒng)由新風管和送風管二個部分組成。采用一根新風管向空氣處理機組提供新風,空氣處理機組由送風管將已經(jīng)處理好的空氣按送風狀態(tài)參數(shù)經(jīng)總風管和支風管通至控制區(qū)域,采用圓形和方形散流器,并通過線控調節(jié)風門,根據(jù)生產工藝要求和熱負荷分布情況來調節(jié)風量以使整個空調系統(tǒng)獲得比較均勻的溫度場。

新風管設置在屋頂,采用百葉式進風口,進風口裝有空氣過濾器。新風進風口用風管和空氣處理機組新風口相連,在分支口設置了調節(jié)風門,用來調節(jié)空氣處理機組的進風量。不設回風管,回風直接從控制區(qū)域進人空氣處理機組的回風口。

2.空調系統(tǒng)的自動控制

為了使空調區(qū)域的溫度和濕度能維持在允許的波動范圍內,本恒溫恒濕空調系統(tǒng)采用全年自動控制的運行調節(jié)。此外還配有空氣處理過程溫濕度記錄儀的實時記錄。空調控制系統(tǒng)內安裝DDG控制器,對應著現(xiàn)場的空氣處理機組,控制器以一條通訊總線連接回監(jiān)控作為信息傳送,再由計算機監(jiān)控中心監(jiān)測。圖像化的中央監(jiān)控中心設在辦公室內,用一臺PC機為核心,以Wnidows為操作系統(tǒng),通過C一BUS總線將DDG控制器與中央監(jiān)控中心相連,完成空調的溫濕度信號檢測盒控制、設備的運轉情況的監(jiān)測、故障報警以及參數(shù)修正、指令和修改程序等功能。系統(tǒng)還備有記錄儀記錄重要信息如恒溫恒濕空調系統(tǒng)的室內外溫度、濕度等。

為了保證全年實現(xiàn)對空氣處理機組的自動控制,以達到室內恒溫恒濕的目的,濕度控制采用變露點直接控制法。濕度控制由加濕器和冷卻盤管共同完成。系統(tǒng)運行后,室內絕對濕度傳感器的模擬量信號進入DDG,通過與設定值進行比較,若存在偏差,則根據(jù)PID算法決定冷卻盤管的露點溫度設定值,再依據(jù)實際露點溫度與設定溫度值的偏差通過PID控制來調節(jié)冷卻盤管回水電動三通閥的開度,使室內絕對濕度達到要求范圍。濕膜式加濕器的進水電磁閥的控制由加濕器后的絕對濕度傳感器的實測值和設定值的偏差,通過電磁閥開關動作來實現(xiàn),以達到等焙加濕的目的。

溫度控制由預熱段、冷卻段和再熱段三部分共同執(zhí)行。預熱段出口的空氣溫度傳感器控制調節(jié)預熱盤管回水電動三通閥的開度,以保證經(jīng)過預熱段的新回混合風達到一定的溫度,經(jīng)等燴加濕再經(jīng)冷卻段冷卻至室內狀態(tài)空氣的露點,此時空氣經(jīng)再熱段進行再熱,根據(jù)室內溫度與設定值的比較偏差,自動調節(jié)再熱盤管回水電動三通閥的開度以保證送風空氣狀態(tài)達到室內溫度范圍。為了防止外界環(huán)境空氣滲入空調區(qū)域,干擾空調室內的溫、濕度,空調系統(tǒng)要求保持一定的正壓,室內的正壓控制是根據(jù)排風量的要求,利用壓差傳感器控制新風門和回風門的比例調節(jié)以期達到目的。

此外同時進人記錄儀進行溫濕度記錄的傳感器以標準電壓信號輸出,與控制執(zhí)行機構并聯(lián)使用該信號。

作為顯示監(jiān)測系統(tǒng)的計算機,在屏幕上顯示控制系統(tǒng)圖、各點溫度、絕對濕度、閥門開度、風門開度等信息,從而方便了操作人員的觀測。

3. 恒溫恒濕空調系統(tǒng)全年運行控制重點

(1)采用變露點直接控制方法可以實現(xiàn)恒溫恒濕空調系統(tǒng)的全年四季運行調節(jié)。

(2)恒溫恒濕空調系統(tǒng)采用一次回風循環(huán),可合理地利用回風,不僅能節(jié)約冷、熱能源,而且由于回風溫、濕度接近空調房間的溫、濕度,補充適當?shù)氖彝庑嘛L,使混合風狀態(tài)點相對穩(wěn)定,減少空氣處理所需的冷熱負荷,保證了冷卻盤管的露點溫度的恒定。

(3)采用新型的潔凈、節(jié)能加濕設備―濕膜加濕器,在實際運行過程中,運行費用低,無通常加濕器產生的白粉現(xiàn)象,實現(xiàn)了干凈的加濕;控制方式簡單,節(jié)能高效。

(4)設計的恒溫恒濕空調系統(tǒng)自運轉以來,各項性能參數(shù)均達到設計和工藝的要求。經(jīng)測試結果表明,24小時內,溫度控制精度一般為土0.9℃,絕對濕度控制精度為±0.79(g/kg干空氣)。

(5)在空調系統(tǒng)運轉過程中曾對恒溫恒濕區(qū)域的幾個重要控制點進行了溫、濕度的測量,結果表明,控制區(qū)域內不同地點的溫、濕度略有偏差,但偏差均在允許的波動范圍內。說明布風系統(tǒng)的氣流組織均勻性有待進一步的提高。建議溫、濕度控制精度要求更高、更均勻的空調系統(tǒng)采取能使空氣充分混合的專用通風系統(tǒng)。

4.結語

本文對變頻恒溫恒濕空調系統(tǒng)的溫濕度控制方面進行了分析，設計和研究，分析了恒溫恒濕空調系統(tǒng)全年運行控制系統(tǒng)，可以取得較為滿意的控制效果，為系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠運行提供了一種有效的方法。

參考文獻

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［2］趙榮義，等 . 空氣調節(jié)［M］． 北京: 中國建筑工業(yè)出版社，2009．

［3］陸耀慶 . 實用供熱空調設計手冊［M］． 北京: 中國建筑工業(yè)出版社，2007．

篇8

關鍵詞：模糊控制；PID控制；變頻空調系統(tǒng)

中圖分類號：TB657 文獻標識碼：A

空調系統(tǒng)具有非線性，時變，滯后性等特性，同時由于房間不同，環(huán)境不同，建立精確的空調系統(tǒng)數(shù)學模型極其困難。因此選用合適的控制方案以滿足人們對空調性能越來越高的要求成為空調控制器技術的關鍵。

本文使用DSP芯片作為控制內核，采用模糊控制和PID控制相結合的智能控制方法，用于空調系統(tǒng)中，得到了很好的控制效果。

2 智能控制器的設計

空調系統(tǒng)調節(jié)溫度時，需要很高的動態(tài)品質和穩(wěn)定精度。由于空調系統(tǒng)模型及房間模型都不能精確地確定，而單純的采用模糊控制和PID控制，控制效果都不夠理想。因此采用將模糊控制和PID控制相結合，共同調節(jié)輸出的控制方法。此方法集中了模糊控制的魯棒性強和PID控制的控制精度高的優(yōu)點，能夠達到很好的控制效果。

控制方案如圖1所示，根據(jù)實際溫度與目標溫度兩者差值大小，選擇模糊控制和PID控制所占比例，當溫差較大時（|e|≥e0），模糊控制器的控制量乘以系數(shù)K1，PID控制器的控制量乘以系數(shù)K3，同理當溫差較小時（|e|≤e0），模糊控制器的控制量乘以系數(shù)K2，PID控制器的控制量乘以系數(shù)K4，然后將兩控制器的輸出相加作為最終的控制量。通過仿真與實驗數(shù)據(jù)相結合，最終確定兩個控制器在總的控制輸出中占的比例的比例系數(shù)K1，K2，K3，K4。

2.1 模糊控制器的設計

溫差e和溫差變化率ec作為模糊控制器的兩個輸入，壓縮機頻率作為控制器的輸出u。e和ec對應的論域為[-3，+3]，選用語言變量為{PB，PM，PS，ZO，NS，NM，NB}，含義依次為：正大、正中、正小、零、負小、負中、負大?？刂屏縰的語言變量為{PB，PM，PS，ZO，NS，NM}，含義依次為：正大、正中、正小、零、負小、負中。e，ec，u的隸屬函數(shù)圖如圖2、圖3所示。

其中e的基本論域為[-2，+6]，ec的基本論域為[-0.3，+0.2]，u的基本論域為[-6，+10]，模糊規(guī)則選用的形式為：if e and ec then u 。

通過仿真由相應的輸入組合可以得到相應的解模糊輸出，解模糊選用面積重心法，即可以得到模糊控制表，見表1。

2.2 PID控制器的設計

當設定溫度與實際溫度之差較小時，進入PID控制模式。PID控制的關鍵內容在于整定PID參數(shù)。

PID控制器輸出的一般形式為：

U[PID]=（ e×Kp+∫e + ec×Kd）×Kpid

數(shù)字離散化后的表達式為：

U[PID]=（ e（k）×Kp+Ki×+ ec（k） × Kd）× Kpid

其中：e（k）表示第k次采樣時的溫差，表示從采樣開始累積到k時刻的采樣值之和；ec（k）表示當前采樣偏差與上一次采樣偏差的差值；Kp，Ki，Kd分別表示比例、積分、微分的系數(shù)；Kpid則表示PID控制器的比例增益，其值根據(jù)當前溫差大小決定Kpid等于K3還是K4。

由于系統(tǒng)可設定的溫度范圍較寬，溫差及溫差變化速率不同，PID參數(shù)不同，且由于空調系統(tǒng)的比例帶較大，本文使用臨界比例帶法調整PID參數(shù)的整定方向。鑒于在空調系統(tǒng)中用PID控制容易產生的積分飽和問題以及選取合適的積分增益，本文采用積分分離和變速積分相結合的方案。當溫差較大時，取消積分作用，即Ki=0，增大KP，使溫差很快降到某一范圍內，此時再引入積分，并使用積分變速函數(shù)根據(jù)溫差改變積分累加速度，以消除靜差，達到高控制精度。Kd的調整則根據(jù)溫差變化率，并設置Kd限值，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。

3 硬件的實現(xiàn)

控制方案的硬件實現(xiàn)如圖4所示，由于需要實時處理信號，使用復雜的控制方案則需要很高的運算速度。本文選用TI公司針對空調系統(tǒng)開發(fā)的專用DSP芯片作處理器，將檢測到的模擬信號經(jīng)芯片內部集成的AD轉換模塊進行處理，通過通訊模塊將檢測到實時溫度與設定溫度傳遞給芯片，并與設定溫度實時比較，經(jīng)過運算后輸出PWM信號控制壓縮機頻率，達到調節(jié)溫度的目的。

4 軟件的實現(xiàn)

軟件的控制流程圖如圖5所示，首先對溫度進行采集，通過計算得到溫度偏差e和偏差變化率ec，然后分別進行模糊控制和PID控制，將兩個控制器計算出的輸出頻率相加，根據(jù)|e|和設定值e0之差的大小，決定兩算法控制器在總輸出中的比例分量，得到最終的輸出控制頻率。

5 實驗與結果分析

此控制方案用于空調系統(tǒng)中，設定室內溫度為25℃，實驗開始時室內溫度為30℃，實驗結果如圖6所示。結果表明，使用本控制方案，溫度調節(jié)速度快，超調小，穩(wěn)定性好，滿足了空調的舒適性與穩(wěn)定性。

結語

本文將模糊控制和PID控制兩種控制方法相結合，根據(jù)采樣溫度與設定溫度差值的大小選擇兩個控制器輸出所占比例，充分發(fā)揮兩控制方法的優(yōu)點，使系統(tǒng)具有魯棒性、靈敏性、適應性。設計了基于DSP芯片作處理器的硬件方案，給出軟件控制流程。實驗結果表明，系統(tǒng)控制精度高，穩(wěn)定性好，滿足設計要求，證明此控制方案適合非線性、時變性，滯后性特點的系統(tǒng)，實用性很高。

參考文獻

[1]李國勇.智能控制及其MATLAB實現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005：252-256.

篇9

關鍵詞：DDC；廠房空調系統(tǒng)；應用研究；

中圖分類號： TK323 文獻標識碼： A 文章編號：

0.引言

在現(xiàn)代建筑設計中，暖通空調系統(tǒng)所消耗的能量越來越呈現(xiàn)出上升的趨勢，在整體能耗中所占的比例越來越大，就目前而言民用建筑中空調系統(tǒng)的能耗占總能耗的50%-70%左右。所以有必要發(fā)展一種有效的空調系統(tǒng)節(jié)能方法，尤其應用在改善現(xiàn)有空調系統(tǒng)自動化程度方面。在工業(yè)化設計中許多地方對環(huán)境有著極為嚴格的要求，對于一些放置精密設備的地方對溫、濕度都有著非常高的控制要求，同時現(xiàn)代工廠管理也對空調系統(tǒng)提出了較高的要求，一種可以遠程集中管理的空調控制系統(tǒng)也因此孕育而生。DDC直接數(shù)字化控制方法是一項構造簡單操作容易的控制設備，它可借由接口轉接設備隨負荷變化作系統(tǒng)控制，如空調冷水循環(huán)系統(tǒng)、空調箱變頻自動風量調整及冷卻水塔散熱風扇的變頻操控等，可以讓空調系統(tǒng)更有效率的運轉。這樣不僅節(jié)省了大量能耗和人力，而且還可使系統(tǒng)在設計要求的工況下穩(wěn)定運行，從而延長設備的使用壽命以及達到工藝系統(tǒng)對環(huán)境的要求和節(jié)能目的。

1.DDC控制系統(tǒng)概述

DDC系統(tǒng)是直接數(shù)字控制系統(tǒng)（Direct Digital Control，縮寫成DDC）。這是目前國內外應用較為泛的計算機控制系統(tǒng)。其基本框圖如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)中引入計算機，運用微機指令系統(tǒng)編出符合某種規(guī)律的程序，實現(xiàn)對被控參數(shù)的控制。

圖1微機控制系統(tǒng)基本框圖

在常規(guī)控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律由硬件決定，若改變控制規(guī)律，則必需改變硬件；而計算機控制系統(tǒng)，控制規(guī)律的改變只需改變軟件的編制。在計算機控制系統(tǒng)中輸入輸出信號都是數(shù)字信號，因此在輸入端經(jīng)A/D轉換器，將模擬信號轉換成數(shù)字信號；在輸出端經(jīng)D/A轉換器， 將數(shù)字信號轉換成模擬信號。通過計算機對控制規(guī)律的數(shù)值計算，并以其結果（數(shù)字形式或轉變?yōu)槟M量）直接控制生產過程。信號的輸入輸出又按能否直接被微機或執(zhí)行器接受而分為數(shù)字量輸入、輸出（DI/DO）和模擬量輸入、輸出（AI/AO）。模擬量信號所對應的是一定量的電壓或電流值，這與傳感器輸出信號的特征有關。一般情況下，空調自控系統(tǒng)中常見的模擬量輸入有：溫度、濕度、壓力、流量、壓差等。模擬量輸出要進行P、PI、PID 控制的電動水閥和風閥。

數(shù)字量的輸入有：電動機狀態(tài)、水泵和風機狀態(tài)、過濾器報警狀態(tài)、壓差開關、水位開關、防凍保護等。數(shù)字量的輸出有：電磁閥控制、二位電動水閥控制、水泵及風機等設備的起停控制。圖2是DDC系統(tǒng)框圖。該系統(tǒng)利用多路采樣器按順序對多路被測參數(shù)進行采樣。經(jīng)A/D轉換輸入到計算機；再按編制的控制程序對各參數(shù)進行比較、分析和計算；最后將計算結果經(jīng)D/A轉換器、輸出掃描器按程序送至相應的執(zhí)行器。實現(xiàn)對生產過程各被控參數(shù)的調節(jié)和控制，使其保持在預定值或最佳值上，以選到預期的控制效果。

圖2 DDC系統(tǒng)框圖

DDC系統(tǒng)還具有巡回檢測功能，能顯示、修改參數(shù)值、打印制表、越限報警、故障診斷和故障報警。當計算機或系統(tǒng)的某個部件發(fā)生故障時，能及時通知操作人員切換至手動位置或更換部件。

2.建筑物空調系統(tǒng)結構

一般建筑物常用的空調系統(tǒng)有CAV、VAV、VWV等，各有不同的操控方式，都可以用DDC控制。

2.1 定風量系統(tǒng)（CAV）

定風量系統(tǒng)（Constant Air Volume），顧名思義即是風量維持一定之意。定風量系統(tǒng)為空調機吹出的風量一定，以提供空調區(qū)域所需要的冷（暖）氣。當空調區(qū)域負荷變動時，則以改變送風溫度應付室內負荷，并達到維持室內溫度于舒適區(qū)的要求。常用的廠房空調系統(tǒng)為：AHU空調機與FCU冰水管系統(tǒng)。這兩者一般均以定風量（CAV）來供應空調區(qū)，為了應付室內部分負荷的變動，在AHU定風量系統(tǒng)以空調機的變溫送風來處理，在一般FCU系統(tǒng)則以冰水閥開關控制來調節(jié)送風溫度。

2.2 變風量系統(tǒng)（VAV）

變風量系統(tǒng)（Variable Air Volume，簡稱VAV），即是空調機（AHU或FCU）可以調變風量。然而AHU及FCU在送風系統(tǒng)上會浪費大量能源：因為在長期低負荷時送風機仍要執(zhí)行全風量運轉，這不但不易維持穩(wěn)定的室內溫濕條件，也浪費大量的送風運轉能源。變風量系統(tǒng)就是針對送風系統(tǒng)耗電缺點的節(jié)能對策。變風量系統(tǒng)可分為兩種：一種為AHU風管系統(tǒng)中的空調機變風量系統(tǒng)（AHU-VAV系統(tǒng)）；一種為FCU系統(tǒng)中的室內風機變風量系統(tǒng)（FCU-VAV系統(tǒng)）。AHU-VAV系統(tǒng)是在全風管系統(tǒng)中將送風溫度固定，而以調節(jié)送風機送風量的方式來應付室內空調負荷的變動。FCU-VAV系統(tǒng)則是將冰水供應量固定，而在室內FCU加裝無段變功率控制器改變送風量，亦即改變FCU的熱交換率來調節(jié)室內負荷變動。這兩種方式通過調量來減少送風機的耗電量，同時也可增加熱源機器的運轉效率而節(jié)約熱源耗電，因此可在送風及熱源兩方面同時獲得節(jié)能效果。圖3是DDC變風量系統(tǒng)控制組態(tài)圖。

圖3 DDC變風量系統(tǒng)控制組態(tài)

2.3 變流量系統(tǒng)（VWV）

變流量系統(tǒng)（Variable Water Volume，簡稱VWV），是用一定的水溫供應空調機以提高熱源機器的效率，用特殊的水泵來改變送水量，從而達到節(jié)約水泵用電的功效。變水量系統(tǒng)對水泵系統(tǒng)的節(jié)能效率根據(jù)水泵的控制方式和VWV使用比例而異，一般VWV的控制方式有無段變速與雙向閥控制方式。以上三種空調系統(tǒng)是目前廠房空調最常被設計的系統(tǒng)。廠房空調控制也就是把管路、管件、閥體或閥門集中設定控制流體提供冷氣。所以有效組合廠房空調控制即能有效控制耗能，設計合乎節(jié)能的空調系統(tǒng)。

3.廠房空調系統(tǒng)的DDC控制方法

DDC設備在市面上的產品，各廠家的型號、套件都有所不同，但系統(tǒng)大同小異。只要將類比訊號輸入電腦，就能作控制與設定。當這些控制運用在空調設備時，整合方式有下列幾種方式：

3.1 定風量系統(tǒng)（CAV）的DDC控制

因為是定風量系統(tǒng)，所以可以控制冰水系統(tǒng)上的二通閥。當室溫升高，室內傳感器送出信號給控制器，控制器接到信號與設定的溫度比較，輸出信號給冰水管上的二通閥，控制二通閥打開，使循環(huán)風變冷送入室內。如室內溫度下降過多，盤管風機作卸載。室內溫度傳感器傳送信號至控制器為模擬輸入，控制器與設定溫度比較，輸出模擬信號至冰水管上，二通閥關閉。二通閥也有比例型式，這種比例式二通閥控制冰水大小進入冷排使空調更有彈性控制，維持室溫在設定值上下。

3.2 變風量系統(tǒng)（VAV）的DDC控制

箱型空調機則以出風溫度及預設定的比值為控制方式。靠傳送、回風及外氣溫度傳感器來控制馬達轉速?？刂瞥绦蛉缦拢?/p>

（1）出風溫度感應到傳感器（設定在13℃)控制二通閥打開。

（2）送冷氣時，冰水傳感器測得冰水離開冷排的溫度，調整出風溫度狀況，陸續(xù)利用DDC控制變頻器，改變馬達轉速送出理想出風溫度。

（3）當冰水閥門關小至13℃，DDC控制器打開外氣及回風風門，混合送風溫度，直到外氣風門關至最小，以維持13℃送風風溫，并可兼外氣空調利用。

（4）低溫限制感應混合溫度控制以保護冷排不結冰。一般建筑物空調系統(tǒng)每天的冰水主機開關機，使用DDC來操控可以設定所有開關機程序并且標準一致。主機控制系統(tǒng)加裝模擬信號適配卡轉換傳遞信息，再加一臺列表機，就能把一天中所有運轉情形顯示出來。遇有跳機時又能及時通知技術人員前往查看。

4.變頻器節(jié)能計算方法

4.1 計算全負載的容量

全負載容量一般是以馬達的馬力數(shù)（HP）×0.746/馬達效率（%），單位為（kW）。

調查空調系統(tǒng)所需的空調能量，并完整地記錄一個周期內詳細的變化數(shù)據(jù)。通常周期是以一周為單位或是以一天而重復，但須隨氣溫的變化和季節(jié)的更替作調整。統(tǒng)計一個完整的周斯中各種不同負載的所有操作時間，單位為小時（h）。在此基礎上，查表得到不同負載在未使用高功率變頻器前及使用高功率變頻器后所需動力百分比，此值是相對于全負載下的實際所需動力值。計算后可得不同負載下所需的實際動力值，單位為kW。

4.2 計算全年可節(jié)省電力

將前述不同負載所需之動力值，依未使用高功率變頻器所得之值減去使用高功率變頻器后所需之值，差值即為單位小時可省之電力。將不同負載可省之單位小時電力乘上一年內該負載所需操作之時數(shù)，所得之值即為該負載一年內可省下之電力，單位為千瓦小時745×68。將所有不同負載可省之電力累計，即可得使用高功率變頻器后一年內可省之電力總量，單位為kW·h。將全年可省之電力總量乘上單位電價即可得全年可省之電費，單位電價之單位為元3 千瓦小時。在此并未考慮基本電價或流動電價，也未分峰電價或谷電價。

5.結語

建筑物智能化是21世紀的趨勢，在建筑物的運行管理中，減低其運行費用，是智能化發(fā)展的要求。而空調設備的節(jié)能改造，正是減低運行費用的捷徑，在發(fā)達國家，DDC控制的變風量系統(tǒng)占空調系統(tǒng)的八成以上，公認的節(jié)能效果是降低能耗達五成。利用DDC系統(tǒng)來控制廠房空調系統(tǒng)節(jié)能，主要是通過改善不理想的控制方式來實現(xiàn)。目前所需要的實施措施就是整合DDC自動控制系統(tǒng)，利用其隨負荷變化進行快速有效地調機馬達轉速，以達到節(jié)能目標。

參考文獻

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篇10

【關鍵詞】暖通空調；能量管理；優(yōu)化控制；系統(tǒng)設計

目前暖通空調系統(tǒng)作為建筑應用中極為重要的功能裝置，正在逐步擴大其在建筑中的使用范圍，暖通空調的使用為建筑用戶提供了諸多的便利。但是，暖通空調系統(tǒng)具有極為復雜的系統(tǒng)配備，維持空調的健康運行必須依賴足夠的能耗，這就就使得建筑使用者的總能耗在極大的程度被提升了，積極推動暖通空調系統(tǒng)的節(jié)能工作的發(fā)展，已經(jīng)成為當今社會的熱點話題。本文通過分別分析暖通空調的能量管理以及優(yōu)化控制系統(tǒng)兩個方面的問題，談論了利用二者來達到暖通空調節(jié)能目的的相關內容。

1．暖通空調系統(tǒng)的相關理論分析

當前時期，隨著我國建筑建設水平的不斷提升，住戶逐漸加強了對于建筑舒適度的要求，而暖通空調系統(tǒng)作為國際化的一種重要空調設備，目前正在以極為火熱的態(tài)勢推動其在建筑中的應用。本文下面主要分析一下有關暖通空調的相關理論問題：

暖通空調系統(tǒng)（縮寫：HVAC），其名稱源于其自身的三個功能，即Heating、Ventilating 、Air Conditioning，就是為建筑提供采暖、通風與調節(jié)空氣的作用。暖通空調系統(tǒng)在建筑中的應用，能夠極為有效地達到對于空氣的溫度、濕度以及室內舒適度的調節(jié)，幫助建筑用戶獲得最高程度的居住享受，是目前國內外中大型的工業(yè)建筑和辦公建筑中的重要應用設備。

然而，暖通空調系統(tǒng)由諸多的管道和換熱設備組成，其各個部位在集體運行的過程中往往不能使暖通空調達到最優(yōu)的運行條件。而且，暖通空調基礎單元的控制器的參數(shù)一般也只在幾種特定的氣候環(huán)境以及負荷點中，才能被運營商調整到最佳的狀態(tài)。這樣一來，暖通空調系統(tǒng)的運行就會造成極大的能耗，既加大了建筑使用者的經(jīng)濟支出，又浪費了國家的能源。

但是，就暖通空調產生能耗的兩個方面的問題來看，其能耗的產生無非就是空調各環(huán)節(jié)運行狀態(tài)的不夠優(yōu)化協(xié)調，以及空調基礎參數(shù)的不合理。這就為空調優(yōu)化節(jié)能工作人員提供了一定的節(jié)能啟示，工作人員只要能夠推動空調各個部分的優(yōu)化運行，并將空調運行的基礎參數(shù)調節(jié)到最佳狀態(tài)，就可以實現(xiàn)暖通空調的節(jié)能目的。

2.暖通空調的能量管理和控制系統(tǒng)優(yōu)化

未來時期，建筑用戶對于居住舒適度的要求只會逐步提升，這就為暖通空調系統(tǒng)的優(yōu)化使用提出了極大的需求。本文下面就針對上文所說的兩個方面的問題，從空調系統(tǒng)的能量管理、自我調節(jié)以及控制系統(tǒng)優(yōu)化三個環(huán)節(jié)來談論一下暖通空調的節(jié)能控制系統(tǒng)的設計。

2.1暖通空調的能量管理工作

在當前的建筑總的能源消耗中，暖通空調的能耗比例大致占到了60%左右，推動暖通空調的能源管理，對于國家能源節(jié)約事業(yè)的發(fā)展而言刻不容緩。首先，工作人員可以通過將空調的溫度設定與實際的溫度控制在一定的差值范圍內，對暖通空調的各個設備的啟動和停止時間進行優(yōu)化，繼而推動空調各部分最佳待機狀態(tài)的最短時間內的實現(xiàn)，從而為空調節(jié)省能源消耗。其次，工作人員還可以在用戶需求的指示下對空調使用時間進行調度，比如在周末、節(jié)假日以及工作日對不同設備的應用設定不同的時間方案，從而達到對于空調各程序的優(yōu)化使用，使空調節(jié)能得以實現(xiàn)。再者，工作人員還可以通過對空調系統(tǒng)實施負載循環(huán)，即在某一個時間周期內將空調的指定設備關閉，以降低空調的能耗?；蛘?，工作人員可以通過將建筑用戶的空調能量消耗、成本和用電量等公布給用戶，進而為用戶制定一個優(yōu)化的數(shù)據(jù)方案，引導用戶在日后的使用中達到對空調能量消耗的有效管理。此外，工作人員還能夠在夜間等室外溫度降低的時候，將室外的空氣引入到清洗建筑的工作中來，比如將所有的選定排風扇都打開并同時管壁回風扇等；力爭在節(jié)能的前提下達到對于建筑空氣的凈化。

2.2暖通空調運行的自我調節(jié)

推動暖通空調的節(jié)能目標的實現(xiàn)，必須通過系統(tǒng)的設計方案的優(yōu)化，使系統(tǒng)做到自我調節(jié)。首先，暖通空調的系統(tǒng)控制中具有數(shù)量極多的回路，工作人員不能夠做到對于這些控制回路逐一地在線調節(jié)，就必須通過分類等系統(tǒng)方法，使空調的控制回路在系統(tǒng)自身的溫度、送風壓力及混風比例的條件下實現(xiàn)自我調節(jié)。通過房間溫度濕的要求變化的數(shù)據(jù)，調節(jié)主機以及相關水泵等設備的運行功率，變頻等處理達到節(jié)能胡說效果，這樣一來，需要工作人員進行控制的回路進行會大大減少，從而實現(xiàn)空調系統(tǒng)的優(yōu)化控制。其次，工作人員還可以通過分組監(jiān)視的相關方法來評價和提升控制回路的系統(tǒng)控制效果，在此項工作中，系統(tǒng)通過屏蔽控制效果低劣的單元控制器，并將單元控制器中的控制信息和數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)現(xiàn)場總線輸入到計算機中，實現(xiàn)工作人員對于這些控制器的在線優(yōu)化調節(jié)。此外，暖通空調系統(tǒng)還要實現(xiàn)對于其自身的控制器運行的參數(shù)的在線調節(jié)及校正。暖通空調系統(tǒng)的控制過程及控制對象都極為復雜，各控制環(huán)節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)時滯以及時變等特性，在室外環(huán)境發(fā)生變化時，室內的濕度及負荷值就會發(fā)生變化，從而影響到空調的送風溫度以及靜壓力。因此，工作人員必須通過優(yōu)化系統(tǒng)設計方案，實現(xiàn)對于當前時期最常使用的PID控制器的參數(shù)優(yōu)化，進而使空調在最佳參數(shù)的控制器工作中，實現(xiàn)對于系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的自我調節(jié)。

2.3暖通空調的控制系統(tǒng)優(yōu)化

工作人員為了提高暖通空調系統(tǒng)的運作效率，以通過將整體系統(tǒng)劃分為調節(jié)空氣以及制冷兩個方面的子系統(tǒng)，進而實現(xiàn)對于暖通空調控制系統(tǒng)各回路的設定點的優(yōu)化。首先，就暖通空調控制系統(tǒng)的空氣調節(jié)方面來講，它主要由送風、回風以及熱交換這三個部分組成，新風和回風通過熱交換系統(tǒng)變成了混風，而混風也會在熱交換中實現(xiàn)對于溫度的降低，已經(jīng)降低的混風通過送風管道輸入到房間內就可以實現(xiàn)新的熱交換，進而將熱風通過回風系統(tǒng)排到室外，再進行新一輪地循環(huán)。工作人員要做的就是在循環(huán)過程中，找到各環(huán)節(jié)的最佳節(jié)點來實施工作。比如，空調在穩(wěn)定的冷負荷狀態(tài)下進行工作，混風溫度會在進入空氣處理器時產生溫度變化，從而應影響到熱交換效率的變化，繼而使風系統(tǒng)的能耗達到最小的工作點。其次，工作人員還要通過空調的制冷系統(tǒng)，實現(xiàn)對于控制系統(tǒng)的優(yōu)化?？照{制冷與水溫密切相關，制冷工作的四個變量：制冷機COP、制冷量、冷卻水、冷凍水之間存在著相互的牽制。比如，冷卻水的供水溫度提高時，在制冷量不變的前提下，制冷機COP就會越大，工作人員可以通過優(yōu)化各個變量搭配，以實現(xiàn)對于能耗的控制。同時對設備的選型也會考慮設備的負荷在什么樣的情況下能耗比最高。例如冰水主機的選型，螺桿機組的能耗比在400RT以下的時候使用率高，如果高于400RT的時候離心機組的能耗比高。風柜、水泵的選擇也要考慮在設備風機曲線以及泵的曲線能耗比高的區(qū)間等一系列的考慮。

3.結語

暖通空調在現(xiàn)代的建筑應用中正在趨于普遍，其在將來也必將獲得更為普遍的使用，我國要切實推動暖通空調的健康應用，就必須對暖通空調系統(tǒng)實施節(jié)能工作，通過對導致暖通空調能耗產生的各系統(tǒng)搭配的不和諧，以及控制系統(tǒng)工作參數(shù)不夠合理的兩個因素進行分析，以采取有效的措施實現(xiàn)對于暖通空調的能源管理以及控制系統(tǒng)的優(yōu)化。

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