教案
20 14 —20 15 学年第1 学期
授课班级：建筑环境与设备工程1141/1142 课程名称：建筑设备自动化
任课教师：***
院部名称：土木工程学院
二〇一四年八月十八日
图1 - 1
在控制器中可以输入水箱控制温度以及通断控制回差。
制器会根据设定参数控制电加热器的通断:当热敏电阻温
层
二、Simulink仿真模型介绍
光盘中的仿真平台是利用Matlab6.5建立的。
K台仿真系统的模拟软件包内包括的文件及其功能如下：
K_system.mdl：K台控制系统在simulink中仿真文件。
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K_system.mdl文件是最主要的仿真平台文件。
打开此文件，可以看到图1界面：
图1
“Air System”是K台中空气处理设备的仿真模块。
此模块的输入参数中，“t0”是K台小室外夹层内的回风空气温度；“CTRL_1”是PID控制器输出的加热器投入功率。
此模块的输出参数“t supply”是空气处理设备的送风温度。
双击“Air System”可以看到详细的空气处理设备模型，如图2。
其中“cooler”模块和“Heator”模块分别是按前面的数据模型建立的表冷器和加热器仿真模型。
图2
“Water System”是K台中散热器供水系统的仿真模块。
此模块的输入参数中，“CTRL_2”和“CTRL_3”分别是控制器输出的对粗控的一级水箱和精控的二级水箱的加热器控制温度。
输出参数“tw”和“tg2”分别是向散热器的供水温度和粗控水箱向精控水箱的供水温度。
双击“Water System”可以看到详细的空气处理设备模型，如图3。
其中“supplement”模块描述补水与回水混合的情
况，“Heator”模块是按照前面介绍的水箱加热器数学模型建立的仿真模型。
图3
“Model”是散热器、散热器所在小室、小室墙壁、小室外空气夹层等构成的被控系统的仿真模块。
此模块的输入参数“t supply”和“tw supply”分别是空气处理设备的送风温度和散热器供水温度；它的输出参数“t0”、“ta”、“tr”分别是小室外空气层、小室内空气以及散热器表面温度。
双击Model”可以看到详细的空气处理设备模型，如图4。
其中“outside air”、“Wall”、“Room”、“Radiator”分别是按照前面的数学模型建立的描述小室外夹层空气、小室墙壁、散热器所在小室和散热器的仿真模型
图4
“Controller”是控制器模块。
双击“Controller”可以看到如图5所示情况。
“Air PID”、“tg2 PID”、“tws PID”分别是小室内温度、粗调水箱水温和散热器供水水温的PID 控制器。
可以看到每个PID控制器的输入参数都是相应的设定值与传感器测量值之间的差值，输出参数是相应加热器的设定功率。
双击各个PID模块可以进入PID控制器模块，更改相应的PID参数，如图6所示。
光盘中的控制模块中并没有滤波和处理积分饱和。
读者可以尝试设
计离散PID控制器、添加数字滤波、以及尝试将PID控
制改为偏差形式，消除积分饱和。
图5
图6
“Sensors”是传感器模块。
这里各个传感器均为时间常
数为1s的一阶惯性模型，并在温度传感器中加入白噪声，
使传感器随机误差小于0.1 o C。
“Setting”是设定值模块。
内部模型如图7所示。
读者可
以利用“Manual Switch”模块手动切换K台的三种工况，
研究并降低工况间相互转化的过渡时间。
小结
主要教学方法与
上机实验
手段
课后作业
参考资料见参考书
教学后记
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，房间模块是按照前面的房间数学模型建立的仿真模型，描述房间的热、湿特性。
房间模块的输入参数为送风温度和含湿量，输出参数为房间温度（回风温度）和含湿量。
蒸发器模型是按照上述数学模型建立的仿真蒸发器工作特性的模型。
其输入参数为回风温度和含湿量，以及控制器输出的冷机启停命令。
认为冷机开启时蒸发器起到降温除湿的作用，冷机关闭时冷机不起作用。
在模型添加了定时启停模块，保证冷机开启5分钟内不允许马上关闭冷机，冷机关闭5分钟内不允许马上开启冷机。
加热器模块是按照前面的数学模型搭建的电加热器仿真模块。
其输入参数包括经过蒸发器后的空气温度和含湿量，还包括来自于控制器，对四个加热器的启停控制命令。
在图2中，从上至下依次为1～4号加热器的控制命令。
（1号加热器功率1.25kW，2号加热器功率1.25kW，3号加热器功率
2.5kW，4号加热器功率5kW。
）
加湿器是按照前面加湿器模型搭建的加湿器仿真模块，其输
入参数包括经过加热器后的空气温湿度和含湿量，以及来自
控制器的加湿器中电加热器启停控制命令。
蒸发器、加热器、加湿器三个模块串联起来，构成恒温恒湿
机组的仿真模型。
双击CTRL模块可以进入该模块看到详细的模块搭建情况，
如图3。
图3
其中Control program 模块中可以嵌入控制算法程序文件，仿
真平台将根据控制程序实现恒温恒湿控制。
读者可以在其中
嵌入t.m文件，实现高精度恒温一般精度恒湿控制效果；也
可以嵌入fai.m实现高精度恒湿一般精度恒温控制效果；或尝
试嵌入自己编辑控制程序文件。
t.m和fai.m中的注释可以帮
助读者了解控制程序的内容。
Simulink软件提供两类虚拟设备：“Display”设备和“Scope”
设备。
“Display”可以在线、实时显示系统参数的数值；“Scope”
可以记录系统参数历史变化曲线。
读者可以在仿真平台中添
加这两种模块，以观察所关心参数的变化。
小结：
主要教学方法
上机实验
与手段
课后作业
参考资料见参考书
教学后记作业情况较好。