1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1、中央空调研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势：

随着科学技术的快速发展，智能建筑得到了迅猛发展，并已成为21世纪建筑业的发展主流。空调系统是智能建筑中楼宇自动化的一个非常重要的组成部分，在各个行业，各个部门中得到了广泛应用。空调即空气调节，主要是通过一定的空调设备和调节手段对空气进行处理。空气调节的任务就是在任何自然环境下，将室内空气维持在一定的温度、湿度、气流速度以及一定的洁净度。

国产中央空调产业历史至少提前40年，曾经为麦克维尔、开利、约克、特灵等美日厂商天下的大型中央空调市场，如今被国产品牌打破垄断。据介绍，随着国内大中型建筑中央空调的更新换代以及户式中央空调的快速增长，中央空调这块市场”蛋糕”正吸引越来越多的眼球。以深圳为例，目前已有2000多幢高楼大厦采用中央空调机组，但至今90％以上的楼宇装备的都是美日厂商的产品。一些国内企业虽然也推出了螺杆机等中央空调设施，但由于在整机上面投入有限，市场份额一直远不能同美日厂商相较，现在，这种格局终于有望改写。

美国是最大的空调市场，占世界总空调设备销售额的28％，大多数是有风管的单元式空调系统。但是，热泵比例相对的低，在2001年以数量计占20％而以销售额计占30％。

日本厂商引进溴化锂技术以后便大力发展，诸如荏原、日立、三菱重工、川崎重工等公司都形成了成熟、稳定的技术，现在日本国内溴化锂机组占据了主机市场份额的90％左右。

2.中央空调主要类型，中央空调系统组成、工作原理、自动控制原理

中央空调主要类型：

    （1）全空气系统：中央空调系统由集中空气处理设备对空气进行处理（制冷或制热），处理后的空气送至房间，这种系统称为全空气系统。

     (2)全水系统：各空调房间内均设置空气处理设备，这时就需要将由中央制冷机组制出的低温冷冻水（或采暖热水）送至各个房间。全水与全空气相当于两个相反方式吧，一个化整为零，一个化零为整。

     (3)空气-水：介于1和2之间，即大空间用全空气系统，小房间用全水系统，灵活性高，是目前用得最多的中央空调系统。

     (4)冷媒式：也就是一般的分体机、多联机（一拖多）之类，与一般中央空调的最大区别是其制冷介质是冷媒（即氟利昂）而不是水。.

中央空调系统组成：

(1)新风部分

空调系统在运行过程中必须采用一部分室外的新鲜空气（即新风），这部分新风必须满足室内工作人员所需要的最小新鲜空气量。

(2)空气的净化部分

空调系统根据其用途不同，对空气的净化处理方式也不同。

(3)空气的热、湿处理部分

    对空气进行加热、加湿和降温、去湿，将有关的处理过程组合在一起，称为空调系统的热湿处理部分。

(4)空气的输送和分配、控制部分

空调系统中的风机和送、回风管道称为空气的输送部分。风管中的调节风阀、蝶阀、防火阀、启动阀及风口等称为空气的分配、控制部分。

(5)空气系统的冷、热源

空调系统中所使用的冷源一般分为天然冷源和人工冷源。天然冷源一般指地下深井水，人工冷源一般是指利用人工制冷方式来获得的。

中央空调系统工作原理：

中央空调主要是通过空调压缩机吸入来自蒸发器中的常温、低压的冷煤气体压缩成高温、高压的冷煤气体，在冷凝器中同冷却水进行充分的热交换，冷却水吸收了冷煤的热量，通过冷却泵输送到冷却塔中利用塔风机同喷林冷却水进行热交换，将热量释放到大气中；这时经过冷却后变成低温、低压液态冷煤，经调节阀在蒸发器中吸收冷冻水中的热量，转换成常温、低压的冷煤气体传送到空调压缩机，完成了冷煤的单次循环；而冷冻水因冷煤在蒸发过程中被吸收了热量，变成温度更低的冷水，通过冷冻泵输送到空调末端设备（风机盘管）同室内空气进行热交换，达到降低室内空气温度目的。

中央空调装置自动控制基本原理：

现代空调控制系统一般由传感器、控制器、执行器和被控对象等几个环节组成的单回路闭环典型室温控制系统原理框图如图

湿度的控制方法与温度相类似。

3、Matlab中Simulink建模与仿真

Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。 Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于 Simulink。Simulink模型可以用来模拟线性和非线性、连续和离散或者两者的混合系统，也就是说它可以用来模拟几乎所有可能遇到动态系统。

4、空调控制器

在实际控制中，许多被控对象的数学模型是无法准确获得的，有些系统虽然可以求取数学模型，但当输入方式改变或环境的变化使之干扰的形式发生变化时,数学模型又可能变为未知的。建筑物空调的温度参数正是属于这类被控对象，并且其调节过程属于连续系统。此时PID调节便成为最合适的一种调节方式。它的实质是根据系统的偏差，比例、积分、微分的函数关系进行运算，将其运算结果用以输出控制。目前国内外主要采用的是常规PID控制，因其控制简单、实用、成本低、技术成熟、易于实现、参数调整方便，并且具有一定的鲁棒性---系统的健壮性，在空气调节中的应用比较广泛。但是由于PID算法只有在系统模型参数不随时间变化的情况下才取得理想效果。当一个已经调好参数的PID控制器被应用于另外一个具有不同模型参数的系统时。系统性能就会变差，甚至不稳定。再加上空调系统的高度非线性以及温湿度之间的强耦合关系，研究者们又转向其他高级控制方法，如最优控制、自适应控制、模糊控制及神经网络控制。由于空调系统是一个大滞后、多干扰、大惯性的系统，获取它的精确模型很困难，所以智能控制器成为中央空调系统中研究的热点。智能控制是今后控制界发展的必然趋势，随着计算机技术和智能控制理论的发展，智能PID控制必将在空调系统中得到广泛的应用。

参考文献：

[1].唐鑫，左为恒，李昌春. 中央空调房间温度智能PID控制的仿真研究. 计算机仿真. 2010, 27(5):140-144.

[2].郑滨辉.模糊控制在中央空调变频节能及其末端房间的应用研究 .浙江大学硕士学位论文. 2012.

[3].吴德胜.中央空调水系统及风机盘管的节能控制研究 .湖南大学硕士学位论文.2007.

[4].曹勇，赵战春, 王艳秋. 智能变频空调器的模糊控制技术. 自动化与仪表. 2002.

[5].唐娟. 中央空调系统运行及其控制的动态仿真. 华北电力大学硕士学位论文, 2009.

[6].刘金琨. 先进PID控制及其MATLAB仿真. 北京：电子工业出版社,2003.

[7].夏纬，李朝晖，常春藤等.MATLAB控制系统仿真与实例详解. 北京：人民邮电出版社. 2008.

[8].王厉.不同控制策略对空调系统运行和室内环境参数的影响分析与验证. 湖南大学硕士学位论文,2003.

[9].龚明启.中央空调系统动态运行节能优化策略研究. 广州大学硕士学位论文.2006

[10].胡寿松. 自动控制原理(第二版) . 北京: 科学出版社. 2010.

[11].陈志新,张少军.楼宇自动化技术[M].北京:中国电力出版社.2009

[12]张志涌,杨祖樱.MATLAB[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006

[13]王建明,李训铭.变风量系统空调房间建模与特性参数计算,计算机仿真,2002

[14]汪善国. 空调与制冷系统手册. 北京：机械工业出版社，2006

[15] 叶大法 杨国荣 编著.变风量空调系统设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[16] 王翠华，戴玉龙，蔡培力。基于Matlab/simulink环境下空调房间仿真模型的建立[J].大连水产学院学报 2005，20(2)：128~131.

[17] 路亚俊.暖通空调[M].北京：中国建筑工业出版社，2002

[18] GB/T 18836-2002 风管送风式空调(热泵)机组

[19] 马最良， 姚杨，主编. 民用建筑空调设计. 北京: 化学工业出版社， 2003

[20] 李国勇 编著.过程控制系统[M].北京：电子工业出版社，2009.

[21] 曹国庆，涂光备，安大伟，娄承芝.基于MATLAB的空调系统专家PID控制的建模与仿真[J]暖通空调 2005，35(11)：111~114.

[22] 方康玲.过程控制系统[M].武汉:武汉理工大学出版社,2009

[23]DenHartogJP.Transmissionlinevibrationduetosleet[J].AIEETrans，1932，51(91)：1074-1086.

[24]NigolOBuchanPG.Conductorgalloping,PartII-torsionalmecha-nism[J].IEEETrans.onPAS.1981，100(2)：708-723.

[25] Huiling Tan, Arthur Dexter. Estimating airflow rates in air-handing units from actuator control signals Building and Environment Vol. 41:p.1291-1298, 2006.

[26] Steven T.Taylor Increasing Efficiency with VAV System Static Pressure Setpoint Reset ASHRAE Journal June 2007:p.24~32

[27] Jianying Qin, Shengwei Wang. A fault detection and diagnosis strategy of VAV air-conditioning systems for improved energy and control performances.ENERGY AND BUILDINGS,2004.12.11

[28] S.A.Mumma, R.J. Bolin. Energy optimized-ventilation constrained variable air volume system control.AUTOMATION IN CONSTRUCTION,1997:6-463

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一．课题所研究的问题

空调控制的控制目标主要为温度和湿度，通过自动控制，使其满足室内环境要求。本课题拟针对中央空调系统的空调房间和风机进行建模和自动控制过程的仿真运行。需要掌握自动控制原理控制器参数设计的基础知识；学习掌握智能控制、matlab控制系统仿真等相关基础知识。

二、难度分析