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1.1
暖通控制模型基本原理与动态分区理论

1.1.1 暖通控制模型基本原理

1.暖通控制模型的建立

通过暖通控制工程长期实践可以知道,如调节阀的阀位( K )与变频器的频率( f )等均和被调参数设定值与测量值的偏差( e )为线性函数或分段线性函数关系(曲线由分段线性函数图像近似表示。)由此可见线性函数为暖通控制工程的基础。如果在供热、通风、空调、制冷、流体机械理论中设定调节机构参数( y )和被调参数设定值与测量值的偏差( x )为线性函数关系,再找出2个特征点[( x 1 , y 1 ),( x 2 , y 2 )](两点决定一条直线,)则可确定调节机构参数( y )(如阀位、频率等)和被调参数设定值与测量值的偏差( x )的线性函数为 = 。暖通控制模型(线性函数或分段线性函数法)适用于暖通控制的稳态过程,不适用于暂态过程。暖通控制的应用中,稳态过程占绝大多数,将暖通控制模型应用于空调、通风设备、制冷站、工业锅炉房、换热站,可得出对应的稳态控制模型。暖通控制的应用中,暂态过程应用极少(暂态过程应该建立微分方程,由初始条件/边界条件、拉普拉斯变换及反变换求微分方程暂态解及稳态解,)本书仅讨论稳态控制模型。

2.暖通控制模型信号变换

暖通控制模型为连续信号,由于采用数字控制器,连续信号需要用等时间间隔的闭合的理想采样开关(数学上,当采样器精度高时,可将采样器+*A/D(模/数)转换器看作理想采样开关)来实现采样过程。采样过程中的载波函数为单位脉冲序列函数 δ T t ,)它由采样时刻定义的脉冲函数累加得到。

其中 δ t - nT )是出现在时刻 t = nT 时、强度为1的单位脉冲, T 是采样周期。

对于采样信号 e * t )= e t δ T t ,)有

由于连续信号 e t )的数值仅在采样瞬时才有意义,所以上式又可以表示为

采样信号频率 f S =

采样信号角频率 ω S = =2π f s

理论上采样信号角频率应满足香农采样定理:如果连续信号 e t )具有有限频谱,其最高角频率为 ω max ,则对 e t )进行周期采样且采样角频率 ω S >2 ω max 时,可以通过 e * t )无失真地恢复出连续信号 e t )。

信号采样周期为信号采样的间隔时间(s,)暖通控制过程中信号采样周期 T 的选择(工程经验)见表1.1。采样周期与时间常数有关,时间常数代表被控对象惯性大小:被控对象惯性大(小,)时间常数大(小,)采样周期长(短)。

表1.1 采样周期的选择(工程经验)

执行机构连续信号:数字控制器的输出由*D/A(数/模)转换器[数学上,D/A精度高时,D/A可看作ZOH(零阶保持器)]把数字信号转换为连续信号,输出给执行机构,实现被控对象的自控。由采样过程知,在采样时刻,连续信号的函数值与脉冲序列的脉冲强度相等。

nT 时刻,有 e t )= e nT )= e * nT );

而在( n +1) T 时刻,则有 e t )= e [( n +1) T ]= e * [( n +1) T ];

若采用零阶保持器,则 e * nT )= e nT )= e nT t ),0≤Δ t < T

上式说明,零阶保持器是一种按常值外推的保持器,它把前一采样时刻 nT 的采样值 e nT )[因为在各采样点上, e * nT )= e nT )]保持到下一采样时刻( n +1)T到来之前,从而使采样信号 e * t )变成阶梯信号 e h t ,)这样便实现了由离散信号转换为连续信号。

*A/D转换器:把连续信号转换成离散信号。

a.采样——使连续信号 e t )每隔 T 秒进行一次采样,得到时间离散的模拟信号 e * t )。

b.编码——用一组二进制的数码来逼近时间离散的模拟信号的幅值,将其转换为数字量。

*D/A转换器:把离散的数字信号转换成连续的模拟信号,包括解码与复现两个过程。

*时间常数:被调参数以初始最大上升(或下降)速度变化到新稳定值所需要的时间。时间常数代表被控对象惯性大小。 Z+M2FoCW+M2V2u/SwMaLrrakHRrvwji/XxhgsIr1GZfvecT0WqSSORoZ8Jf5FkaC

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