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【6h】

基于MATLAB/Simulink的建筑环境控制系统的计算机辅助设计与仿真分析

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第一章绪论

1.1研究课题的提出

1.1.1研究背景——控制系统计算机辅助设计的发展历史

1.1.2计算机辅助设计在暖通空调领域的研究现状

1.1.3课题的提出

1.2控制系统的计算机辅助设计软件MATLAB/SIMULINK简介

1.3本课题的研究内容与方法

第二章控制系统分析与设计的理论基础

2.1拉普拉斯变换与传递函数

2.1.1拉普拉斯变换

2.1.2传递函数

2.1.3反馈控制系统的传递函数

2.2离散控制系统的Z变换与脉冲传递函数

2.2.1 z变换与脉冲传递函数

2.2.2闭坏系统脉冲传递函数

2.3控制系统的数学模型与模型的相互转换

2.3.1系统的微分方程形式模型

2.3.2系统传递函数形式模型

2.3.3模型间的相互转换

2.3.4系统结构图(或方框图)描述与连接

2.4控制系统的典型环节及典型输入

2.4.1控制系统的典型环节

2.4.2控制系统的典型输入信号

第三章基于Matlab/Simulink的建筑环境控制系统的分析

3.1控制系统的调节过程和性能评价指标

3.1.1控制系统的调节过程

3.1.2对控制系统的基本要求

3.1.3控制系统性能的评价指标

3.2控制系统的稳定性分析

3.2.1控制系统的稳定性判据

3.2.2应用MATLAB进行稳定性分析

3.3控制系统的动态性能与稳态性能分析

3.3.1控制系统的稳态性能

3.3.2应用MATLAB进行控制系统的动态性能与稳态性能分析

3.4离散控制系统的分析

3.4.1系统的稳定性

3.4.2离散系统的动态性能

第四章基于Matlab/Simulink的建筑环境控制系统的设计

4.1被控对象的特性

4.1.1空调房间的特性

4.1.2电加热器和换热器的特性

4.1.3执行器的特性

4.1.4温度传感器的特性

4.2控制参数取值范围的确定——根轨迹法分析控制系统

4.2.1根轨迹方程

4.2.2利用MATLAB绘制根轨迹图确定系统的控制参数取值

4.3连续系统PID控制参数的整定与优化

4.3.1连续(模拟)PID控制规律

4.3.2模拟PID控制系统参数整定方法

4.3.3使用MATLAB进行PID参数的整定

4.3.4利用MATLAB进行系统PID参数的优化

4.4计算机采样PID控制系统的设计

4.4.1离散(数字)PID控制算法

4.4.2数字PID控制系统的设计

4.4.3应用MATLAB进行数字PID参数整定设计

第五章房间温度控制系统实验与仿真对比研究

5.1实验系统设计

5.1.1实验系统组成

5.1.2实验系统特性参数确定

5.1.3实验程序设计

5.2实验系统的计算机辅助设计与分析

5.2.1实验系统的模型

5.2.2系统PID参数的整定

5.2.3实验系统的动态与稳态性能分析

5.3实验结果与对比分析

5.3.1设计参数下的控制实验

5.3.2采样周期取值影响的对比实验

5.3.3采用PI控制时的对比实验

5.3.4测温点位置影响的对比实验

第六章结论与问题总结

6.1结论

6.2问题总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

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摘要

近些年,暖通空调系统的自动控制在中国的发展很快,采用自动控制的空调系统、供热系统已经比比皆是,但是这些控制系统绝大多数控制质量不佳,运行与节能效果难如人愿.出现以上问题,从设计角度考虑,究其原因主要是因为:①暖通空调自控系统设计缺乏辅助设计手段,通常只能凭借经验进行设计;②控制策略及控制参数的取值合理与否一般只能在系统完工后,根据现场实际运行效果来判断,若不合理只能做局部的调整和修改,难以实现优化控制;③当系统出现问题时,没有一整套针对于暖通空调控制系统的理论分析方法,暖通技术人员只能求助于控制专业人员帮助解决,而控制专业人员不熟悉暖通空调系统工艺流程,故很难及时、彻底、高质量的解决问题.该文针对建筑环境控制领域存在的上述实际问题,提出了运用当今自控领域最流行的控制系统分析设计软件--MATLAB/Simulink来辅助分析设计建筑环境控制系统.借助于MATLAB软件提供的控制系统工具箱,运用经典控制理论的时域分析法、根轨迹法对暖通空调控制系统(连续控制系统和离散采样控制系统)的稳定性、动态与稳态性能、控制参数的取值、PID参数的整定与优化进行了全面的仿真分析与设计,并利用MATLAB函数对暖通空调领域被控对象(包括空调房间、加热器和热交换器、温度传感器、及调节阀等)的特性进行分析、建模.最后通过房间温度控制的实验表明利用MATLAB/Simulink进行暖通空调控制系统分析设计是简捷、快速而有效的,其设计分析结果有很强的实用性和对实际工程有较高的参考价值.

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