基于LabVIEW的空调水系统控制研究及仿真

图5 空调水系统串级控制方框图

　　由图5可以看出，当扰动(房间冷负荷)变化时，先影响冷冻水阀使其开度发生变化，从而影响冷冻水流量，副调节器根据偏差快速调节二次泵频率，如果扰动量不大，经过副回路及时调整一般不影响供回水温差；如果扰动的幅值较大，虽然经过副回路的及时校正，仍影响冷冻水温差，此时再由主回路进一步调节，从而完全克服上述扰动，使供回水温差调回到给定值上来。

4 方案验证

　　4.1 主、副对象的辨识

　　串级控制方案在西安建筑科技大学智能建筑研究所变风量空调实验室实际运行分析。本实验室水侧部分由一台冷却塔，两台冷水机组(包括冷却泵、冷冻一次泵)、一台冷冻二次泵和调节两台ahu冷冻水量的阀门构成。结构图如图6所示。

图6 空调水系统结构示意图

　　采用最小二乘法对主、副对象进行辨识，对于siso离散随机系统，其描述方程为

　　可得系统输入输出的最小二乘格式：

　　y(k) = ht(k)θ+ e(k)

　　对于副环，将二次泵频率值作为激励，ahu前冷冻水流量作为响应，采用arx模型，使用最小二乘法辨识辨识出的传递函数为：

　　同理，对于主环，将ahu前冷冻水流量作为激励，冷冻水供回水温差作为响应，辨识出主对象的传递函数为：

　　4.2 主、副控制器的设计

　　控制器采用pid控制，pid的控制规律为

　　在本串级控制系统中，主调节器和副调节器调节任务不同，副对象的滞后时间远远小于主对象，副调节器任务就是要快速动作以迅速抵消落在副环内的二次扰动，并不要求无差，所以应选择p调节器，主调节器的任务时准确保持被调量符合要求，不允许有偏差，因此，应在主调节器上增加积分环节，也就是pi调节器或pid调节器。

　　4.3 基于labview的系统仿真

　　labview是一种业界领先的工业标准图形化编程软件，主要用于卡发测试、测量与控制系统。它是专门为工程师和科学家而设计的直观图形化编程语言。它将软件和各种不同的测量仪器硬件及计算机集成在一起，建立虚拟仪器系统，以形成用户自定义的解决方案。

　　像matlab的附加工具包一样，labview提供各种功能的模块，本仿真就是通过仿真模块实现的，后台图形化仿真程序如图7所示。

图7 labview串级控制仿真框图

　　其中，名为pid的子vi是pid数学表达式的图形化程序如图8所示。

图8 pid子vi后台图形化程序

　　得到串级控制的阶跃响应仿真结果如图9所示，可以看出，系统的超调在10%左右，上升时间和调节时间都令人满意。

图9 系统仿真阶跃响应曲线

5 结束语

　　通过已单回路控制为基础的串级控制系统的仿真结果可以看出，串级控制策略在提高系统的快速性，消除压差控制的盲点上有很好的表现。接下来的研究会将仿真结果加在实际系统中，经过一段时间的实验检验，证明控制策略的可行性和合理性。