空调温度控制系统的数学模型

一、 恒温室的微分方程

为了研究上的方便，把图所示的恒温室看成一个单容对象，在建立数学模型，暂不考虑纯滞后。

1． 微分方程的列写

根据能量守恒定律，单位时间内进入恒温室的能量减去单位时间内由恒温室流出的能量等于恒温室中能量蓄存的变化率。即

?恒温室内蓄???每小时进入室内??每小时室内设备,照?? ?????????? 热量的变化率的空气的热量明和人体的散热量??????????每小时从事内排??每小时室内向?????????? ??出的空气的热量??室外的传热量??

上述关系的数学表达式是：

C1d??????(Gc1?c?qn)?(Gc1?a?ab) (2-1) dt?式中 C1 —恒温室的容量系数（包括室内空气的蓄热和设备与维护结构表层的蓄热）

（千卡/ ?C ）；

?a—室内空气温度，回风温度（?C）； G —送风量（公斤/小时）； c1 —空气的比热（千卡/公斤 ）； ?c —送风温度（?C）；

qn —室内散热量（千卡/小时）； ?b—室外空气温度（?C）；

?—恒温室围护结构的热阻（小时 g。 ?C/千卡）将式（2—1）整理为：

d?Gc1?c? ga??a??1dt11Gc1?Gc1?Gc1?C11qn??b???1??q?nGc1??????? (2-2) ?1?aGc1?Gc1??????

d?或 T1a??a?K1(?c??f) (2-3)

dt式中 T1?R1C1 —恒温室的时间常数（小时）。 R1?1Gc1?1 —为恒温室的热阻（小时 /千卡）

? —恒温室的放大系数（C/?C）；

K1?Gc1Gc1?1?qn? ?f??b?Gc1 —室内外干扰量换算成送风温度的变化（?C）。

式（2—3）就是恒温室温度的数学模型。式中 和 是恒温的输入参数，或称

输入量；而 是恒温室的输入参数或称被调量。输入参数是引起被调量变化的因素，其中起调节作用，而起干扰作用。输入量只输出量的信号联系成为通道。干扰量至被调量的信号联系成为干扰通道 。调节量至被调量的信号联系成为调节通道。

如果式中是?f个常量,即?f??f0,则有 T1d?a??a?K1(?c??f0) (2-4) dt如果式中?c是个常量,即?c??c0，则有

d?a??a?K1(?c0??f) (2-5) dt此时式成为只有被调节量和干扰量两个的微分方程式.此式也称为恒温室干扰通道的微分方程式。

T12． 增量微分方程式的列写

在自动调节系统中,因主要考虑被调量偏离给定值的过渡过程.所以往往希望秋初被调增量的变化过程.因此,我们要研究增量方程式的列写.所谓增量方程式就是输出参数增量与输入参数增量间关系的方程式。 当恒温室处在过渡过程中,则有：

?a??a0???a，?c??c0???c， ?f??f0???f (2-7) 式中带“?” 项增量.

将式(2—7)代入式（2—3）得：

d??a T1???a???a0?K1(?c0??f0)?K1(??c???f)

dt将式(2—6)代入式（2—8）得：

d??a T1???a?K1(??c???f)

dt式中（2—9）是恒温式增量微分方程式的一般表达式，显然，它与式（2—3）有相同的形式 。

对上式取拉式变换,克的恒温室的传递函数如下:

W1?K1 T1S?1

二、 热水加热器对象的微分方程

如前所述，谁加热器可以是个双容对象，存在容量滞后，为了使研究问题简化，可以把图2—7水加热器看成水加热器看成是一个容量滞后的单容对象，这里掀不考虑它的纯滞后，那末水加热器对象特性了用下述微分方程式来描述：

d??c T4???c?K4?W???0???f

dt 式中 ??c —水加热器后空气温度的变化（?C）；

T4 —水加热器的时间常数（小时）；

?W—热水流量变化（ 米3/小时）； ??0—水加器前送风温度的变化（?C）；

??f4—进入水加热器的热水温度的变化引起的散热量变化折合成送风温度的变化（?C）；

小时/公斤 ） K4—水加热器的放大系数（?Cg。他的物理意义是当热水流

量变化一个单位是引起的散热量变化社和送风温度的变化。

当热水器前送风温度为常量且进入水加热的温度不变时，即??0?0 ，