PID与PLC控制的异同
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概述
基本用途
现实意义
PID控制实现
[编辑本段]概述
当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。
这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。
PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为
u(t)=kp(e((t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt) 式中积分的上下限分别是0和t
因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)
其中kp为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数
[编辑本段]基本用途
它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp， Ti和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。
首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。
其次，PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。
第三，PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子。
在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。由于这些不足，采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准。
在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好，但它们仍存在一些问题需要解决：
如果自整定要以模型为基础，为了PID参数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是较难的。闭环工作时，要求在过程中插入一个测试信号。这个方法会引起扰动，所以基于模型的PID参数自整定在工业应用不是太好。
如果自整定是基于控制律的，经常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变化引起的影响区分开来，因此受到干扰的影响控制器会产生超调，产生一个不必要的自适应转换。另外，由于基于控制律的系统没有成熟的稳定性分析方法，参数整定可靠与否存在很多问题。
因此，许多自身整定参数的PID控制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式。自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算PID参数。
PID在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，工作地不是太好。最重要的是，如果PID控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数都没用。
虽然有这些缺点，PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器
[编辑本段]现实意义
目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现 PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。
1、开环控制系统
开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。
2、闭环控制系统
闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。
3、阶跃响应
阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来(Steady-state error)描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差；快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。
4、PID控制的原理和特点
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例（P）控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
积分（I）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分（D）控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
5、PID控制器的参数整定
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。
对于温度系统：P（%）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3
对于流量系统：P（%）40--100，I（分）0.1--1
对于压力系统：P（%）30--70，I（分）0.4--3
对于液位系统：P（%）20--80，I（分）1--5
参数整定找最佳，从小到大顺序查
先是比例后积分，最后再把微分加
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢，积分时间往下降
曲线波动周期长，积分时间再加长
曲线振荡频率快，先把微分降下来
动差大来波动慢。微分时间应加长
理想曲线两个波，前高后低4比1
一看二调多分析，调节质量不会低
[编辑本段]PID控制实现
1 ． PID 的反馈逻辑
各种变频器的反馈逻辑称谓各不相同，甚至有类似的称谓而含义相反的情形。系统设计时应以所选用变频器的说明书介绍为准。所谓反馈逻辑，是指被控物理量经传感器检测到的反馈信号对变频器输出频率的控制极性。例如中央空调系统中，用回水温度控制调节变频器的输出频率和水泵电机的转速。冬天制热时，如果回水温度偏低，反馈信号减小，说明房间温度低，要求提高变频器输出频率和电机转速，加大热水的流量；而夏天制冷时，如果回水温度偏低，反馈信号减小，说明房间温度过低，可以降低变频器的输出频率和电机转速．减少冷水的流量。由上可见，同样是温度偏低，反馈信号减小，但要求变频器的频率变化方向却是相反的。这就是引入反馈逻辑的原由。几种变频器反馈逻辑的功能选择见表 1 。
2 ．打开 PID 功能
要实现闭环的 PID 控制功能，首先应将 PID 功能预置为有效。具体方法有两种：一是通过变频器的功能参数码预置，例如，康沃 CVF-G2 系列变频器，将参数 H-48 设为 O 时，则无 PID 功能；设为 1 时为普通 PID 控制；设为 2 时为恒压供水 PID 。二是由变频器的外接多功能端子的状态决定。例如安川 CIMR-G 7A 系列变频器，如图 1 所示，在多功能输入端子 Sl-S10 中任选一个，将功能码 H1-01 ～ H1-10( 与端子 S1-S10 相对应 ) 预置为 19 ，则该端子即具有决定 PI[) 控制是否有效的功能，该端子与公共端子 SC “ ON ”时无效，“ OFF ”时有效。应注意的是．大部分变频器兼有上述两种预置方式，但有少数品牌的变频器只有其中的一种方式。
在一些控制要求不十分严格的系统中，有时仅使用 PI 控制功能、不启动 D 功能就能满足需要，这样的系统调试过程比较简单。
3 ．目标信号与反馈信号
欲使变频系统中的某一个物理量稳定在预期的目标值上，变频器的 PID 功能电路将反馈信号与目标信号不断地进行比较，并根据比较结果来实时地调整输出频率和电动机的转速。所以，变频器的 PID 控制至少需要两种控制信号：目标信号和反馈信号。这里所说的目标信号是某物理量预期稳定值所对应的电信号，亦称目标值或给定值；而该物理量通过传感器测量到的实际值对应的电信号称为反馈信号，亦称反馈量或当前值。 PID 控制的功能示意图见图 2 。图中有一个 PID 开关。可通过变频器的功能参数设置使 PID 功能有效或无效。 PID 功能有效时，由 PID 电路决定运行频率； PID 功能无效时，由频率设定信号决定运行频率。 PID 开关、动作选择开关和反馈信号切换开关均由功能参数的设置决定其工作状态。
4 ．目标值给定
如何将目标值 ( 目标信号 ) 的命令信息传送给变频器，各种变频器选择了不同的方法，而归结起来大体上有如下两种方案：一是自动转换法，即变频器预置 PID 功能有效时，其开环运行时的频率给定功能自动转为目标值给定．如表 2 中的安川 CIMR-G 7A 与富士 P11S 变频器。二是通道选择法，如表 2 中的康沃 CVF-G2 、森兰 SB12 和普传 P17000 系列变频器。
以上介绍了目标信号的输入通道，接着要确定目标值的大小。由于目标信号和反馈信号通常不是同一种物理量。难以进行直接比较，所以，大多数变频器的目标信号都用传感器量程的百分数来表示。例如，某储气罐的空气压力要求稳定在 1 ． 2MPa ，压力传感器的量程为 2MPa ，则与 1 ． 2MPa 对应的百分数为 60 ％，目标值就是 60 ％。而有的变频器的参数列表中，有与传感器量程上下限值对应的参数，例如富士 P11S 变频器，将参数 E40( 显示系数 A) 设为 2 ，即压力传感器的量程上限 2MPa ：参数 E41( 显示系数 B) 设为 0 ，即量程下限为 0 ，则目标值为 1 ． 2 。即压力稳定值为 1 ． 2 MPa 。目标值即是预期稳定值的绝对值。
5 ．反馈信号的连接
各种变频器都有若干个频率给定输入端，在这些输入端子中，如果已经确定一个为目标信号的输入通道，则其他输入端子均可作为反馈信号的输入端。可通过相应的功能参数码选择其中的一个使用。比较典型的几种变频器反馈信号通道选择见表 3 。
6 ． P 、 I 、 D 参数的预置与调整
(1) 比例增益 P
变频器的 PID 功能是利用目标信号和反馈信号的差值来调节输出频率的，一方面，我们希望目标信号和反馈信号无限接近，即差值很小，从而满足调节的精度：另一方面，我们又希望调节信号具有一定的幅度，以保证调节的灵敏度。解决这一矛盾的方法就是事先将差值信号进行放大。比例增益 P 就是用来设置差值信号的放大系数的。任何一种变频器的参数 P 都给出一个可设置的数值范围，一般在初次调试时， P 可按中间偏大值预置．或者暂时默认出厂值，待设备运转时再按实际情况细调。
(2) 积分时间
如上所述．比例增益 P 越大，调节灵敏度越高，但由于传动系统和控制电路都有惯性，调节结果达到最佳值时不能立即停止，导致“超调”，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。为此引入积分环节 I ，其效果是，使经过比例增益 P 放大后的差值信号在积分时间内逐渐增大 ( 或减小 ) ，从而减缓其变化速度，防止振荡。但积分时间 I 太长，又会当反馈信号急剧变化时，被控物理量难以迅速恢复。因此， I 的取值与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，积分时间应短些；拖动系统的时间常数较大时，积分时间应长些。
(3) 微分时间 D
微分时间 D 是根据差值信号变化的速率，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，克服因积分时间过长而使恢复滞后的缺陷。 D 的取值也与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，微分时间应短些；反之，拖动系统的时间常数较大时， 微分时间应长些。
(4)P 、 I 、 D 参数的调整原则
P 、 I 、 D 参数的预置是相辅相成的，运行现场应根据实际情况进行如下细调：被控物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间 I ，如仍有振荡，可适当减小比例增益 P 。被控物理量在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益 P ，如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间 I ，还可加大微分时间 D 。
锅炉过热器和再热器出口蒸汽温度是单元机组运行中必须保持在一定范围的重要参数。随着机组容量的增大，过热器和再热器管道也随之加长，这就使得其热惯性和调节滞后都大大增加，从而造成汽温控制系统投自动困难，或被调参数的动、静态品质指标差。锅炉过热器是回收锅炉烟气能量的，使锅炉出来的蒸汽可以获得加热，变为干蒸汽，有利于提高锅炉热效率，也有利于蒸汽轮机避免水击 回热器是从蒸汽轮机的乏蒸汽中回收能量，加热进入锅炉的循环水 此外还有回热器，可以将高压级排出的蒸汽再热，回收锅炉的能量，这些装置都是大型锅炉蒸汽系统的辅助集热装置，都有利于提高锅炉系统的能量效率，只不过过热器、再热器是回收烟气能量，回热器是回收蒸汽能量。
采用自适应控制技术需要对被控对象的动态特性进行辨识，目前通用的计算机分散控制系统（ DCS ）中还没有提供一套对被控对象进行实时动态地系统辨识的软件工具，其次在应用领域真正能够掌握和运用自适应控制技术的人才也很缺乏。DCS控制系统（DISTributed Control System，分散控制系统）是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统。它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能，是完成过程控制、过程管理的现代化设备，具有广阔的应用前景。
现场实时控制的应用效果展示了该项技术的先进性和实用性。状态观测器根据系统的外部变量（输入变量和输出变量）的实测值得出状态变量估计值的一类动态系统，也称为状态重构器。60年代初期，为了对控制系统实现状态反馈或其他需要，D.G.吕恩伯格、R.W.巴斯和J.E.贝特朗等人提出状态观测器的概念和构造方法，通过重构的途径解决了状态的不能直接量测的问题。状态观测器的出现，不但为状态反馈的技术实现提供了实际可能性，而且在控制工程的许多方面也得到了实际应用，例如复制扰动以实现对扰动的完全补偿等。工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。不同的控制规律适用于不同的生产过程，必须合理选择相应的控制规律，否则PID控制器将达不到预期的控制效果。
2. 状态反馈系统的基本概念及几个主要结论
状态反馈的基本特点是采用对状态向量的线性反馈律来构成闭环控制系统，由于控制作用是系统状态的函数，可使控制效果得到很大地改善，从而比输出反馈具有一系列更好的控制特性。
自动控制原理指是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。控制系统的各种特性，或其各种品质指标，很大程度上是由系统的极点位置所决定的。而所谓极点配置问题，就是通过反馈阵的选择，使闭环系统的极点，恰好处于所希望的一组极点的位置上。
极点配置定理回答了在怎样的条件下，仅仅通过状态反馈，就能任意配置极点的问题。它可简述为：若动态方程 可控，则利用状态反馈式 可以任意配置闭环系统的特征值，若特征值中有复数，必共轭成对地出现。
3. 运用观测器理论解决蒸汽温度调节对象的状态重构问题
对于完全能控的线性定常系统，可以通过线性状态反馈任意配置极点，以使系统实现其在Ляпунов意义下是渐进稳定的，亦即是能镇定的。但是，通常并不是全部状态变量都能直接量测的，从而给状态反馈的物理实现造成了障碍。
3.1 状态观测器的定义及其实现问题
状态观测器有如下定义 : 设线性定常系统 ∑ o ＝（ A ， B ， C ）的状态 X 是不能直接测量的， 称动态系统∑ g 是∑ o 的一个状态观测器，如果
（ 1 ）∑ g 以∑ o 的输入 u 和输出 y 作为输入量；
（ 2 ）∑ g 的输出 W （ t ）满足如下的等价性指标
（4）
观测器的存在性：状态观测器存在的充分必要条件是∑ o 的不能观测部分渐近稳定。如果对给定的一个传递函数阵 W （ s ），能找到一个状态方程（ A,B,C ）并使之成立
C （ sI - A ） - 1 B = W （ s ） （5） 则称（ A,B,C ）为具有传递特性 W （ s ）的系统的一个实现。实现就其本质而言，是在状态空间法的领域内寻找一个假想结构，使之与真实系统具有相同的传递特性。并不是任意给定的 W （ s ）都可找到其实现的，通常，它必须满足物理可实现条件。
实现的不唯一性：与给定的 W （ s ）具有相同的传递特性的实现不是唯一的。对于给定的 W （ s ），一定存在一类维数最低的实现，称为最小实现，它反映了具有给定传递函数特性 W （ s ）的假想结构的最简形式。最小实现也不是唯一的，但它们的维数必是相等的，且必是代数等价的。
3.2 锅炉蒸汽温度被控对象的动态特性及其状态观测器的一种实现
锅炉蒸汽温度被控对象包括过热器出口主蒸汽温度和再热器出口的再热蒸汽温度。集总参数模型则是将单相受热管的介质状态参数看成是均一的，并在空间位置上选定一个有代表性的点，就用这一点介质的参数作为环节的集总参数。进一步还可推断出单相受热管的多段集总参数模型，通常把整个管段均分成若干小段，每个分段内集总参数的选择要一致。因此每个分段模型的形式与整个管段模型的形式是相同的，整个管段的模型则由各个分段（设共有 n 段）模型串联而成，也就是分段模型的 n 次幂。这时，对每个分段来说，须将总热流量、总金属量、总容积等分别除以分段数 n 。关于进出口温度之间的传递函数。
这个公式含有近十个参数，对于实际应用并不方便。它的意义在于提供了一个十分有用的概念，即可以把过热器和再热器等单相受热管理解成由若干个分段所组成，各分段传递函数的形式相同，段数 n 越大，每段传递函数表达式中的时间常数就成比例地减少。再热器实质上是一种把作过功的低压蒸汽再进行加热并达到一定温度的蒸汽过热器，再热器的作用进一步提高了电厂循环的热效率，并使汽轮机末级叶片的蒸汽温度控制在允许的范围内。
实际工程问题中往往把解析法和系统辨识方法结合起来，通过对系统基本结构及工作原理的了解，初步推断出系统模型的结构，或估计出系统模型的结构形式，然后再用辨识方法确定模型中的参数。
图 1 所示为过热器的状态观测器，整个过热器划分为四段，对每一分段又可简化为一阶惯性环节，整个过热器就是四阶惯性环节。至于时间常数 T 通常是单元机组负荷的函数，可作为状态反馈控制系统中的一个待定因变量，在运行过程中通过观测试验进行参数整定。
图 1 过热器的状态观测器及其状态反馈示图
为了更好地反映被控对象的动态特性，故将过热器的状态观测器设计为“增量形式”，即将过热器入口温度偏差和出口温度偏差引入状态观测器，这样观测到的状态变量更明确地反映了温度的变化方向，同时过热器入口温度偏差的引入使状态观测器具有了预测控制的某些特点。为适应过热器参数的变化，入口温度设定值，出口温度设定值及时间常数 T 均为锅炉负荷的函数。
设过热器导前区传递函数为 ，惰性区传递函数为
则
状态观测器的反馈矩阵 Kc=[K c1 ， K c2 ， K c3 ， K c4 ] ；状态反馈矩阵 K=[K 1 ， K 2 ， K 3 ， K 4 ， K 5 ] ，其中 K 1 为过热器导前区的反馈增益。
惰性区传递函数的增益 K 2 可以查阅锅炉的热力计算书，取不同工况的平均值。而过热器惰性区时间常数 T 2 的辨识则可以利用状态观测器来完成。首先，令状态反馈控制开环 , 状态反馈矩阵 Kc=[0 ， 0 ， 0 ， 0] ；然后，调节观测器时间常数，使观测器输出值和过热器出口值的变化基本保持一致，此时的观测器时间常数即可认为是惰性区传递函数的时间常数。
4 状态观测器、状态反馈控制与常规 PID 调节相结合的工程应用实例
4.1 状态反馈－ PID 控制的结构与特点
状态反馈— PID 控制的原理框图见图 2 。
图 2. 状态反馈— PID 控制的原理框图
与传统的 PID 控制相比，采用状态反馈控制能方便的通过配置闭环极点的方法，改变系统的特性，达到提高控制精度的目的。这对控制具有迟延环节的工业对象来说，无疑是一种较好的控制方案。但是，由于单相受热管的动态特性与热流量有关，单靠状态反馈配置极点还难以保证在不同的工况下使锅炉蒸汽温度控制系统的指标均达到理想的要求，而 PID 控制恰好具有鲁棒性好和抗高频干扰能力强的优点，二者的优势可以互补。动态特性：当被测量随时间迅速变化时，输出量与输入量之间的关系称为动态特性，可以用微分方程表示。 热流量是一定面积的物体两侧存在温差时，单位时间内由导热、对流、辐射方式通过该物体所传递的热量。通过物体的热流量与两侧温度差成正比，与厚度成反比，并与材料的导热性能有关。单位面积的热流量为热流通量。稳态导热通过物体热流通量不随时间改变，其内部不存在热量的蓄积；不稳态导热通过物体的热流通量与内部温度分布随时间而变化。
利用状态反馈改善系统的闭环特性，提高系统响应速度。这是控制的第一个层次。然后，将这个品质比较好的广义被控对象交由 PID 控制，改善系统的鲁棒性，使系统的适应性提高。这是控制的第二个层次。
4.2 状态反馈－ PID 控制的仿真研究
设 ， ，令观测器为 ， Kc=[188.8458 ， 329.2705 ， 159.7069,22.8667] ， K=[0.06659 ， 3.6134 ， 4.8962 ， 2.9486 ， 0.6659]
第一级调节器参数为： K p =0.08 ， I=50s
第二级调节器参数为： K p =1.0 ， I=0.0s
4.2.1 状态反馈－ PID 控制与 PID 串级控制系统的比较
PID 串级控制系统第一级调节器参数为： Kp=1 ， I=25s
第二级调节器参数为： Kp=1.0 ， I=0.0s
图 3 是定值在发生单位阶跃扰动时的响应曲线。
由图 3 可以看出，状态反馈－ PID 控制系统的控制效果明显优于传统的 PID 串级控制系统
图 3 状态反馈— PID 控制与 PID 串级控制的响应特性比较
4.2.2 改变观测器的时间常数 T 0 （其它参 数不变）
令 T 0 =5 ， 8 ， 10 ， 15 时，系统的设定值扰动响应见图 4 。由图 4 可以看出在模型失配时，状态反馈－ PID 控制系统的表现。当观测器的时间常数 T0 小于惰性区时间常数 T2 （10s） 时，系统响应加快，但 T0 越小出现的超调越大。当 T0 大于 T2 时，系统响应变慢。应该注意到，当 T0 与 T2 相差较大时，系统响应变差。因此，在实际应用中可以令观测器的时间常数 T0 是负荷的函数，以适应惰性区时间常数 T2 的变化。
图 4. 在不同的观测器时间常数下系统的响应曲线
4.2.3 改变观测器的增益 K0 （其它参数不变）
令 K0= 1.0 ， 1.1 ， 1.2 ， 1.5 时，系统的设定值扰动响应见图 5 。由图 5 可见，系统对 K0 的变化不敏感；而实际系统的惰性区增益的变化范围也基本在 1.1-1.5 之间。
图 5. 在不同的观测器增益下系统的响应曲线
改变状态反馈矩阵 K （其它参数不变）
系统的设定值扰动响应见图 6 。
理论上讲， T 0 ， K0 ， KC 和 K 的变化均会导致系统闭环极点位置的变化。但是，如果 T 0 和 K0 的变化范围已知，就可以找到一蔟满足设计期望的 KC 和 K 。由图 4 ， 5 ， 6 ， 7 不难看出，状态反馈－ PID 控制系统中参数的变化范围是比较大的，而系统的控制指标仍旧很好，说明系统具有比较强的鲁棒性。
图 6. 在不同的状态反馈矩阵下系统的响应曲线
4.3 状态反馈－ PID 控制的工程应用
陕西宝鸡第二发电厂新建工程 1 号 300MW 单元机组，锅炉为亚临界、自然循环中间再热汽包炉。主蒸汽温度为三级喷水调节，其中二级和三级过热器分为 A 、 B 两侧，再热汽温度以燃烧器摆动火嘴调节为主，加微量喷水及事故工况喷水调节。燃烧器是使燃料和空气以一定方式喷出混合（或混合喷出）燃烧的装置统称。热工控制系统硬件为引进美国西屋公司的 WDPF-II 型分散控制系统，应用软件的设计组态以及工程服务由国电智深承担。在机组 168 小时考核试运期间，过（再）热汽温度控制系统一直处于连续的自动控制状态。计算机统计的结果表明，蒸汽温度的偏差不超过± 2 ℃ 。图 8 为三级过热器 A 侧 24 小时运行曲线。
5 结论
为了实现对大滞后复杂对象的高质量控制，本文将状态反馈控制与 PID 控制相综合，提出了状态反馈 -PID 控制方案。对汽温控制进行的仿真研究和现场调试结果表明，本方案具有优良的控制性能，并具有较强的鲁棒性。
与其它现代控制方法相比，状态反馈 -PID 控制的算法简单，计算量小，且容易理解，可直接利用 DCS 系统中标准控制算法实现，有很好的推广应用价值。
之二：基于自抗扰控制器的蒸汽温度控制系统
1. 汽温调节对象的动态特性
过热蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围之内，并保护过热器使其管壁温度不超过允许的工作温度。为了提高机组热循环的经济性，减小汽轮机末级叶片中蒸汽湿度，而采用中间再热循环系统。
大型锅炉的过热器一般布置在炉膛上部和高温烟道中，过热器往往分成多段，中间设置喷水减温器，减温水由锅炉给水系统提供。喷水减温器按冷却水喷入调温水蒸气的结构不同，可分为文丘里式、旋涡式和多孔喷管式等型式。喷水减温器一般布置在两级过热器之间。因喷水直接与水蒸气混合，故对水质要求较高。对给水品质好的凝汽式电厂，可直接用给水作喷水。对给水品质较差的中、高压电厂，还可采用自制冷凝水的喷水减温系统。其原理是将部分饱和水蒸气用给水冷却成冷凝水喷入减温器中调温。水的喷射依靠冷凝器和减温器之间的压差来实现，不需专门的减温水泵。喷水减温器的特点是结构简单，调温幅度大（可达50℃--65'C），调节温度灵敏，易于实现自动化，因此，锅炉中普遍采用。缺点为对喷水品质要求高。
影响过热器出口汽温的因素很多，主要是以下三种扰动。
A. 蒸汽流量扰动
B. 烟气侧传热量的扰动
C. 减温喷水量扰动
其中 1 和 2 的扰动响应曲线类似，因为两者的扰动是沿整个过热器长度方向上同时发生的，响应具有自平衡特性，而且惯性和迟延都比较小。
对于第 3 种扰动考虑到使控制系统结构简单，易于实现，目前大多采用喷水量作为调节量，因此喷水量扰动就是基本扰动。
2 、通常的汽温控制系统
通常采用两种方法对汽温系统进行控制即带有导前微分信号的双信号汽温控制系统和汽温串级控制系统，另外还可以增加相位补偿回路或前馈控制回路，提高控制系统的品质。
3 、自抗扰控制器介绍
自抗扰控制器自PID控制器演变过来，采取了PID误差反馈控制的核心理念。传统PID控制直接引取输出于参考输入做差作为控制信号，导致出现响应快速性与超调性的矛盾出现。自抗扰控制器主要由三部分组成：跟踪微分器（tracking differentiator），扩展状态观测器 （extended state observer） 和非线性状态误差反馈控制律（nONlinear state error feedback law）。跟踪微分器的作用是安排过渡过程，给出合理的控制信号，解决了响应速度与超调性之间的矛盾。扩展状态观测器用来解决模型未知部分和外部未知扰动综合对控制对象的影响。虽然叫做扩展状态观测器，但与普通的状态观测器不同。扩展状态观测器设计了一个扩展的状态量来跟踪模型未知部分和外部未知扰动的影响。然后给出控制量补偿这些扰动。将控制对象变为普通的积分串联型控制对象。设计扩展状态观测器的目的就是观测扩展出来的状态变量，用来估计未知扰动和控制对象未建模部分，实现动态系统的反馈线性化，将控制对象变为积分串联型。非线性误差反馈控制律给出被控对象的控制策略。
自抗扰控制器 （ADRC） 基本结构是由如下三种功能组合而成 :
用一个跟踪微分器 （TD） 来安排过渡过程并提取其微分信号；
用扩张状态观测器 （ESO） 来估计对象的状态变量和未知扰动的实时作用量；
安排的过渡过程与对象状态估计量之间误差的适当非线性组合和未知扰动估计量的补偿来生成控制信号。
下面以二阶 ADRC 为例：
（1） 跟踪微分器
跟踪微分器是这样的非线性环节：对它输入一个信号 , 它给出这个信号的跟踪信号 及其微分信号 . 是安排的过渡过程 , 而 是这个过渡过程的微分信号 . 跟踪微分器的动态方程为
其中 , 为如下方式定义的非线性函数：
；
；
；
；
；
；
当 为控制目标 - 设定值时， 给出 0 到设定值的无超调的过渡过程曲线，而 是此过渡过程的微分信号。过渡过程的快慢就取决于参数 的选取， 大，过渡过程快， 小，过渡过程慢。
（2）扩张状态观测器
扩张状态观测器 （ESO） 的动态方程为
其中 , 非线性函数 为
是对象的输入 , 是对象的输出 , 它们都是 ESO 的输入量 . 变量 将估计出产生信号 的对象的状态变量 , 而 将估计出产生信号 的对象的模型作用 （ 内扰 ） 和外扰作用的实时总和作用 . 是 ESO 的可调参数 . 调好了参数 , 这个 ESO 能给出很满意的估计结果 . 这是独立于产生信号 的对象模型和外扰作用的观测器 .
（3） 控制信号的生成
控制信号 将由安排的过渡过程 、 ESO 给出的估计 共同生成。
设对象描述为
把系统的输入 和输出 一同输入到 ESO 中， ESO 的 分别估计出对象的 ， 及 。
现在把控制量 分解成两个分量：
并把控制分量 取成
那么被控对象近似地变成
-- 纯粹的积分器串联形对象
把对象的“内扰”和“外扰”作用全部补偿掉了 . 这是 ADRC 具有抗扰能力的根本原因 .
至于控制量的另一分量 的构造方法如下：
由安排的过渡过程 与 ESO 给出的状态估计 来形成两个误差量
；
然后用误差 和 的适当非线性函数 来产生 ，具体可取
一般 , . 如果 , 那么这种反馈符合“小误差大增益 , 大误差小增益”的规律。
（4）自抗扰控制器的结构
自抗扰控制器的方块图 （Block Diagram of ADRC） 为
ADRC 的结构图
（5） 自抗扰控制器的特点与应用前景
自抗扰控制器是由过渡过程安排、扩张状态观测器、扰动补偿、状态误差的非线性反馈等特殊形式非线性结构所组成 .
自抗扰控制器能够自动检测并补偿对象的 " 内扰 （ 模型 ）" 和 " 外扰 " 作用，从而在各种恶劣环境之下也能保证很高的控制精度。利用自抗扰控制器进行控制系统设计时，可以把系统中的许多不同因素归类为对系统的这种，或那种“扰动”，然后用扩张状态观测器来分别进行估计、补偿。动检测就是在测量和检验过程中完全不需要或仅需要很少的人工干预而自动进行并完成的。实现自动检测可以提高自动化水平和程度，减少人为干扰因素和人为差错，可以提高生产过程或设备的可靠性及运行效率。自动检测的任务主要有两种，一是将被测参数直接测量并显示出来，以告诉人们或其他系统有关被测对象的变化情况，即通常而言的自动检测或自动测试；二是用作自动控制系统的前端系统，以便根据参数的变化情况做出相应的控制决策，实施自动控制。
自抗扰控制器的算法简单，容易实现，而且其参数适应范围广，是一种理想的实用数字控制器。
自抗扰控制器具有如下优特点：
A. 独立于对象数学模型的固定结构；
B. 能实现快速、无超调、无静差控制；
C. 被调参数物理意义明确，易整定参数；
D. 算法简单，能实现高速、高精度控制的理想数字控制器；
E. 无需量测外扰而能消除其影响；
F. 不用区分线性、非线性，时变、时不变对象；
G. 对象模型已知更好，未知也无妨；
H. 易实现大时滞对象控制；
I. 解耦控制特别简单；所谓解耦控制系统，就是采用某种结构，寻找合适的控制规律来消除系统种各控制回路之间的相互耦合关系，使每一个输入只控制相应的一个输出，每一个输出又只受到一个控制的作用。 解耦控制是一个既古老又极富生命力的话题，不确定性是工程实际中普遍存在的棘手现象。解耦控制是多变量系统控制的有效手段。
目前，绝大部分工业控制器都以数字控制器形式出现，旧的模拟式控制器也被数字式控制器所取代。数字控制器，Digital Controller ，电子控制器的一类，计算机控制系统的核心部分，一般与系统中反馈部分的元件、设备相连，该系统中的其他部分可能是数字的也可能是模拟的。数字控制器通常是利用计算机软件编程，完成特定的控制算法。通常数字控制器应具备： A/D转换、D/A转换、一个完成输入信号到输出信号换算的程序。
自抗扰控制器为适应这个新时代的要求而诞生，它将以更高的效率和精度去替代过程控制中广泛采用的 PID 和现行各种形式“先进控制器”。
自抗扰控制器的结构已经成型，对不同类型对象 ，只需调整相应参数就可实用 .
自抗扰控制器已在机械人的高速、高精度控制；力学持久机群控；炉温控制；发电机励磁控制；磁悬浮浮距控制；四液压缸协调控制；传动装置的运动控制；异步电机变频调速控制；高速高精度加工车床控制等不同装置的实物实验中均取得了很理想的控制效果。
在过程控制领域，一种新型的非线性数字控制器 -- “自抗扰控制器”以更好的控制能力和更高的控制精度，将会取代 PID 而发挥它应有的作用。
4 、利用自抗扰控制器的汽温控制系统
汽温控制对象一般为减温器和过热器，减温器可看成一个一阶惯性环节，过热器通常是 4-6 阶惯性环节。通常我们可以将对象简化为一个二阶惯性环节加迟延的控制对象，我们可以利用二阶（或三阶） ADRC 来控制。如上图，被控对象就是过热器和减温器对象。将其控制思想于 DCS 常规算法于自定义算法相结合，取得了较好的控制效果。
1、系统供电后整个系统不工作
可能原因：供电异常、线束短路或是断路、DCDC无电压输出。
故障排除：检查外部电源给管理系统供电是否正常，是否能达到管理系统要求的最低工作电压，看外部电源是否有限流设置，导致给管理系统的供电功率不足。
可以调整外部电源，使其满足管理系统的用电要求；检查管理系统的线束是否有短路或是断路，对线束进行修改，使其工作正常；外部供电和线束都正常，则查看管理系统中给整个系统供电的DCDC是否有电压输出；如有异常可更换坏的DCDC模块。
2、BMS不能与ECU通信
可能原因：BMU（主控模块）未工作、CAN信号线断线
故障排除：检查BMU的电源12V/24V是否正常；检查CAN信号传输线是否退针或插头未插；监听CAN端口数据，是否能够收到BMS或者ECU数据包。
3、BMS与ECU通信不稳定
可能原因：外部CAN总线匹配不良、总线分支过长
故障排除：检测总线匹配电阻是否正确；匹配位置是否正确，分支是否过长。
4、BMS内部通信不稳定
可能原因：通信线插头松动、CAN走线不规范、BSU地址有重复。
故障排除：检测接线是否松动；检测总线匹配电阻是否正确，匹配位置是否正确，分支是否过长；检查BSU地址是否重复。
5、绝缘检测报警
可能原因：电池或驱动器漏电、绝缘模块检测线接错。
故障排除：使用BDU显示模块查看绝缘检测数据，查看电池母线电压，负母线对地电压是否正常；使用绝缘摇表分别测量母线和驱动器对地绝缘电阻。
6、上电后主继电器不吸合
可能原因：负载检测线未接、预充继电器开路、预充电阻开路。
故障排除：使用BDU显示模块查看母线电压数据，查看电池母线电压，负载母线电压是否正常；检查预充过程中负载母线电压是否有上升。
7、采集模块数据为0
可能原因：采集模块采集线断开、采集模块损坏。
故障排除：重新拔插模块接线，在采集线接头处测量电池电压是否正常，在温度传感器线插头处测量阻值是否正常。
8、电池电流数据错误
可能原因：霍尔信号线插头松动、霍尔传感器损坏、采集模块损坏。
故障排除：重新拔插电流霍尔传感器信号线；检查霍尔传感器电源是否正常，信号输出是否正常；更换采集模块。
9、电池温差过大
可能原因：散热风扇插头松动，散热风扇故障。
故障排除：重新拔插风扇插头线；给风扇单独供电，检查风扇是否正常。
10、电池温度过高或过低
可能原因：散热风扇插头松动，散热风扇故障，温度探头损坏。
故障排除：重新拔插风扇插头线；给风扇单独供电，检查风扇是否正常；检查电池实际温度是否过高或过低；测量温度探头内阻。
11、SOC异常
现象：SOC在系统工作过程中变化幅度很大，或者在几个数值之间反复跳变；在系统充放电过程中，SOC有较大偏差；SOC一直显示固定数值不变。
可能原因：电流不校准；电流传感器型号与主机程序不匹配；电池长期未深度充放电；数据采集模块采集跳变，导致SOC进行自动校准；
SOC校准的两个条件：1）达到过充保护；2）平均电压达到xxV以上。客户电池一致性较差，过充时，第二个条件无法达到。通过显示查看电池的剩余容量和总容量；电流传感器未正确连接；
故障排除：在触摸屏配置页面里校准电流；改主机程序或者更换电流传感器；对电池进行一次深度充放电；更换数据采集模块，对系统SOC进行手动校准，建议客户每周做一次深度充放电；修改主机程序，根据客户实际情况调整“平均电压达到xxV以上”这个条件中的xxV。
设置正确的电池总容量和剩余容量的；正确连接电流传感器，使其工作正常。
EPS是从UPS的应用发展而来，这句话并不确切。因为EPS与UPS核心部件逆变器的控制系统的传递函数是完全不同的，从而体现在EPS负载功率因数、带载能力、过载倍数、输出回路的短路保护、逆变器的强制运行等参数和性能都大大优于UPS。一般UPS可当作一个电压闭环系统，而EPS是带电流内环的多闭环系统，这也是EPS的关键所在。
EPS采用了UPS电路成熟的逆变技术，它们都具备在市电故障(中断)情况下继续向负载提供交流电源的功能。不同之处是UPS始终由逆变器输出供电，以保障电源品质，而EPS在市电正常时逆变器是处于启动状态，但不输出功率，市电由旁路越过逆变器输出供电，主要保障市电故障时的应急供电问题。
目前EPS根据所带负载的种类大致可以归纳为以下三种：一是主要用于应急照明(多为单相)EPS二是用于除应急照明之外，还有应用于空调、电梯、卷帘门、排气风机、水泵等电感性负载或兼而有之的混合供电的三相系列EPS三是直接给电动机供电的变频系列EPS仅作为应急照明系统的备用电源，一般选用上述的第一种EPS。为确保应急照明系统能正常运行,根据《消防应急灯具》(GB17945-2000)技术要求中对EPS切换时间及持续工作时间等提出如下基本要求：
1)要求负责向普通应急照明灯供电EPS的供电中断时间<5s.但对于高危险工作区及关键工作区的应急照明，EPS的供电中断时间<0.25s。
2)尽可能利用市电，当市电电压在187-242V的范围内不允许EPS进入逆变器供电状态。
3)要求EPS配置足够容量的电池组，以便在市电供电中断时，至少确保应急照明灯可以继续工作90min以上。
4)EPS中的充电器对电池组的最长充电时间不大于24小时，最大连续过充电电流不超过0.05C5A。
对于混合负荷(照明、电动机等电感性负载或兼而有之的负荷)，EPS的切换时间宜小于12ms，应首先分别统计电阻性照明负载与电感性机电负载的比例统计电感性机电负载时要考虑电动机启动时的电流冲击：
1.无任何变频、降压启动的电动机，其容量应按电机容量的5-10倍计算。
2.对于有星/三角降压启动的电动机，容量应按电机容量的3倍计算。
3.对于有软启动的电动机，容量应按电机容量的2倍计算。
4.对有变频启动的电动机，容量按电机总容量1.2-1.4倍计算。
为确保除应急照明外的其它消防设备事故时正常运行,根据《民用建筑电气设计规范》要求中对EPS持续工作时间等提出如下基本要求：
1.能使水喷雾和泡沫灭火系统持续工作30分钟以上
2.能使火灾事故广播系统持续工作20分钟以上。
3.各种警报、报警装置持续工作不小于10分钟。
4.消防电梯、排烟设备等持续工作60分钟以上。
EPS集中可放置于地下室或总配电室，或分层分区布置在配电小间甚至建筑竖井里，也可以紧靠应急负荷使用场所就地设置，减少供电线路。EPS放置处应通风散热良好或有相应的通风散热措施。
EPS可以作为一种可靠的绿色应急供电电源，它尤其适用于高层建筑消防设施没有第二路市电又不便于使用柴油发电机组的场合，既可以采用类同于柴油发电机的配电方案，也适用于一些工程在局部重要场合作为末端应急备用电源。
2舒适与节能的室内设计参数 随着我国对节约能源意识的不断加强，暖通空调系统的节能也越来越受到关注，只有制定合理的室内设计参数，才能科学的计算冷、热负荷，选择经济合理的供冷及供热设备，达到建筑节能的目的。室内计算参数主要是指建筑室内的温度、相对湿度、风速以及新风量等，这些参数的变化直接影响着室内的热环境以及建筑的能耗。室内各计算参数，对于室内热舒适和空调系统能耗的影响程度是各不相同的，有些参数的变化对室内热舒适环境影响较大，对能耗影响却较小，而有些参数的变化则恰恰相反，因此如何均衡地考虑舒适和节能是制定室内设计参数的关键。
对于供暖室内设计温度，基于节能的原则，本着提高生活质量、满足室温可调的要求，在满足舒适的条件下尽量考虑节能，因此选择偏冷（-1≤PMV≤0）的环境，将冬季供暖设计温度范围定在18℃～24℃。从实际调查结果来看，大部分建筑供暖设计温度为18℃～20℃。对于舒适性空调的室内设计参数，考虑不同功能房间对室内热舒适的要求不同，分级给出室内设计参数，热舒适度等级由业主在确定建筑方案时选择。
3民用建筑室内设计新风量 关于"每人所需最小新风量"的讨论涉及两类主要观点：一是消除异味和污染物，保证人的健康舒适；二是尽可能减少疾病传播。规范组对Yaglou传统新风理论、Fanger基于舒适和适应性的新风理论和JoklM.V.污染物指标新风理论进行研究，并且对国际相关标准ASHRAEStandard62、prENV1752、DIN1946、CIBSEGuideA、NKB-61、《日本医院设计和管理指南》进行比对研究，分别对公共建筑主要房间每人所需最小新风量、设置新风系统的居住建筑和医院建筑、高密人群建筑每人所需最小新风量的确定方法进行了规定。
4散热器供暖供回水温度 以前的室内供暖系统设计，基本是按95℃/70℃热媒参数进行设计，实际运行情况表明，合理降低建筑物内供暖系统的热媒参数，有利于提高散热器供暖的舒适程度和节能降耗。近年来，国内已开始提倡低温连续供热，出现降低热媒温度的趋势。规范组通过研究发现：对采用散热器的集中供暖系统，综合考虑供暖系统的初投资和年运行费用，当二次网设计参数取75℃/50℃时，方案最优，其次是取85℃/60℃时。同时规范组调研发现:国外集中供热系统的二次网供回水设计参数存在向低温供热发展的趋势。其中丹麦、芬兰、德国、波兰和韩国等国家由于其纬度与中国北方供暖城市的纬度相近，因此这些国家的供热系统更有参考价值，这些国家的集中供热系统二次网的供水温度参数约为70~80℃，二次网回水温度参数约在40~65℃之间，二次网的供回水温度多采用70/40℃、70/50℃、80/60℃、75/65℃等设计参数。目前，欧洲出现60℃以下低温热水供暖，这也值得我国参考。
5复合通风 目前，我国民用建筑中大空间建筑逐步增多，采用复合通风系统通风效率高，通过自然通风与机械通风手段的结合，可节约风机和制冷能耗约10%～50%，既带来较高的空气品质又有利于节能。复合通风系统是指自然通风和机械通风在一天的不同时刻或一年的不同季节里，在满足热舒适和室内空气质量的前提下交替或联合运行的通风系统。复合通风系统设置的目的是增加自然通风系统的可靠运行和保险系数，并提高机械通风系统的节能率。复合通风在欧洲已经普遍采用，复合通风适用场合包括净高大于5m且体积大于1万m3的大空间建筑及住宅、办公室、教室等易于在外墙上开窗并通过室内人员自行调节实现自然通风的房间。
6空调冷负荷计算 空调冷负荷的计算是暖通空调设备选型的基础，其准确性对整个建筑的节能情况、运行效果都影响很大，一种准确、有效、合理的空调冷负荷计算方法对于暖通空调行业至关重要。规范组通过研究，对国内全部的商业负荷计算软件以及两家美国主流商业软件进行五次现场比对，多次网络及电话会议比对，共计算43个算例，处理近千组数据，对空调冷负荷计算方法和软件进行规范、统一、改进。
规范组对我国现行的传递函数法和谐波反应法进行了深入的研究，对我国现有空调冷负荷计算方法进行了完善，在一定程度上提高了计算软件的计算水平。我国现有的两种主流空调冷负荷计算方法传递函数法和谐波反应法，虽然两种方法使用不同的理论，经过完善后两种方法的计算结果的一致性较好，两种方法都符合我国现行规范的要求，计算精度满足工程需要，两种方法可以互相验证、共同存在。
7空气调节系统 建筑物空调系统应根据建筑物的用途、规模、使用特点、负荷变化情况、参数要求、所在地区气象条件和能源状况，以及设备价格、能源预期价格等，经技术经济比较确定；对规模较大、要求较高或功能复杂的建筑物，在确定空调方案时，原则上应对各种可行的方案及运行模式进行全年能耗分析，使系统的配置合理，以实现系统设计、运行模式及控制策略的最优。规范分别对全空气定风量空调系统、全空气变风量空调系统、风机盘管加新风空调系统、多联机空调系统、低温送风空调系统、温湿度独立控制空调系统、蒸发冷却空调系统、直流式（全新风）空调系统的选择原则及设计进行了规定。
8冷源与热源 当前各种机组、设备类型繁多，电制冷机组、溴化锂吸收式机组及蓄冷蓄热设备等各具特色，地源热泵、蒸发冷却等利用可再生能源或天然冷源的技术应用广泛，由于使用这些机组和设备时会受到能源、环境、工程状况使用时间及要求等多种因素的影响和制约，因此应客观全面地对冷热源方案进行技术经济比较分析，以可持续发展的思路确定合理的冷热源方案。
空调冷热水参数应保证技术可靠、经济合理，规范对以水为冷热媒对空气进行冷却或加热处理的一般建筑的空调系统采用冷水机组直接、蓄冷空调系统、温湿度独立控制空调系统、蒸发冷却或天然冷源制取空调冷水、采用辐射供冷末端设备、采用市政热力或锅炉供应的一次热源通过换热器加热的二次空调热水、采用直燃式冷（温）水机组、空气源热泵、地源热泵等作为热源、采用区域供冷系统等情况的供回水的温度和温差进行了规定。对定流量一级泵空调冷水系统、变流量一级泵空调冷水系统分别对其设计进行了规定。为了保证水泵的选择在合理的范围，降低水泵能耗，对空调水系统循环水泵的耗电输冷（热）比进行了规定，对空调水系统中循环水泵的耗电与建筑冷热负荷的比例进行了限制。
9检测与监控 检测与监控系统可采用就地仪表手动控制、就地仪表自动控制和计算机远程控制等多种方式。设计时究竟采用哪些检测与监控内容和方式，应根据系统节能目标、建筑物的功能和标准、系统的类型、运行时间和工艺对管理的要求等因素，经技术经济比较确定。系统规模大，制冷空调设备台数多且相关联各部分相距较远时，应采用集中监控系统；不具备采用集中监控系统的供暖、通风与空调系统，宜采用就地控制设备或系统。
10消声与隔振、绝热与防腐供暖、通风与空调系统 产生的噪声与振动，只是建筑中噪声和振动源的一部分。当系统产生的噪声和振动影响到工艺和使用的要求时，就应根据工艺和使用要求，也就是各自的允许噪声标准及对振动的限制，系统的噪声和振动的频率特性及其传播方式（空气传播或固体传播）等进行消声与隔振设计，并应做到技术经济合理。
为减少设备与管道的散热损失、节约能源、保持生产及输送能力，改善工作环境、防止烫伤，应对设备、管道（包括管件、阀门等）应进行保温。为减少设备与管道的冷损失、节约能源、保持和发挥生产能力、防止表面结露、改善工作环境，设备、管道（包括阀门、管附件等）应进行保冷。近年来，随着我国高层和超高层建筑物数量的增多以及由于绝热材料的燃烧而产生火灾事故的惨痛教训，对绝热材料的燃烧性能要求会越来越高，设计采用的绝热材料燃烧性能必须满足相应的防火设计规范的要求。
