船用變風量空調系統控制方法的研究

朱榮　劉成華

摘要：在船舶的艙室溫度控制中的變風量空調系統的應用在整個系統中有很大的優勢，但是船舶中的變風量空調系統結構比較復雜，回路之間容易互相產生干擾，并且還存在很多影響其工作的因素，而要使整定好的PID控制參數能夠有好的控制效果，就需要有一個良好的特定工作環境，下面就變風量空調系統在船舶中的應用進行簡單的探析。

關鍵詞：船；變風量空調系統；控制方法

隨著社會的發展，變風量空調系統因其良好的節能性而被廣泛使用，現在的船舶業也在迅猛發展，而逐漸完善船舶業是目前一項重大的工程。而變風量空調系統在船舶中也是很重要的一部分，其有效的運行可以保障船舶在航行過程中船員能夠正常的作息，但是其在方便人們的同時也存在著很多問題，例如在船舶的整體耗能比例中，變風量空調的耗能是相當大的。而隨著時代的發展，節約能源的使用是實現可持續發展的必經之路。變風量系統作為一種節能的空氣調節方式，一直在廣泛地應用著，其中系統的控制方法尤其關鍵，系統送至各房間的風量和系統的總風量，都會隨著房間負荷的變化而變化，因此，它必然會有較多和較復雜的控制要求。只有實現了這些控制要求，系統的運行才能穩妥可靠，使它的節能性和經濟性充分體現出來。

變風量系統的優點：首先，運行經濟，由于風量隨負荷的減少而降低，所以冷量、風機功率能接近建筑物空調負荷的實際需要。在過渡季節與可以盡量利用室外新風冷量。能同時滿足不同房間的不同溫度要求。由于在設計時可以考慮各房間同時使用率，所以能夠減少風機裝機容量。變風量系統屬于全空氣系統，它具有全空氣系統的一些優點。沒有風機盤管凝水問題和霉菌問題。

1.船舶變風量空調系統的試驗臺

1.1船舶變風量空調系統的試驗臺的構成及工作

變風量空調要在船舶中對各個艙室的溫度進行控制，使其在船舶中能有更大的發揮，并達到節能的目的，就應該在船舶上創建變風量空調系統試驗臺進行實驗研究。一般而言，變風量空調系統的實驗臺主要由制冷機組、新回風混合室、空氣過濾器、空氣的處理箱、變頻吹風機、散流器等各組件構成；在混合室里新風和回風相匯合，然后經過空氣過濾器進入直接膨脹式的蒸發器去除空氣中濕潤的水汽，再把所剩氣體輸送到送風管道中，通過靜壓控制單元的處理到達各個分支的風管中，最后變風量末端根據艙內的實際情況和溫度以及設定的值來控制通過變風量末端的閥門開度大小。

1.2試驗臺的回路控制

如果要使變風量空調系統能夠高效安全地工作和運轉，就需要對系統中的各個組件和設備進行科學合理的控制調節，因為該系統中任何一個部分的組件和設備出現了問題，或者是其參數發生了改變，都會嚴重影響到該系統整體的有效工作。一般來說，船舶中的變風量空調系統的試驗臺回路的控制主要分為送風溫度控制回路、送風靜壓控制回路以及室溫控制回路三個部分。

1.3船用變風量空調系統的自控

船用變風量空調系統不同于一般的傳統船舶的定風量空調系統，也不同于現在的的建筑變風量空調系統。當下的船用變風量空調系統發展迅速已經趨近成熟。現在的船舶變風量空調系統主要是直接膨脹式的，能夠直接對空氣進行降溫除濕處理，減少了冷凍系統工作的過程。并且穩定性較好，能夠在較高的蒸發溫度下正常工作，還具有節能的作用。其冷卻過程主要是系統中的套管式的冷凝器由海水制冷，在這個過程可以不用冷卻塔。再者整個系統的容量比較小，所以變風量的末端設備也小，從而對整個風閥的變換和調節相對來說就比較頻繁，而且在工作的過程中船用變風量空調系統對風量的調節和控制以及制冷部分有著直接的作用，從而導致設備之間會互相影響。

2.變風量空調系統控制回路

2.1變風量空調系統控制回路模型的區分

因為船用變風量空調的系統控制回路比較復雜，而且系統中的設備之間以及回路之間會互相影響，所以要區分控制回路的數學模型是一個比較復雜困難的過程。一般區分控制回路的模型，主要是通過實驗分析的方法對不同回路的工作過程進行多次的閉環實驗，記錄和收集實驗數據，并對其中比較接近的數據進行分析處理，根據實驗中的激勵信號和響應信號來對控制回路的數學模型進行對比區分。其過程主要是對實驗所獲得的數據進行分析，對得到的信號頻率處理，再對模型進行估計和驗證，最后對模型的特性進行描述。

2.2變風量空調系統的控制方式選擇

考慮到船用變風量空調系統自身存在的情況，例如：其非線性的回路結構會對各回路之間有影響，電路之間容易出現耦合和延時等情況。而一般所建立的控制回路模型僅僅限于特定的情況下，也就是說要使控制回路有良好的控制效果，需一組整定好的PID參數值只對于既定的特定情況才能實現。但是這是很難實現的，因為船舶航行過程中外界的環境總是在不斷變化的。針對多變的環境情況，采用模糊智能控制系統就更加適合且有更好的收效。模糊控制系統也是一種非線性的控制系統，可以完成所有的非線性控制。模糊智能控制還可以仿照人為的控制，并且其執行簡便、有一定的處理能力。

3.模糊自適應PID控制器

對船用變風量空調系統的改善，需要對不同回路的控制器進行設計，從而確保每個回路控制之間能夠有效地進行工作和控制，若使得控制量的調節和高精度的控制能夠達到既定的要求，就需要對整體控制系統的設計有更高的要求。為使達到這個要求，船用變風量的空調系統可以采用模糊自適應PID控制器來實現。

模糊自適應PID控制器主要有三個部分構成：模糊語言變量的選擇及隸屬函數的設計、模糊規則的確定和模糊決策。而對于模糊自適應PID控制器的設計，其主要采用雙向輸入、單向輸出的二維模糊控制器。就拿送風靜壓回路來說，模糊自適應PID控制器的輸入量就是風管內的靜壓和設定了的靜壓差值△e和靜壓差的變化率de/dt。而對于送風溫度回路的模糊自適應PID控制器，實際測量的送風溫度和送風溫度的差值、變化率就是模糊自適應PID控制器的輸出量。送風靜壓回路的被控制量只要是通過控制輸出的精確電壓來對風機的變頻器進行控制，從而改變送風靜壓；同樣地對送風溫度也是一樣，主要是通過控制輸出精確的電壓來改變變頻器的頻率，達到改變送風靜壓和溫度的目的。根據實際情況對模糊自適應PID三個部分進行科學的設計對整個系統的工作而言是相當重要的。

4.結束語

變風量空調系統在現在的船舶業中具有重要的作用，進一步的完善船舶用的變風量空調系統還需要有更多的思考。根據船舶的實際的情況、環境溫度、室溫的變化等不同的因素影響，對變風量空調系統的選擇是不一樣的；同時要使得船用的變風量空調系統能夠高效的工作達到節能的特點，還需要進行選擇和實驗得到更精確的設計，從而達到理想的效果。