冷藏集裝箱分區(qū)溫控系統(tǒng)設(shè)計

孫瑞凡 舒孟琳 孫旭云 童夢雨 袁茵茵

摘 要：本文提出一種以空調(diào)風(fēng)道為主體的分區(qū)溫控系統(tǒng)設(shè)計，對冷藏集裝箱空調(diào)風(fēng)道進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，使其能做到溫度分區(qū)域控制，再結(jié)合設(shè)計的變論域自學(xué)習(xí)Fuzzy-PID控制算法，彌補(bǔ)傳統(tǒng)汽車空調(diào)PID控制算法對溫控滯后性和超調(diào)的不足。從而實現(xiàn)對溫度有不同要求的多種類貨物統(tǒng)一運(yùn)輸，降低運(yùn)輸成本，提高運(yùn)輸效率，節(jié)能降耗的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：汽車空調(diào)系統(tǒng);模糊PID;變論域;集裝箱空調(diào)風(fēng)道

1 前言

在當(dāng)今社會，人們對于食品新鮮度的需求提高，運(yùn)輸時間最優(yōu)化的同時，冷藏條件最優(yōu)化也日益重要。同時，汽車空調(diào)能耗在運(yùn)輸能耗中占有及其重要的地位。但中國的冷藏運(yùn)輸集裝箱大多以單空調(diào)出風(fēng)口為主，在運(yùn)輸途中以及裝卸貨物時，內(nèi)部的溫度很難保持穩(wěn)定并且變化復(fù)雜。而且目前的汽車空調(diào)系統(tǒng)對空調(diào)參數(shù)的時變性及適應(yīng)性較差，大部分溫度調(diào)節(jié)存在超調(diào)現(xiàn)象，并且風(fēng)道設(shè)計不靈活，導(dǎo)致箱體內(nèi)區(qū)域溫度控制不穩(wěn)定，耗能較高，距離國外的節(jié)能變風(fēng)量空調(diào)存在一定差距。本文的分區(qū)溫控系統(tǒng)設(shè)計可以實現(xiàn)溫控靈活穩(wěn)定，保障運(yùn)輸產(chǎn)品新鮮度，保證能源利用的最大化，滿足人們的消費需求。而且好的冷藏車集裝箱溫控系統(tǒng)還可以節(jié)約人力物力，降低運(yùn)輸成本。

2 空調(diào)分區(qū)溫控設(shè)計

2.1 風(fēng)道設(shè)計圖，見圖1

2.2 空調(diào)分區(qū)溫控設(shè)計的基本工作原理

如圖1所示，廂體內(nèi)設(shè)計了四個儲藏區(qū)，分別用三條供氣管道分隔開，每條供氣管道都有獨立的出風(fēng)口和風(fēng)門，并配備獨立的控制電路。儲藏區(qū)1的溫度范圍設(shè)置在0度到10度，儲藏區(qū)2和3溫度范圍設(shè)置在-10度到0度，儲藏區(qū)4溫度范圍設(shè)置在10度以上。冷氣由供氣口進(jìn)入供氣管道，通過三條管道的風(fēng)門，風(fēng)門控制其風(fēng)速，使每個區(qū)域的送風(fēng)量不同，從而達(dá)到分區(qū)溫度控制的目的。

2.3 空調(diào)分區(qū)參數(shù)設(shè)計，見表1

2.4 分區(qū)設(shè)計思路

（1）廂體材料采用內(nèi)外玻璃鋼，內(nèi)夾8cm聚氨酯保溫材料，保溫效果優(yōu)。內(nèi)部分區(qū)隔板同樣采用聚氨酯保溫板材料，空調(diào)風(fēng)道嵌入其中進(jìn)行溫度調(diào)控，可有效做到溫度分區(qū)調(diào)控。

（2）在風(fēng)管方面擬采用方形風(fēng)管進(jìn)行布線，以避免過大的制作成本，除此還有減小風(fēng)管表面的熱損失和風(fēng)管壓力。從另一方面來看，還可以減少風(fēng)在風(fēng)管內(nèi)的偏流，從而減少風(fēng)量的波動。

（3）如圖2所示，采用四面吹風(fēng)散流型出風(fēng)口，其出風(fēng)氣流為平送型，中間的葉片芯可拆卸以便于安裝和調(diào)試，該出風(fēng)口可以有效的控制出風(fēng)風(fēng)速，并且保證貨物受風(fēng)均勻，不會導(dǎo)致廂體內(nèi)局部溫度過低或過高情況的發(fā)生。在實際應(yīng)用中其尺寸和安裝位置可完全根據(jù)用戶的要求進(jìn)行設(shè)計，可操作性高，適應(yīng)性強(qiáng)。

3 溫度控制策略

3.1 傳統(tǒng)PID控制

目前早期汽車空調(diào)溫度控制系統(tǒng)大多采用傳統(tǒng)PID控制，即利用比例、積分、微分的手段計算出控制量對系統(tǒng)誤差進(jìn)行控制。其算法雖然簡單，但并不適合冷藏集裝箱這一工作環(huán)境多變，溫度變化復(fù)雜以及對溫度控制要求較高的系統(tǒng)。其缺陷集中表現(xiàn)在控制響應(yīng)時間長、控制不靈敏、存在大滯后性等方面。

3.2 改進(jìn)措施：模糊PID控制

模糊PID控制相比于傳統(tǒng)PID控制，在算法中增加了模糊控制器，即利用模糊邏輯并根據(jù)一定的模糊規(guī)則對PID的參數(shù)進(jìn)行實時的優(yōu)化，以克服傳統(tǒng)PID參數(shù)無法實時調(diào)整PID參數(shù)的缺點。

自行建立一個簡單的模糊PID控制仿真程序，以分別用傳統(tǒng)PID控制和模糊PID控制將溫度從0度升到10度為例。

4 仿真結(jié)果分析

在Matlab軟件的fuzzy-PID工具箱中編寫模糊規(guī)則。并且在Simulink建立仿真程序。

如圖5所示，綠色曲線代表目標(biāo)控制，黃色曲線代表傳統(tǒng)PID控制，藍(lán)色曲線代表模糊PID控制。由圖可以看出傳統(tǒng)PID控制存在很明顯的超調(diào)和響應(yīng)遲緩的現(xiàn)象，而模糊PID控制能較好的做到由0到10這一控制目標(biāo)。

5 結(jié)語

當(dāng)今冷藏運(yùn)輸多面臨運(yùn)輸種類單一，耗能高等一系列經(jīng)濟(jì)和技術(shù)問題。本課題研究旨在優(yōu)化冷藏車車廂內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其滿足分區(qū)溫控的多種類貨物儲存的需求，從而達(dá)到更經(jīng)濟(jì)、運(yùn)輸效率更高的目標(biāo)。

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