船用变风量空调系统控制方法的研究

朱荣　刘成华

摘要：在船舶的舱室温度控制中的变风量空调系统的应用在整个系统中有很大的优势，但是船舶中的变风量空调系统结构比较复杂，回路之间容易互相产生干扰，并且还存在很多影响其工作的因素，而要使整定好的PID控制参数能够有好的控制效果，就需要有一个良好的特定工作环境，下面就变风量空调系统在船舶中的应用进行简单的探析。

关键词：船；变风量空调系统；控制方法

随着社会的发展，变风量空调系统因其良好的节能性而被广泛使用，现在的船舶业也在迅猛发展，而逐渐完善船舶业是目前一项重大的工程。而变风量空调系统在船舶中也是很重要的一部分，其有效的运行可以保障船舶在航行过程中船员能够正常的作息，但是其在方便人们的同时也存在着很多问题，例如在船舶的整体耗能比例中，变风量空调的耗能是相当大的。而随着时代的发展，节约能源的使用是实现可持续发展的必经之路。变风量系统作为一种节能的空气调节方式，一直在广泛地应用着，其中系统的控制方法尤其关键，系统送至各房间的风量和系统的总风量，都会随着房间负荷的变化而变化，因此，它必然会有较多和较复杂的控制要求。只有实现了这些控制要求，系统的运行才能稳妥可靠，使它的节能性和经济性充分体现出来。

变风量系统的优点：首先，运行经济，由于风量随负荷的减少而降低，所以冷量、风机功率能接近建筑物空调负荷的实际需要。在过渡季节与可以尽量利用室外新风冷量。能同时满足不同房间的不同温度要求。由于在设计时可以考虑各房间同时使用率，所以能够减少风机装机容量。变风量系统属于全空气系统，它具有全空气系统的一些优点。没有风机盘管凝水问题和霉菌问题。

1.船舶变风量空调系统的试验台

1.1船舶变风量空调系统的试验台的构成及工作

变风量空调要在船舶中对各个舱室的温度进行控制，使其在船舶中能有更大的发挥，并达到节能的目的，就应该在船舶上创建变风量空调系统试验台进行实验研究。一般而言，变风量空调系统的实验台主要由制冷机组、新回风混合室、空气过滤器、空气的处理箱、变频吹风机、散流器等各组件构成；在混合室里新风和回风相汇合，然后经过空气过滤器进入直接膨胀式的蒸发器去除空气中湿润的水汽，再把所剩气体输送到送风管道中，通过静压控制单元的处理到达各个分支的风管中，最后变风量末端根据舱内的实际情况和温度以及设定的值来控制通过变风量末端的阀门开度大小。

1.2试验台的回路控制

如果要使变风量空调系统能够高效安全地工作和运转，就需要对系统中的各个组件和设备进行科学合理的控制调节，因为该系统中任何一个部分的组件和设备出现了问题，或者是其参数发生了改变，都会严重影响到该系统整体的有效工作。一般来说，船舶中的变风量空调系统的试验台回路的控制主要分为送风温度控制回路、送风静压控制回路以及室温控制回路三个部分。

1.3船用变风量空调系统的自控

船用变风量空调系统不同于一般的传统船舶的定风量空调系统，也不同于现在的的建筑变风量空调系统。当下的船用变风量空调系统发展迅速已经趋近成熟。现在的船舶变风量空调系统主要是直接膨胀式的，能够直接对空气进行降温除湿处理，减少了冷冻系统工作的过程。并且稳定性较好，能够在较高的蒸发温度下正常工作，还具有节能的作用。其冷却过程主要是系统中的套管式的冷凝器由海水制冷，在这个过程可以不用冷却塔。再者整个系统的容量比较小，所以变风量的末端设备也小，从而对整个风阀的变换和调节相对来说就比较频繁，而且在工作的过程中船用变风量空调系统对风量的调节和控制以及制冷部分有着直接的作用，从而导致设备之间会互相影响。

2.变风量空调系统控制回路

2.1变风量空调系统控制回路模型的区分

因为船用变风量空调的系统控制回路比较复杂，而且系统中的设备之间以及回路之间会互相影響，所以要区分控制回路的数学模型是一个比较复杂困难的过程。一般区分控制回路的模型，主要是通过实验分析的方法对不同回路的工作过程进行多次的闭环实验，记录和收集实验数据，并对其中比较接近的数据进行分析处理，根据实验中的激励信号和响应信号来对控制回路的数学模型进行对比区分。其过程主要是对实验所获得的数据进行分析，对得到的信号频率处理，再对模型进行估计和验证，最后对模型的特性进行描述。

2.2变风量空调系统的控制方式选择

考虑到船用变风量空调系统自身存在的情况，例如：其非线性的回路结构会对各回路之间有影响，电路之间容易出现耦合和延时等情况。而一般所建立的控制回路模型仅仅限于特定的情况下，也就是说要使控制回路有良好的控制效果，需一组整定好的PID参数值只对于既定的特定情况才能实现。但是这是很难实现的，因为船舶航行过程中外界的环境总是在不断变化的。针对多变的环境情况，采用模糊智能控制系统就更加适合且有更好的收效。模糊控制系统也是一种非线性的控制系统，可以完成所有的非线性控制。模糊智能控制还可以仿照人为的控制，并且其执行简便、有一定的处理能力。

3.模糊自适应PID控制器

对船用变风量空调系统的改善，需要对不同回路的控制器进行设计，从而确保每个回路控制之间能够有效地进行工作和控制，若使得控制量的调节和高精度的控制能够达到既定的要求，就需要对整体控制系统的设计有更高的要求。为使达到这个要求，船用变风量的空调系统可以采用模糊自适应PID控制器来实现。

模糊自适应PID控制器主要有三个部分构成：模糊语言变量的选择及隶属函数的设计、模糊规则的确定和模糊决策。而对于模糊自适应PID控制器的设计，其主要采用双向输入、单向输出的二维模糊控制器。就拿送风静压回路来说，模糊自适应PID控制器的输入量就是风管内的静压和设定了的静压差值△e和静压差的变化率de/dt。而对于送风温度回路的模糊自适应PID控制器，实际测量的送风温度和送风温度的差值、变化率就是模糊自适应PID控制器的输出量。送风静压回路的被控制量只要是通过控制输出的精确电压来对风机的变频器进行控制，从而改变送风静压；同样地对送风温度也是一样，主要是通过控制输出精确的电压来改变变频器的频率，达到改变送风静压和温度的目的。根据实际情况对模糊自适应PID三个部分进行科学的设计对整个系统的工作而言是相当重要的。

4.结束语

变风量空调系统在现在的船舶业中具有重要的作用，进一步的完善船舶用的变风量空调系统还需要有更多的思考。根据船舶的实际的情况、环境温度、室温的变化等不同的因素影响，对变风量空调系统的选择是不一样的；同时要使得船用的变风量空调系统能够高效的工作达到节能的特点，还需要进行选择和实验得到更精确的设计，从而达到理想的效果。