淺析客車空調(diào)控制方法內(nèi)容汽車技術
隨著空調(diào)在客車上的普遍應用,它已經(jīng)成為標志客車檔次的重要設備之一。雖然有時空調(diào)用來泛指調(diào)節(jié)車廂溫度的制冷和加熱系統(tǒng),但通常意義上的空調(diào)只限于那些安裝在客車上的制冷設備。在天氣比較炎熱時,空調(diào)系統(tǒng)可以有效地調(diào)節(jié)車廂內(nèi)溫度,為車廂提供適當?shù)耐L,營造一個相對舒適的乘坐環(huán)境。但溫控滯后問題是該行業(yè)普遍存在的一項技術難題,不容易實現(xiàn)精確控制,加上客車空調(diào)工作環(huán)境比較復雜,要對車廂溫度進行精確控制比較困難。
目前生產(chǎn)客車空調(diào)的廠家很多,但由于上述原因和技術條件的限制,自動控制策略都采用簡單邏輯控制,也就是具有滯后特性的(壓縮機)開關控制。目前說來,這仍然是一種簡單,并且行之有效的控制方法。但是隨著技術的進步,乘客對乘坐環(huán)境舒適性要求的不斷提高,這種控制方法的不足也逐漸暴露出來。首先,由于溫度控制的大慣性和大滯后特性,使用這種方法只能設置比較大的滯環(huán)寬度,否則控制方法可能不穩(wěn)定,這是這種控制方法的先天不足,難以對車廂溫度實現(xiàn)精確控制。其次,由于目前對溫度的控制是通過開關壓縮機來實現(xiàn)的,執(zhí)行機構單一,這也是導致車廂溫度波動的重要原因。雖然目前對客車空調(diào)溫度控制精度指標還沒有要求,但空調(diào)溫度控制精度指標直接影響乘車的舒適程度,應該得到重視。近年來,大功率場效應管器件價格不斷下降,使用也越來越廣泛,低成本直流電機調(diào)速已不是困難問題。這一情況使客車空調(diào)溫度控制手段的限制得以緩解,為進一步提高客車溫控技術,創(chuàng)造了良好的條件。下面著重分析幾種控制理論在客車空調(diào)溫度控制中應用的可行性。
一、客車空調(diào)溫度控制方法分析
由于現(xiàn)在低成本直流電機調(diào)速很容易實現(xiàn),客車空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構不再局限于壓縮機,還應該包括空調(diào)的蒸發(fā)機組,因此,本文討論的方法基于客車空調(diào)溫度控制系統(tǒng)結構圖,客車空調(diào)溫度控制系統(tǒng)結構見圖1。
(一)PID方法
PID(比例-積分-微分)控制是線性方法,依賴于控制系統(tǒng)的精確數(shù)學模型,適用于線型系統(tǒng)的控制,是目前單輸入單輸出控制問題中使用最為普遍的一種方法。此方法的使用有兩個基本前提:第一,必須能夠直接或間接地獲取系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數(shù)學模型;第二,系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數(shù)學模型必須能夠線性表示。雖然很多特殊情況下可以用PID 實現(xiàn)溫度控制,但應該清楚地認識到,由于溫度調(diào)節(jié)過程的大慣性和純滯后特點,通常用PID 來控制溫度會很容易產(chǎn)生振蕩或因為控制作用緩慢而得不到理想的控制效果。此外,客車空調(diào)運行環(huán)境復雜,并且隨車型的不同,環(huán)境差異較大,要獲得統(tǒng)一的運行參數(shù)幾乎沒有可能。對于特定的運行環(huán)境,在一定的操作范圍內(nèi),可以通過調(diào)整PID 的參數(shù)實現(xiàn)對溫度過程的控制。但是一旦過程動態(tài)特性發(fā)生改變,PID 就有可能失控。所以在空調(diào)溫度主控制環(huán)用PID方法應該采取慎重態(tài)度。PID在客車空調(diào)中的應用只能局限在蒸發(fā)和風機調(diào)速的控制環(huán)內(nèi)。
(二)模糊控制方法
模糊控制法是一種邏輯控制方法,也是一種經(jīng)驗控制方法。它與傳統(tǒng)的自動控制的根本區(qū)別是不需要建立精確的數(shù)學模型,而是運用模糊理論將人的經(jīng)驗知識、思維推理等控制過程的方法與策略由模糊控制器來實現(xiàn),只需要關心功能而不是系統(tǒng)的數(shù)學模型,研究的重點是控制器本身而不是被控對象,模糊控制設計的核心是模糊控制器的設計。所以這種系統(tǒng)對系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感,具有很強的適應能力,適用于對不同對象的控制,也是在溫度控制過程中廣泛使用的方法。在客車空調(diào)溫度控制中,模糊控制法是一種值得嘗試的控制方法。為了適應客車空調(diào)的運行條件,需要抽象出一個適應性強的模糊集,使用車型之間的差異也有可能給隸屬度的確定帶來一定困難,這就不可避免地需要作大量實驗來加以驗證。
(三)專家系統(tǒng)
作為一種純粹的經(jīng)驗方法, 專家系統(tǒng)近年來被應用于很多控制領域,在一些大慣性、大滯后、時變或者本質(zhì)非線性控制方面有不少應用的實例。這種方法也不依賴系統(tǒng)的精確數(shù)學模型,而是完全建立在經(jīng)驗知識和實驗數(shù)據(jù)的基礎上,根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)對控制對象施加控制作用,要求實驗數(shù)據(jù)全面,控制策略嚴密。在各種條件下的實驗資料獲取全面的前提下,專家系統(tǒng)在客車空調(diào)溫度控制方面具有很好的應用前景。
圖一
二、結束語
本文以幾種常用的控制方法為代表,總體上簡單分析了這幾種方法在客車空調(diào)溫度控制中的應用前景,從中可知:雖然PID 這類依靠系統(tǒng)精確數(shù)學模型和線性控制理論的控制方法目前研究最深入、使用最廣泛,但這種方法并不適合于客車空調(diào)對車廂溫度的控制;模糊控制和專家系統(tǒng)這類邏輯、經(jīng)驗控制方法在車廂溫度控制方面具有廣闊的前途,而像模糊控制這樣既依據(jù)經(jīng)驗,又具有邏輯抽象能力的控制理論可能更有利于解決客車空調(diào)溫度控制問題。需要明確的是,無論哪種方法,都要面對客車空調(diào)復雜的工作環(huán)境,都需要大量而全面的試驗數(shù)據(jù)來保證控制方法的穩(wěn)定和各項控制指標的確定。以上只涉及到空調(diào)溫度控制,通風及空氣質(zhì)量的控制,這些都是客車空調(diào)控制方法不可回避的課題。
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