铁路客车空调车厢内温度控制系统仿真.docx

文章编号 : 100124632 (2005) 0320218206
铁路客车空调车厢内温度控制系统仿真
张登春 , 于梅春
(湖南科技大学 能源与平安工程学院 , 湖南 湘潭 411201)
摘 要 : 以铁路空调客车为研究对象 , 采用 P ID 控制和模糊控制两种方案对车厢内温度进行控制 。利用
SIMUL IN K 工具箱建立控制系统的仿真模型 , 并从过渡特性 、抗干扰性能等方面进行仿真研究 。仿真结果说明 , P ID 控制能消除稳态误差 , 但超调大 , 过渡时间长 , 在工况变化较小的情况下 , 能满足一定的控温要求 ; 对于 对象延迟 、工况不稳定的场合 , 模糊控制综合控制效果比 P ID 要好 。此仿真方法克服了传统编程方法繁杂 、难 度高 、周期长的缺点 , 使车厢内温度控制的动态仿真变得直观 、迅捷 。
关键词 : 空调车厢 ; 温度控制 ; 模糊控制 ; 控制仿真
中图分类号 : U270138
文献标识码 : A
积为 119168 m2 , 车厢共有 24 扇窗户 , 窗户尺寸
为 0198 m ×0193 m , 车厢厢体外表积为 98181 m2 ,
车厢钢板导热系数为 4313 W · ( m ℃) - 1 , 壁厚为
0110 m , 那么车厢厢体热阻 R w = 011Π4313 ×98181 =
2133 ×10 - 5 ℃·W - 1 ; 窗户玻璃导热系数为 0185
随着铁路旅客列车向高速化 、舒适化开展 , 空
调车内的温度环境越来越受到人们的关注 。与普通 空调系统相比 , 旅客列车空调系统有其特殊性 : 列 车昼夜在野外行使 , 室外环境变化大 ; 车内人员密
度大 , 乘客变化大 ; 车门启闭次数多 。目前 , 我国 铁路列车空调控制系统通过控制机组的开停对机组
进行平安保护和对车厢内的温度进行控制1 。这种
控制方法存在的问题是 : 阶梯式调节使车厢内温度 场梯度波动大 , 使旅客有忽冷忽热的感觉 ; 耗能 高 ; 空调列车的维修量大 。列车空调控制系统均采 用继电器逻辑控制 , 大量的机械触点在使用中经常 发生粘连 、烧损 、抖动及误动作等情况 , 从而引发 空调系统的故障 。本文在 Matlab61x 的平台上利用 Simulink 工具箱设计出模糊控制系统和 P ID 控制系 统 , 以实现对空调车厢内温度的控制 ; 通过仿真 , 分析比拟两种控制方法的控制效果 。
W·( m ℃) - 1 , 厚 为 01006
m , 窗 户 热 阻
=
R
ch
- 4
- 1
01006Π (0185 ×20217 ) = 2194 ×10 ℃·W ;
车厢总热阻 R = R R / ( R + R = 2118 ×10 - 5
w ch w ch )
℃·W - 1 。车厢内空气密度 ρ = 11225 kg·m - 3 , 空
a
- 1 ,
气定压比热 cp = 11005 kJ · ( kg·℃) 那么得车厢
空气热容量系数 Ca = M a cp = 1912 ×219 ×215 ×
11225 ×11005 = 171186 kJ ·℃- 1 。车厢人员按满员 即 118 人计算 , 人体散热量为 11613 W·人 - 1 2 。 根据能量守衡定律 , 单位时间内进入车厢内的 热量减去单位时间内流出车厢内的热量等于车厢内
蓄热量的变化率 , 由此可得如下关系式3 :
1 空调车厢内温度控制系统模型
dθa
G c ′ +
s 1θ 0
s 1θa
=
Q + Q -
C
G c
a
3 2
d t
θ3
- θa
111 空调车厢内温度控制数学模型
以一节 25 K 型空调硬座车厢为研究对象 ,
Gs c1θ′0
Gs c1θa
(1)
=
+
+
Q 2 -
R
整
个空调系统由空调机组 、送风孔板和送风管组成 。
车厢几何尺寸为 1912 m ×219 m ×215 m , 送风方 式为两个长条形孔板送风 , 其尺寸为 1910 m ×
0114 m , 通过车厢两端的车门回风 。车厢总外表
式中 : Ca 为车厢内空气的容量系数 , kJ ·℃ ; θa
- 1
为车厢内空气温度 , ℃; Gs 为车厢内送风量 , kg·
- 1
-