一种基于预测控制的一体化热开水保温专用运输车控温系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于预测控制的一体化热开水保温专用运输车控温系统及其控制方法，将半导体制冷片安装在罐体夹层之间，可以在复杂工况下，实时动态地对一体化热开水保温专用运输车内部液体的温度进行预测，并得出与执行最优的工作指令，根据工作指令控制半导体制冷片的电流方向，实现控制半导体制冷片的加热和冷却功能，最终达到一体化热开水保温专用运输车保温系统能耗最低与维持在最佳工作温度两个目的。个目的。个目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于预测控制的一体化热开水保温专用运输车控温系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及的是一体化热开水保温专用运输车领域，具体的是关于一体化热开水保温专用运输车的温度保温与控制领域

技术介绍

[0002]针对热开水运输，传统的运输方式不仅效率低下，空间利用率低，且保温性能难以保证，导致运输的开水温度下降过快。即便国内现有的罐车具有一定的保温和加热功能，但是通常采用玻璃棉保温，其保温性能较差，且不能保证罐体内部温度的温度在罐车运输时保持在允许的温度范围以内，无法满足特殊运输液体的装运要求。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本专利技术提供一种基于预测控制的一体化热开水保温专用运输车控温系统及其控制方法，可以在复杂工况下，实时动态地对一体化热开水保温专用运输车内部液体的温度进行预测，并得出与执行最优的工作指令，达到一体化热开水保温专用运输车保温系统能耗最低与维持在最佳工作温度两个目的。
[0004]本专利技术的技术方案如下所示：
[0005]一种基于预测控制的一体化热开水保温专用运输车控温系统及其控制方法，包括罐体、罐体双壳体外壳、防波板、防水层、控温层、保温层、罐体外壳体，温度传感器和控制器组成；其特征在于：控制器基于传感器采集到的过去与近未来的各个预定区域的温度信息，预测与修正储存在罐体内的液体在未来一定时间内的散热和温度的变化情况，基于预测的结果，动态的提前开启与调节控温层内的半导体片的电流的大小与方向来调整冷半导体制冷/加热片的吸热与放热，预测性的调节罐体的温度。最终达到精准的提前预冷却与加热，保证罐体内温度的稳定。
[0006]优选地，它具有保温层和控温层，其关键技术在于在罐体与罐体双壳体外壳之间的空隙里铺设保温层，保温层包括聚氨酯保温层和石棉保温层，控温层安装在内壁与防水层之间，其关键技术在于半导体制冷/加热片通过特殊胶水粘结在防水层与内壁之间，控制器根据所采集的各部分温度数据及预测控制算法，动态的调节该处的电流大小与方向，选择吸热或放热来调控该处液体的温度，达到精准的温度控制；
[0007]进一步优选的，温度传感器分为安装在控温层与蒙皮外部的液体温度传感器与大气温度传感器。
[0008]本专利技术实施例提供的一种基于预测控制的一体化热开水保温专用运输车保温系统的控制技术，具体步骤包括：
[0009]步骤一、建立运输液体的热力学模型，获取相关的热物性参数；
[0010]具体而言，在本专利技术实施例中，包括建立一个一体化热开水保温专用运输车运输液体的热模型，在后续的步骤中，根据产热模型来计算各个位置的产热与温度变化情况，来
为后续的预测控制管理提供反馈依据。
[0011]该步骤中建立的产热模型具体如下所示：
[0012]温度的任何变化都是由于热量产生与热管理系统接触产生的热交换，保温一体化热开水保温专用运输车的传热过程主要分为四个部分：液罐内介质对罐体的自然对流换热R1、保温层与罐体的接触传热R2、保温层外蒙皮与大气进行的辐射与对流传热R3与梁等翅类部件与大气进行辐射、对流传热R4。因此，可以计算出罐体系统的传热总热阻为：
[0013][0014]k＝1/R0[0015]k代表系统总传热系数；
[0016]R0代表产系统总的传热系数；
[0017]根据传感器根据当前采集的温度t，结合傅里叶公式和热平衡关系，可以建立如下所示的瞬时热平衡方程：
[0018]-cmdt＝(t-t
a
)kFdτ
ꢀꢀ
(公式二)
[0019]c代表液体比热容、m代表液体质量，t代表传感器采集的液体温度，t
a
代表传感器采集的外界大气温度。F代表传热面积，τ代表传热时间；
[0020]对上式积分可得：
[0021][0022]最终可以得出，液体的温度计算方程为：
[0023][0024]t
a
表示前一个时间步长的罐内液体温度；
[0025]步骤二、建立预测控制模型，计算一体化热开水保温专用运输车内部液体的温度分布情况与半导体产热功率，最终得出相应的功率所需电流方向与大小；
[0026]具体而言，在本专利技术实施例中，包括建立一个一体化热开水保温专用运输车内部温度控制器，来计算出一体化热开水保温专用运输车内部温度在未来若干时刻的温度数据和半导体制冷/加热片在未来若干时刻的产热/吸热量数据，保证一体化热开水保温专用运输车控温系统能够在最优的性能区间工作，以保证最优的罐车内部温度的均衡与稳定。
[0027]对于一个一体化热开水保温专用运输车液体控温系统，在合适的时间步长内，可以将上述微分方程表述为如下离散型形式：
[0028]x
m
(k+1)＝A
m
x
m
(k)+B
m
u(k)，y
k
＝C
m
x
m
(k)
ꢀꢀ
(公式四)
[0029]其中x
m
(k+1)是一个n维向量，表征保温系统中的温度变化；A
m
、B
m
分别为包含了冷却液与罐体所具有的各项热力学参数的矩阵，例如热阻、比热容等。
[0030]u(k)作为该模型的输入是一个n维向量，表征了半导体制冷/加热片在k时刻的电流大小；
[0031]y
k
是n个位置运输液体的温度向量，是本模型的输出；
[0032]C
m
是输出选择矩阵，选择输出的运输液体温度，C
m
＝[0 1]；
[0033]进一步的，通过对搭建的模型进行滚动优化，将控制时域与预测时域分别定义为N
m
与N
p
，则控制向量与预测向量分别为：
[0034]ΔU＝[ΔuΔu(k+1)
…
Δu(k+N
M-1)]T
ꢀꢀ
(公式五)
[0035]Y＝[y(k+1)y(k+2)
…
Δu(k+N
p
)]T
ꢀꢀ
(公式六)；
[0036]两者之间的关系式为：
[0037][0038]其中
[0039][0040]进一步的，优化问题就转化为目标函数的最小值问题，根据极值必要条件可得：
[0041][0042]最终可以求得实际最优的电流输入
[0043]步骤三、对原有的电流大小与方向进行调整，并与上一步计算出来的各个吸/放热量进行匹配，保证罐内液体稳定在最优的温度区间；
[0044]具体而言，根据上一步的计算出来的各个区域所需的温度大小，通过调节半导体制冷/加热片的电流来满足整个一体化热开水保温专用运输车保温系统的热管理需求，根据不同情况，对其进行相应的动态调整，最终得到两者之间最优的匹配。
[0045]本专利技术提供如下工作流程：
[0046]在一体化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化热开水保温专用运输车控温系统及其控制方法特征在于，包括罐体(1)、罐体双壳体外壳(2)、防波板(3)、防水层(5)、控温层(6)、保温层(7)、罐体外壳体(8)，温度传感器和控制器(4)组成。2.根据权利要求1所述的一体化热开水保温专用运输车液体温度控制系统的保温层(7)，其特征在于在罐体(1)与罐体双壳体外壳(2)之间的空隙里铺设保温层(7)，保温层(7)包括聚氨酯保温层和石棉保温层。3.根据权利要求1所述的一体化热开水保温专用运输车控温系统的控温层(6)，其特征在于控温层(6)安装在内壁与防水层(5)之间，其关键技术在于半导体制冷/加热片通过特殊胶水粘结在防水层与内壁之间，控制器根据所采集的各部分温度数据及预测控制算法，动态的调节该处的电流大小与方向，选择吸热或放热来调控该处液体的温度，达到精准的温度控制。4.根据权利要求1所述的温度传感器分为安装在控温层与蒙皮外部的液体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李火权，李铁周，
申请(专利权)人：淮安炜烨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：