翅片式制冷蒸发器自动调谐阀控制算法研究

　　目前，控制制冷工质流量的标准方法大多由翅片式制冷蒸发器来实现，借助一个电子膨胀阀，通过测量蒸发器出口的压力和温度，把出口过热进行调整到设定值。在启动橱柜以及关闭橱柜的时候，由电子膨胀阀控制的蒸发器以瞬变的方式运作[1]。蒸发器在运行的过程中受到诸多因素的影响，随着橱柜所供给气体的温度和湿度的变化而出现动态变化。比如说内部环境出现干扰因素时，会出现动态变化[2][3];翅片式盘管上结霜，或者夜间运行时操作设置的偏差引起的干扰也会使系统产生动态变化[4];集中式制冷设备中的橱柜安装过程中，由于主吸入管路中的压力偏差也会引起系统产生动态的变化。综合这些因素，本文在对翅片式盘管蒸发器的工作原理进行分析和建模，提出一种基于PID 的制冷控制技术，实现对翅片式盘管蒸发器的智能控制目标。

　　1.翅片式制冷系统建模分析

　　电子膨胀阀控制的翅片式盘管蒸发器系统主要包括一个翅片式蒸发器，步进电动机的电子膨胀阀，电子膨胀阀温度探针，蒸发器出口的回压阀以及压缩机[5]。为安全的操作这个压缩机，电子膨胀阀必须确保制冷剂在离开蒸发器的时候处于过热状态。另外，在很大程度上，温度的测量与制冷液体/制冷气体过渡面的接近程度有很大关系。实践证明，5±10K的过热是最合适的折中选择[6]。诸如PID 控制器之类的传统控制技术成本低廉，易于调整和操作，因此被广泛应用于调章电子膨胀阀[7][8]。

　　但是，一些更先进的控制系统如预测控制器，自适应控制器，可以很好的适应各种各样的操作条件并进行控制动作，因此它们的性能更为优异。另外，由于同一个电子膨胀阀可以连接到多个不同的橱柜，使用自动调谐技术可以大大地减轻系统设置的工作量[9]。

　　采用仿真研究的方法，来研发一个软件环境，从而用于控制器的设计，原型速成，数据收集的优化以及测试设计。物理样机的测试优化至关重要，这是因为其专用的实验设备非常贵重，而且对系统性能进行测试是非常耗时的[10]。翅片式制冷蒸发器被广泛应用于空气调节和制冷行业中。

　　由于两相蒸发发生在线圈内，而空气除湿则位于管子外部，因此在不同的位置和时间，局部热传递系数也会发生较大的变化，导致蒸发器内气体分布不均匀。为了充分模拟热传递过程，以及管中气体温度和其他参数的分布情况，分布式参数模型应运而生。然而，这些模型中一个很关键的问题，就是如何描述空隙度以及两相流。在此前的研究中，两相区中的蒸发温度被设定为恒定不变的。对于蛇形盘管式蒸发器，常应用分布式的应用模型，在使用四个不同的两相流的蒸发流区域中，能够把不均匀液体流和蒸汽流等因素均考虑在内。研究中，可以对分布式模型的各个参数细化和定量计算，以便其能够把动能变化和势能变化考虑在内，从而更好的分析翅片式盘管翅片式蒸发器的过渡特性，确保在线圈中的工质流率分布均匀条件下，能够解决多线路翅片式盘管的问题，同时，也引入了一个不同的数值解法来解决偏微分方程中的初值问题。分析过程中的假设如下。